Leistungsfähige Getriebe mit Evoloid-Verzahnungen

Achte auf die Zähne!

Die Evoloid-Verzahnung bei Stirnradgetrieben steigert Kompaktheit und Leistungsstärke, zeigt das Konstruktionsbüro Maul. Weil sich bei mehrstufigen-Getrieben auch Getriebestufen einsparen lassen, fallen die Kosten geringer aus.

Evoloid-Planetengetriebe.

Bei Stirnradgetrieben zur Untersetzung ins Langsame ist das Untersetzungsverhältnis von der Anzahl der Zähne abhängig. Verringert man die Zähnezahl des antreibenden Ritzels extrem bis hinunter zu eins, steigt das Untersetzungsverhältnis stark an. Bei Geradverzahnung sind dem jedoch Grenzen gesetzt, da die Mindestzähnezahl Z= 9 (in manchen Fällen Z=7) beträgt. Verändert man die Zahnform des Bezugsprofils (das sind Kopf- und Fußhöhen) hin zu größeren Zähnen, sind Mindest-Zähnezahlen bis Z = 5 machbar. Kleinere Zähnezahlen sind nicht möglich wegen Unterschnitts und spitzen Zähnen; die notwendige Überdeckung >1 und damit die gleichmäßige Übertragung ist dann nicht mehr gegeben.

Die Lösung dieses Problems ist nun die fehlende Überdeckung bei Geradverzahnung durch die Sprungüberdeckung bei Schrägverzahnung zu ersetzen. Die Wandelung in Schrägverzahnung mit sehr großem Schrägungswinkel von bis zu 30 Grad (in manchen Fällen bis zu 45 Grad) bietet viele Vorteile - aber auch den Nachteil auftretender Axialkräfte. Diese Axialkräfte müssen konstruktiv beherrscht werden. Bei kleinen Zähnezahlen und relativ großem Schrägungswinkel spricht man von einer Evoloid-Verzahnung.

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Wenig Zähne, großer Schrägwinkel

Mit Evoloid-Verzahnung lassen sich beispielsweise entweder der Achsabstand verkleinern oder das Zahnmodul vergrößern - und gleichzeitig die Überdeckung wesentlich erhöhen. Zu den Veränderungen der Zahnkopfhöhen und des Schrägungswinkels werden noch Profilverschiebungen erforderlich. Da die Sprungüberdeckung mit der Zahnbreite wächst, sollte die Zahnbreite möglichst etwa zehn Mal größer als das Zahnmodul sein.

Nimmt man die vorgenannten Veränderungen der Verzahnung vor, kann die Zähnezahl bis zu eins verringert werden. Im Regelfall lässt sich das Zahnmodul erheblich vergrößern und damit die Zahnbelastung des Ritzels ganz erheblich steigern. Manchmal kann der Ritzelwerkstoff von Stahl in Kunststoff gewandelt werden. Mit steigendem Modul nimmt die Zahnfestigkeit mit dem Quadrat zu; das polare Trägheitsmoment des Ritzels steigt sogar mit der dritten Potenz. Mit dieser Bauweise lassen sich Getriebe mit größeren Untersetzungen kompakter und leistungsstärker konstruieren. Oft ist es möglich, bei mehrstufigen Getrieben eine oder mehrere Stufen einzusparen.

Auf diese Weise lassen sich Außen- und Innenzahnstirnradgetriebe für unterschiedlichste Anwendungen gestalten. Bei Planetenstufen sind erheblich kompaktere, hoch belastbare Planetengetriebe mit geringer Stufenzahl möglich.

H.-E.Maul/pb

(Literaturquelle: Karlheinz Roth: Evolventen-Sonderverzahnungen. Springer, 1998)

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