BFW-Hamburg Qualitätsfachmann Zahnradprüfung

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1 Zahnräder 2.1 Zahnradarten Seite: 10 Je nach Lage der Achsen der ineinandergreifenden Zahnräder unterscheidet man verschiedene Zahnradarten. Das kleinere, meist treibende Zahnrad wird oft als Ritzel, das größere als Großrad oder Rad bezeichnet. Bei parallelen Achsen erfolgt die Drehmomentübertragung durch Stirnräder mit Außenoder Innenverzahnung. Arbeitet ein Stirnrad mit einer Zahnstange zusammen, so wird eine Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung umgewandelt. Bei Achsen, die sich in einem Punkt schneiden, verwendet man Kegelräder mit Geradoder Schrägverzahnung. Bei sich kreuzenden Achsen können Drehmomente durch Kegelräder mit bogenförmigen Zähnen IHypoidgetriebe), durch Schraubenräder oder durch Schnecke und Schneckenrad übertragen werden. Da bei allen Zahnradgetrieben Wälz- und Gleitreibung auftritt, ist für ausreichende Schmierung zu sorgen. Wegen der großen Unfallgefahr müssen Zahnradgetriebe durch Schutzvorrichtungen abgedeckt sein, die die Getriebe auch vor Verschmutzung schützen. Zudem werden die Zahnräder häufig mit Öl geschmiert, so das die Zahnräder gekapselt (Getriebekasten) werden müssen. Eine Übersicht über die Zahnradarten sowie deren wichtigster Einsatzbereich ist in den nachfolgenden Abbildungen zu sehen. Stirnräder: Gradverzahnt: Geradstirnräder sind am einfachsten herstellbar (spangebend und spanlos), erzeugen keine Axialkräfte, eignen sich daher vorzugsweise für große Umfangskräfte, d. h. große, langsam laufende Radpaare (bei hoher Genauigkeit, z. B. in Flugzeugtriebwerken jedoch bis 100 m/s Umfangsgeschwindigkeit). Geräuschverhalten ungünstiger.

2 Zahnräder 2.1 Zahnradarten Seite: 11 Schrägverzahnt: Bei Stirnrädern mit Schrägverzahnung sind immer mehrere Zähne gleichzeitig im Eingriff. Da die Zähne nicht gleichzeitig auf der ganzen Zahnbreite eingreifen, laufen schrägverzahnte Stirnräder ruhiger als geradverzahnte. Außerdem können sie größere Drehmomente übertragen. Die Zähne von zwei schrägverzahnten Stirnrädern, die ineinander kämmen, müssen entgegengesetzt gerichtete Steigungen besitzen. Die Schrägverzahnung erzeugt Axialkräfte, die in den Getriebelagern aufgenommen werden müssen. Damit die Axialkräfte nicht zu groß werden, soll der Schrägungswinkel nicht größer als 20 sein. Damit die schrägverzahnten Zahnräder miteinander in den Eingriff kommen können, muß die Steigung der Zahnräder festgelegt sein. Es wird in a) Linksbzw. in b) Rechtssteigung unterschieden. Innenverzahnug mit Hohlrad: Stirnräder mit Innenverzahnung, Hohlräder (gerad-, schrägoder doppelschräg) ergeben kleinen Achsabstand, der Kranz bildet bei offenen Getrieben einen natürlichen Schutz für die Verzahnung; wegen der Hohlkrümmung der Zahnflanken enge Schmiegung, daher hohe Flankentragfähigkeit (oft Vergütungsstahl ausreichend). - Dagegen Verzahnungsherstellung schwieriger - Schleifen nur begrenzt möglich; Lagerungsprobleme (Ritzel z. T. fliegend gelagert).

3 Zahnräder 2.1 Zahnradarten Seite: 12 Doppelschrägverzahnung: Bei Doppelschrägverzahnung heben sich die Axialkräfte auf (wenn Ritzel oder Rad axial frei einstellbar), ferner sind große Zahnbreite möglich; allerdings ist ein Spalt zwischen beiden Schrägen für Werkzeugauslauf erforderlich; bei unterschiedlichen Abweichungen auf Links- und Rechtsschräge evtl. Axialschwingungen. Pfeilverzahnt: Bei Stirnrädern mit Pfeil- oder Doppelschrägverzahnung heben sich die Axialkräfte gegenseitig auf. Diese Räder werden zur Übertragung sehr hoher Drehmomente verwendet. Echte Pfeilverzahnungen sind nur auf Spezialmaschinen (oder mit Fingerfräser) herstellbar. Ein Verzahnungsschleifen ist nicht möglich. Gradverzahnt mit Zahnstange: Bei der Zahnradpaarung Ritzel/Zahnstange wird die Drehbewegung des Ritzels in eine gradlinige Bewegung auf der Zahnstange umgewandelt. Die Zahnstange kann man sich als ein Zahnrad mit unendlicher Zähnezahl vorstellen. Benutzt wird dieses System häufig bei Vorschubsystemen in Kranbau, bei Positioniermaschienen und bei Portalanlagen die große Kräfte übertragen müssen und keine zugroßen Verfahrgeschwindigkeiten (kleiner 3m/min) aufweisen. Es kommt sonst zu starker Geräuschbildung.

