Definition

Skizze_Strinradgetriebe_einstufig.jpg Das Stirnradgetriebe ist eine Getriebeform, die durch parallele Achsen charakterisiert ist. Einfachste Bauform ist das einstufige Stirnradgetriebe, das aus zwei Wellen, auf denen je ein Zahnrad sitzt, besteht. Es können jedoch durch hinzufügen weiterer Zahnräder und Zwischenwellen mehrstufige Getriebe gebildet werden. Stirnradgetriebe_dreistufig.jpg

Einsatzgebiete und Vor- und Nachteile gegenüber anderen Getriebebauformen

Stirnradgetriebe sind weit verbreitet, sie kommen in z.B. PKW-Schaltgetrieben, großen Industriegetrieben, Armbanduhren etc. zum Einsatz. Ihr Vorteil besteht in der relativ einfachen Bauweise, da wenig bewegte Teile zum Einsatz kommen und die außenverzahnten Stirnräder einfacher herzustellen sind als z.B. Hohlräder in Planetengetrieben oder Schnecken- oder Kegelräder. Sie bieten eine formschlüssige Kraftübertragung bei hohem Wirkungsgrad. Nachteil ist die kleine Übersetzung, die in einer Stufe erreichbar ist (üblicherweise bis Übersetzung 6). Ein Stirnradgetriebe ist größer als ein Planetengetriebe gleicher Leistungen, gegenüber Schneckengetrieben weisen Stirnradgetriebe eine größere Geräuschentwicklung auf.

Gerad-, Schräg- und Pfeilverzahnung

Häufig werden in Stirnradgetrieben schräg verzahnte Zahnräder eingesetzt. Die Zähne verlaufen nicht parallel zur Getriebeachse, sondern schräg dazu. Kommt ein Zahnpaar (von Rad und Gegenrad) in Berührung, trägt es nicht direkt auf seiner ganzen Breite, wie dies bei geradverzahnten Stirnrädern der Fall ist. Statt dessen steigt die belastete Zahnbreite beim Weiterdrehen der Räder langsam an, bis das Zahnpaar auf ganzer Breite trägt, und fällt beim Herausdrehen aus der Kontaktzone nur langsam wieder ab. Normalerweise befinden sich bei schrägverzahnten Zahnradpaaren immer zwei oder mehr Zähne gleichzeitig in Kontakt, bei geradverzahnten Zahnradpaaren nur ein bis zwei Zähne. Bei Schrägverzahnungen treten also weniger harte Stöße beim Zahneingriff auf, dies führt zu geringeren Schwingungsanregungen und leiserem Lauf. Weiterhin ist die Belastbarkeit wegen der gleichmäßigeren Kraftaufteilung höher. Hören kann man den Unterschied oft bei älteren Autos. Im gerade verzahnten Rückwärtsgang macht das Getriebe wesentlich deutlichere Geräusche als in einem der schräg verzahnten Vorwärtsgänge. Nachteil der Schrägverzahnung ist eine etwas höhere Reibung, wodurch größere Verluste entstehen. Außerdem entstehen Axialkräfte, die die Zahnräder seitlich auseinander schieben und deshalb eine aufwändigerer Lagerung erforderlich machen. Neben der Gerad- und Schrägverzahnung gibt es noch die Pfeilverzähnung wo 2 Schrägverzahnungen nebeneinander angebracht werden. Durch diese Anordnung werden dann die Axialkräfte vermieden.

Tragfähigkeitsberechnung

Das wichtigste und auch teuerste Bauteil eines Stirnradgetriebes ist normalerweise die Verzahnung. Die Tragfähigkeitsberechnung der Verzahnungen, d.h. der Nachweis ob das Getriebe eine bestimmte Leistung übertragen kann, erfolgt mit Hilfe der DIN 3990. Diese Berechnungsvorschrift ist durch weitreichende Praxiserfahrungen gut abgesichert und zuverlässig. Es existieren zahlreiche weitergehende hochentwickelte Berechnungsverfahren, die z.B. die Verformung des Gehäuses, der Wellen oder der Zähne berücksichtigen und eine, bei kleiner Bauform, möglichst hohe durchsetzbare Leistung erlauben. Ein wichtiger Faktor für die Tragfähigkeit der Verzahnung ist auch die Wahl der Schmierung. Während einfache Stirnradgetriebe nur durch ein Fett geschmiert sind, bedürfen Hochleistungs-Strinradgetriebe hochentwickelte Schmierstoffe, die direkt in die Verzahnung eingespritzt werden.

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Getriebelehre