Wann ist ein Stirnrad mit Schrägzähnen gegenüber einem mit geraden Zähnen zu bevorzugen?

1. Einführung
2. Laufruhe und Geräuschentwicklung
3. Belastbarkeit und Tragfähigkeit
4. Kompaktere Bauweise und Effizienz
5. Aber auch erforderliche Gegenmaßnahmen
6. Fazit

Einführung

Stirnräder sind grundlegende Maschinenelemente, die Drehmoment und Drehbewegungen zwischen parallel angeordneten Wellen übertragen. Dabei gibt es unterschiedliche Bauarten von Stirnrädern, hauptsächlich gerade und schräg verzahnte Stirnräder. Die Wahl zwischen diesen beiden Bauarten richtet sich nach den Anforderungen der Anwendung bezüglich Laufruhe, Belastbarkeit, Geräuschentwicklung und Herstellungsverfahren.

Laufruhe und Geräuschentwicklung

Ein wesentlicher Vorteil von Stirnrädern mit Schrägzähnen liegt in der verbesserten Laufruhe gegenüber geraden Zahnrädern. Schrägzähne greifen nicht abrupt ein, sondern gleiten mit einem schrägen Verzahnungswinkel ineinander, wodurch der Zahnkontakt über eine gewisse Zeit gestaffelt erfolgt. Diese schrittweise Kraftübertragung reduziert Stöße und Vibrationen, was sich in einer deutlich geringeren Geräuschentwicklung und vibrationsärmerem Lauf äußert. Deshalb sind Stirnräder mit Schrägzähnen besonders dann zu bevorzugen, wenn eine ruhige und leise Kraftübertragung in Getrieben gefordert ist, wie etwa in Fahrzeuggetrieben, Präzisionsmaschinen oder Haushaltsgeräten.

Belastbarkeit und Tragfähigkeit

Ein weiterer Vorteil ist die höhere Tragfähigkeit schrägverzahnten Stirnrädern. Durch die schräg angeordneten Zähne vergrößert sich der Eingriffspunkt, also der Bereich, in dem Zähne gleichzeitig im Eingriff sind. Dies bewirkt eine bessere Lastverteilung über mehrere Zähne hinweg und vermindert die Einzelzahnbelastung. Dadurch kann ein Stirnrad mit Schrägzähnen bei gleichem Bauraum und Material oft höhere Drehmomente übertragen als ein gerade verzahntes Stirnrad. In Anwendungen mit hohen Belastungen oder Bedarf an hoher Zuverlässigkeit ist diese Eigenschaft entscheidend.

Kompaktere Bauweise und Effizienz

Die höhere Tragfähigkeit und bessere Lastverteilung ermöglichen zudem eine kompaktere Auslegung des Getriebes. Oft kann bei gleicher Leistung ein kleineres und leichteres schrägverzahntes Stirnrad eingesetzt werden. Zusätzlich verbessert sich die Effizienz des Getriebes durch weniger Reibungsverluste und geringere Vibrationen, was den Energieverbrauch reduziert und die Wärmeentwicklung minimiert.

Aber auch erforderliche Gegenmaßnahmen

Allerdings erzeugen Stirnräder mit Schrägzähnen aufgrund der schrägen Verzahnung auch Axialkräfte, die von zusätzlichen Lagerungen aufgenommen werden müssen. Dies erfordert eine etwas komplexere Lagerung und konstruktive Maßnahmen zur Ableitung der Axialkräfte, was den Konstruktionsaufwand und die Kosten erhöhen kann. Zudem sind schrägverzahnte Zahnräder oft etwas teurer in der Herstellung als gerade Zahnprofile.

Fazit

Stirnräder mit Schrägzähnen sind gegenüber geraden Zahnrädern insbesondere dann zu bevorzugen, wenn eine besonders ruhige und leise Kraftübertragung, eine höhere Belastbarkeit sowie eine kompaktere Bauweise gefordert sind. Sie eignen sich deshalb ideal für Anwendungen mit hohen Drehmomenten, wo Laufruhe und Lebensdauer eine wichtige Rolle spielen. Die höheren Herstellungskosten und der Aufwand für die Lagerung der Axialkräfte werden hierbei durch die verbesserten Eigenschaften meist gerechtfertigt.