4 Zahnräder 2.1 Zahnradarten Seite: 13 Kegelräder: Gradverzahnt: Geradzahn-Kegelräder dienen zur Übertragung von Drehbewegungen bzw. Drehmomenten in Wälzgetrieben mit sich schneidenden Achsen (Winkelgetriebe). Der Bewegungsvorgang zweier im Eingriff befindlicher Kegelräder entspricht dem Abrollen zweier Kegel. Kegelräder mit geraden Zähnen sind sehr empfindlich gegenüber Fehlem in der Flankenform, in der Teilung und im Einbau. Die hierdurch bedingte Ungleichförmigkeit in der Bewegungsübertragung hat erhebliche Geräusche und Schwingungen zur Folge. Der Eingriff der Zähne eines Radpaares beginnt auf voller Zahnbreite. Schrägverzahnt: Kegelräder mit Schräg- bzw. Bogenverzahnung haben wesentlich günstigere Betriebseigenschaften als Kegelräder mit geraden Zähnen. Da sich stets mehrere Zähne gleichzeitig im Eingriff befinden, ist die Eingriffsdauer groß. Der Eingriff erfolgt allmählich längs der Zahnbreite. Selbst unter ungünstigen Verhältnissen erfolgt die Bewegungsübertragung ruhig und stoßfrei. Bogen- oder Spiralverzahnt: Bei Bogenverzahnungen sind die Flankenlinien der Planradverzahnung Kurven, die je nach dem Herstellungsverfahren verschiedene Formen und verschiedene Lagen zur Wälzachse haben. Im Schrifttum hat sich für diese Verzahnung die Bezeichnung Spiralverzahnung eingeführt. Der großen Vorzüge wegen findet die Bogenverzahnung in fast allen Industriezweigen (im Kraftfahrzeug- und allgemeinen Maschinenbau, in der feinmechanischen Industrie usw.) Anwendung. Die Achsen der Kegelräder können sich schneiden oder kreuzen. Bogenverzahnte Kegelräder werden mit balligen Zahnflankenflächen ausgeführt. Die Flanken tragen nur auf einem Teil der Zahnbreite (lokalisiertes Zahntragen) und sind dadurch unempfindlich gegen Achsverlagerungen. Weitere Vorzüge der bogenverzahnten Kegelräder sind vor allem Geräuscharmut, hohe Zahnbruchfestigkeit, Unempfindlichkeit gegen schwankende Belastungen sowie Einbautoleranzen und Verlagerungen.

5 Zahnräder 2.1 Zahnradarten Seite: 14 Hypoidverzahnt: Bei der Hypoidverzahnung ist das Ritzel ist durch Achsversetzung dicker. Daher auch für größere Übersetzungen geeignet. Infolge zusätzlicher Gleitung in Längsrichtung der Zähne ist der Wirkungsgrad geringer, wegen erhöhter Freßgefahr Spezialschmierstoff erforderlich, jedoch bessere Laufruhe. Die Vergleiche beziehen sich auf vorgenannte Kegelräder. Wingesetzt werden die Hypoidgetriebe für Achsen von Kraftfahrzeugen und neuerdings auch für Industriegetriebe. Schneckentrieb: Schneckengetriebe sind für eine größere Übersetzungen in einer Stufe geeignet. Der Antrieb ererfolgt vom Schnecke auf das Schneckenrad. Die Schnecken werden Ein -oder Mehrgängig hergestellt.bei großer Übersetzung tritt Selbsthemmung ein. Das bedeutet, daß bei Umkehr der Kraftflußrichtung keine Drehbewegung erfolgt. Wegen des hohen Gleitanteils ist Erwärmung oft die maßgebende Tragfähigkeitsgrenze. Geräuschärmstes Zahnradgetriebe. Wegen der Linienberührung der Zähne ist der Schneckentrieb sehr tragfähig. Der Wirkungsgrad liegt aber nur bei ca. 50%. Eingesetzt wird der Schneckentrieb bei Hubeinrichtungen, Winden und bei Winkelpositionieraufgaben. Schraubenräder: Schraubräder mit gekreuzten Achsen sind - jedes für sich - Schrägstirnräder. Sie eignen sich wegen Punktberührung und Zahnlängsgleiten nur für geringe Belastung.

