Einstellung des Zahnspiels

Einstellung des Zahnspiels: Dehnbare Zahnräder

System zur Einstellung des Zahnspiels. In allen Bereichen des Maschinenbaus sind Zahnräder im Einsatz. Ihre Güte bemisst sich an der Spielfreiheit: Gute Zahnräder übertragen Bewegungen, wenn kein Spiel vorhanden ist, genau und drehwinkelgetreu. Geringes oder kein Zahnspiel ist allerdings schwer einzuhalten. Eine neue Möglichkeit: Zahnräder im Durchmesser dehnen, um das Spiel einzustellen.

Ein Dehnzahnrad in der Vorderansicht im FEM-Modell verformt. Zu sehen ist die Verformung der Wabenstruktur. (Abb.: Maul)

Hersteller von Getrieben geben als Kennzeichen der Güte den Verdrehungswinkel infolge Zahnspiel an. Bereits ein geringes Spiel an Zahnrädern verursacht bei oszillierenden, die Drehrichtung wechselnden Bewegungen und wechselnden Drehmomenten Geräusche und Schläge in schnelllaufenden Getrieben. Oft ist es schwierig ein kleines Zahnspiel einzuhalten. Denn es gibt viele Variable, die dies beeinflussen – etwa ein genauer Achsabstand oder die gesamte Zahngeometrie, die Zahndicke, sowie Abweichung der Lagerung und des Rundlaufs der Zahnräder, Naben und Wellen. Die Schwierigkeiten, ein kleines Zahnspiel einzuhalten, rechtfertigt einen Mehraufwand an Bauteilen zur Einstellung von verformbaren Zahnrädern. Mit ihnen lässt sich das Spiel beinahe zu null einstellen.

Metalle sind meist ausgeprägt elastisch bei Belastung durch Kräfte. An Zahnrädern sind elastische Dehnungen im Bereich der Größe des normalen Zahnspiels möglich – das heißt: spieleinstellbare Zahnräder sind durch elastische Dehnung realisierbar. Eine darüber hinausgehende plastische Verformung ohne Bruch und damit eine größere Einstellung des Zahnspiels ist ebenfalls bei einigen Werkstoffen möglich, wenn eine Rückfederung in den Ursprungszustand nicht erforderlich ist. Durch die Gestaltung der Form der Zahnräder, etwa mit mäanderförmigen axialen Nuten oder durch eine Wabenform, kann die elastische Verformung des Zahnrades erhöht werden. Dabei ermöglichen tangentiale Stege, gestaltet als weiche Biegebalken – und radiale zugbelastete Stege den Ausgleich großer Dehnungen. Dies ist auf alle Verzahnungen übertragbar. Bei Zahnstangen wird der runde Konus durch einen geraden Keil ersetzt.
Das Wirkprinzip – zum Beispiel am Zahnrad zur Anwendung von Gerad- und Schrägverzahnungen: Der die Zähne tragende Ring ist geschlossen, sodass nur elastische Dehnungen durch die Verspannung durch die Kegelscheiben möglich sind. Das Drehmoment wird hierbei durch die Gestaltung einer Wabenkontur von der Nabe auf den Zahnkranz übertragen; die Wabenkontur wirkt für die Drehmomente stark und ist für die radiale Dehnung elastisch. Hierzu werden zwei oder mehr Kränze von Langlöchern in Wabenform eingebracht, die eine elastische Dehnung erlauben. Maul/pb

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