Ein Leitfaden zu Zahnrädern: 7 Zahnräder, ihre Eigenschaften und wie sie funktionieren

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Ohne Gangschaltung wäre die Fortbewegung bei weitem nicht so einfach. Man könnte diese technischen Komponenten als die stillen Helden unseres Alltags bezeichnen, denn sie verrichten ihre Arbeit in Maschinen, die alle Ehre für ihre harte Arbeit in Anspruch nehmen.

Hier finden Sie einen kurzen Überblick über die verschiedenen Arten von Zahnrädern und deren Verwendung für alle angehenden Ingenieure oder alle, die ihr Wissen auffrischen und einen Gang einlegen möchten – im wahrsten Sinne des Wortes und im übertragenen Sinne.

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Stirnräder sind eine der häufigsten Getriebearten überhaupt. Sie haben zylindrische Teilungsflächen und gehören zur Gruppe der Parallelwellengetriebe. Sie haben eine gerade und parallel zur Welle verlaufende Zahnlinie.

Üblicherweise werden Stirnräder verwendet, da sie relativ einfach herzustellen sind und gleichzeitig eine hohe Leistungsgenauigkeit erreichen. Das größere der ineinandergreifenden Paare wird als Zahnrad bezeichnet (siehe Abbildung oben), das kleinere als Ritzel. Sie werden typischerweise verwendet, um das Drehmoment in Maschinen wie Waschmaschinen, Wäschetrocknern, Schraubendrehern, Weckern und Mixern zu erhöhen oder zu verringern.

Ähnlich wie Stirnräder werden auch Stirnräder mit parallelen Wellen verwendet. Es handelt sich ebenfalls um zylindrische Zahnräder mit gewundenen Zahnlinien. Allerdings stellen sie konstruktiv eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Stirnradgetriebe dar. Im Gegensatz zu Stirnrädern verlaufen die Vorderkanten der Zähne bei Schrägverzahnungen nicht parallel zur Drehachse, sondern sind in einem Winkel angeordnet.

Durch den sanften Zahneingriff können die Zahnräder höhere Lasten übertragen und sind leiser als Stirnräder, die bei höheren Geschwindigkeiten laut sein können. Da diese Zahnräder eine Axialkraft in axialer Richtung erzeugen, ist der Einsatz von Axiallagern erforderlich. Sie werden in Maschinen wie Aufzügen und in der Fabrikautomation eingesetzt.

Kegelräder sehen aus wie ein Kegel, dessen Spitze abgeschnitten ist. Innerhalb der Kegelradfamilie gibt es verschiedene Untergruppen, darunter Schrägkegelräder, gerade Kegelräder, Spiralkegelräder und Gehrungskegelräder.

Kegelräder dienen der Kraftübertragung zwischen zwei Wellen, die sich an einem bestimmten Punkt schneiden. Sie werden in Differenzialgetrieben, beispielsweise in einem Kurvenauto, eingesetzt, da sie die Kraft auf zwei unterschiedlich schnell drehende Achsen übertragen können.

Spiralkegelräder sind Kegelräder mit gekrümmten Zahnlinien. Ähnlich wie bei Schrägverzahnungen ermöglicht die Krümmung im Vergleich zu Stirnrädern ein höheres Zahnkontaktverhältnis, was bedeutet, dass Spiralkegelräder effizienter sind als Standardkegelräder; Sie sind stärker, weniger laut und vibrieren weniger.

Warum haben Spiralkegelräder die Verwendung von Standardkegelrädern nicht vollständig verdrängt? Spiralkegelräder sind schwieriger herzustellen und können bei manchen Anwendungen aufgrund der gekrümmten Zähne auch unerwünschten Schub in axialer Richtung erzeugen.

Die „Schnecke“ des Schneckengetriebes bezieht sich auf eine Schraubenform, die in eine Welle geschnitten ist, an der das Gegenzahnrad oder Schneckenrad befestigt ist. Aufgrund des Gleitkontakts der Zahnradoberflächen wird für die Schnecke im Allgemeinen ein hartes Material verwendet, um die Reibung zu verringern. Obwohl Schneckenräder aufgrund des Gleitkontakts nicht besonders effizient sind, ist ihre Drehung sehr gleichmäßig und leise. Daher werden sie häufig für industrielle Anwendungen, schwere Geräte und manchmal auch für Konsumgüter verwendet.

Schneckengetriebe bieten sehr hohe Untersetzungsverhältnisse und sind häufig selbsthemmend, da sie in der Rückwärtsrichtung nicht funktionieren können. Diese inhärente Eigenschaft macht sie zu einer sicheren Option für den Einsatz in bestimmten Maschinentypen. Ein häufiges Beispiel für ein selbsthemmendes Schneckengetriebe ist der Maschinenstimmkopf, der bei vielen Saiteninstrumenten, einschließlich der Gitarre, zu finden ist.

Kronenräder, auch Kronenräder genannt, sind Kegelräder, deren Zähne im rechten Winkel zur Radebene abstehen. Dadurch ähneln die Zähne den Spitzen einer Krone und geben dem Zahnrad seinen Namen. Im Gegensatz zu konischen Kegelrädern sind Tellerräder zylindrisch. Je nach Zahnausführung können sie entweder mit anderen Kegelrädern oder Stirnrädern kombiniert werden.

Kronenräder werden typischerweise dort eingesetzt, wo geräuscharme Zahnräder erforderlich sind. Ein Zahnkranz, der mit den ineinandergreifenden Klötzen einer Zahnstange verwendet wird, ermöglicht es dem Zahnrad, mit der Zahnstange mitzurollen, selbst wenn es bergauf oder seitwärts gehen muss. Sie werden für Züge auf Berggleisen, Achterbahnen, abschließbare Türen an Gleisen und Autolenkräder verwendet.

Wir müssen Ihnen wahrscheinlich nicht sagen, warum das Sonnen- und Planetenrad so heißt. Durch die Bewegung seines die Umlaufbahn imitierenden Schwungrads können das Sonnen- und Planetenrad die Hin- und Herbewegung in eine Drehbewegung umwandeln. Deshalb verwendete James Watt es in seinen frühen Dampfmaschinen.

In der Abbildung oben ist die Sonne gelb, der Planet rot, während der Hubarm blau, das Schwungrad grün und die Antriebswelle grau ist. Sonnen- und Planetenräder sind ein Beispiel für Planetengetriebe oder Planetengetriebe, bei denen sich der Mittelpunkt eines Zahnrads um den Mittelpunkt eines anderen dreht. Sie werden für alles verwendet, vom Bleistiftspitzer bis zum Lokomotivmotor.