6 Zahnräder 2.1 Zahnradarten Seite: 15 Kettentriebe: Rollenkette: Kettentriebe sind für parallele Wellen bei größerem Achsabstand geeignet. Sie sind unempfindlich gegen Feuchtigkeit und Wärme (gegenüber Riemen), einfach zu montieren und zu demontieren. Mit einer Kette kann man mehrere Räder antreiben. Allerdings - gegenüber Zahnrädern viele Bauelemente. Lebensdauer meist durch Verschleiß in Gelenken begrenzt. Zusätzlich muß mit einer Längung der Kette wärend des Betriebes gerechnet werden. Dadurch müssen die Ketten nachgespannt werden. Dies geschieht entweder durch Verschieben der Kettenräder mit geeigneten Spanneinrichtungen oder mittels automatischer Kettenspanneinrichtungen.(Schmierung notwendig, möglichst Staubschutz). Je nach Leistungsübertragung unterscheudet man in Ein- oder Mehrreiige Rollenketten.Größere Leistung nur durch zwei oder mehrer parallel geschaltete Kettenstränge möglich. An- und Abtrieb gleichsinnig Drehrichtung (beim Zahnradpaar entgegengesetzt!); z. T. kostengünstiger als Zahnradgetriebe. Kettentriebe eignen sich nur schlecht zum genauen Positionieren (kein Reversierbetrieb wegen großem Kettenspiel). Verwendung auch als Transportketten. Zahnkette: Zahnketten mit Doppelzahnlaschen haben die äußeren tragenden Flanken einen Winkel von 60 ein. Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit befinden sich gehärtete Gelenkbuchsen in den Laschen. Damit die Ketten seitlich nicht von den Rädern laufen, sind sie zusätzlich mit ungezahnten Führungslaschen (eine mittlere oder zwei äußere) zur Seitenführung ausgestattet, die in Ringnuten der Räder greifen. Zahnketten sind für sehr hohe Geschwindigkeiten geeignet und laufen geräuscharm, z. B. als Steuerketten in Verbrennungskraftmaschinen. Allerdings sind sie teurer als die Rollenketten. Im Ölbad sind Kettengeschwindigkeiten bis 30 m/s möglich.

7 Zahnräder 2.1 Zahnradarten Seite: 16 Zahnriementrieb: Polyurethan-Zahnriemen zeichnen sich aus durch folgende Vorzüge: mechanisch: Zahnriemen werden aus abriebfestem Polyurethan und hochfesten Stahlcord-Zugträgern gefertigt. Polyurethan-Zahnriemen sind durch die eingebetteten feinen Stahlseile längenkonstant, d. h. sie haben keine Nachdehnung. Die durch Umfangskraft und Vorspannung auftretende Dehnung ist extrem klein und verhält sich entsprechend dem Hookeschen Gesetz. Die Produktionsverfahren, nach denen Polyurethan-Zahnriemen hergestellt werden, ermöglichen die Einhaltung engertoleranzen, die eine gleichmäßige Verteilung der Last bei Leistungsübertragung gewährleisten. Diese Polyurethan-Zahnriemen eignen sich zur Übertragung hoher Drehmomente. Neben der reinen Leistungsübertragung sind diese Zahnriemen auch für Steuerund Förderanlagen einsetzbar. formschlüssig, synchronlaufend, längenkonstant, keine Nachdehnung, geräuscharm, abriebfest, wartungsfrei, hochflexibel, positionsgenau, winkeltreu, geschränkt einsetzbar, biegewechselfeste, dehnungsarme Stahlzugstränge, Riemengeschwindigkeit bis 80 ms 1. kleine Baumaße, günstiges Leistungsgewicht, geringe Vorspannung, geringe Lagerbelastung, feste Achsabstände möglich, große Achsabstände möglich, große Übersetzungen ausführbar, hoher Wirkungsgrad bis 98% chemisch: hydrolysebeständig, alterungsbeständig, temperaturbeständig von -30 bis +80 C, kurzzeitig höher (+120 C), tropenbeständig, beständig gegen Öle, Fette und Benzin, bedingt beständig gegen Säuren und Laugen

8 Zahnräder 2.1 Zahnradarten Seite: 17 Die Zahnriemenscheiben werden mit Polyurethan-Zahnriemen als komplette Antriebe geliefert. Standardwerkstoff für die Zahnriemenscheiben ist eine verschleißfeste Aluminiumlegierung (AICuMgPb). Andere Werkstoffe wie Stahl, Stahlguß und Kunststoffe können auch verwendet werden. Einsatzgebiete Polyurethan-Zahnriemen werden in allen Bereichen der Technik dort eingesetzt, wo die synchrone Übertragung einer Drehbewegung gefordert wird. Dabei ist es unabhängig davon, ob es sich um Leistungsübertragung, Servo-Steuerfunktionen oder Schalt- und Förderaufgaben handelt. Bevorzugte Einsatzbereiche: Büromaschinen, EDV-Anlagen, Textilmaschinen, Holzverarbeitungsmaschinen, Werkzeugmaschinen

9 Zahnräder 2.1 Zahnradarten Seite: 18 Kontrollfragen: