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Ausgewählte Ausgabe: 03-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Vorteile durch Asymmetrie

Oft drehen sich Zahnräder ihr gesamtes Betriebsleben hindurch nur in eine Richtung – dies ist insbesondere bei Kraftfahrzeugen, Nutzfahrzeugen, Schiffen, Hebezeugen oder Generatoren der Fall. Bei diesen Zahnradgetrieben ist in der Regel die Belastung der einen Flanke erheblich höher als die der gegenüberliegenden. So werden die Rückflanken während einer relativ kurzen Arbeitsphase gar nicht oder nur leicht belastet. Eine asymmetrisch geformte Verzahnung spiegelt diesen funktionalen Unterschied wider.


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Bild 1.
Asymmetrische Verzahnung: Die geringere Hertz‘sche Pressung auf den Antriebsflanken verbessert die Leistungsdichte bei der Kraftübertragung im Getriebe.

Eines der Konstruktionsziele von asymmetrischer Verzahnung ist es, die Leistung des im Hauptbetrieb belasteten Profils auf Kosten der Leistung der gegenüberliegenden Profile zu verbessern“, erläutert Dr. Alexander Kapelevich, Vorstand von AKGears. Er ist Spezialist für die Berechnung des Werkzeugprofils und weiterer Parameter für asymmetrische Verzahnungen. „Asymmetrische Zahnprofile, Bild 1, machen eine Erhöhung des Traganteils und des Betriebseingriffswinkels möglich, die beide über die mit konventionellen, symmetrischen Getrieben erreichbaren Grenzwerte hinausgehen.“ Durch die Verteilung über Breiten- und Stirnlast sowie über die Dynamik kann die Verzahnungssteifigkeit deutlich verbessert werden. Auch die Zahnflankentragfähigkeit profitiert von einem erhöhten Eingriffswinkel an der belasteten Zahnflanke. Zudem verbessert sich auch die Zahnfußtragfähigkeit.
Der größte Vorteil einer asymmetrischen Verzahnung ist die reduzierte Hertz‘sche Pressung auf den Antriebsflanken. Das führt zu einer höheren Leistungsdichte – also der Tragfähigkeit im Verhältnis zur Zahnradgröße – bei der Kraftübertragung im Getriebe. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Möglichkeit, die Rückflanken der Verzahnung unabhängig von der Antriebszahnflanke zu gestalten. Damit wird quasi ein Einstellen der Zahnsteifigkeit möglich, während gleichzeitig der gewünschte Eingriffswinkel und der Traganteil der Antriebsflanken beibehalten werden. Dies erlaubt eine höhere Zahnkopfbiegung, was den Zahneingriffsstoß dämpft und zu einer Verringerung der Getriebegeräusche und der Schwingungen führt.

Angepasste Werkzeuge nötig

Kapelevich definiert die asymmetrische Zahnfußgeometrie unabhängig vom Modell der Zahnstange, was ihn von anderen Forschern der Getriebetechnik unterscheidet. Die Vorgehensweise „Direct Gear Design“ von Kapelevich erlaubt eine Optimierung der asymmetrischen Verzahnung und erlaubt es, dass die Fußausrundung bei besonderen Getriebeanwendungen eine maximierte Leistung erzielt. Ein solcher Ansatz erfordert selbstverständlich spezielle Werkzeuge. Nachdem die Optimierung der Zahnfußgeometrie abgeschlossen ist, definiert Direct Gear Design auch das Werkzeugprofil und weitere Parameter. „Eines der Konstruktionsziele von asymmetrischer Verzahnung ist es, die Leistung des im Hauptbetrieb belasteten Profils auf Kosten der Leistung der gegenüberliegenden Profile zu verbessern.“

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