Arten von Kegelrädern

Kegelräder finden in zahlreichen Branchen Anwendung. Sie werden beispielsweise in Radbaggern, Saugbaggern, Förderbändern, Walzwerksantrieben und Schienenfahrzeugen eingesetzt. Dank ihrer spiralförmigen oder schrägen Kegelform eignen sie sich auch für beengte Platzverhältnisse. Weitere Verwendung finden sie in der Robotik und in vertikalen Stützen von Walzwerken. Auch in der Lebensmittelverarbeitung kommen Kegelräder zum Einsatz. Lesen Sie weiter, um mehr über Kegelräder zu erfahren.

Spiralverzahnung

Spiralverzahnte Kegelräder dienen der Kraftübertragung zwischen zwei Wellen im 90°-Winkel. Sie besitzen gekrümmte oder schräge Zähne und können aus verschiedenen Metallen gefertigt werden. Bestagear ist ein Hersteller, der sich auf mittelgroße bis große spiralverzahnte Kegelräder spezialisiert hat. Diese finden Anwendung im Bergbau, in der Hüttenindustrie, in der Schifffahrt und in der Ölindustrie. Spiralverzahnte Kegelräder werden üblicherweise aus Stahl, Aluminium oder Phenolharz gefertigt.
Spiralverzahnte Kegelräder bieten viele Vorteile. Ihre ineinandergreifenden Zähne sorgen für eine sanftere Kraftübertragung. Sie sind äußerst robust und auf eine lange Lebensdauer ausgelegt. Zudem sind sie günstiger als andere rechtwinklige Zahnräder. Da sie paarweise gefertigt werden, halten sie in der Regel auch länger. Spiralverzahnte Kegelräder reduzieren außerdem Geräusche und Vibrationen. Wenn Sie also einen neuen Zahnradsatz benötigen, sind Spiralverzahnte Kegelräder die richtige Wahl.
Der Kontakt zwischen den Zähnen eines Spiralkegelrads erfolgt entlang der Zahnoberfläche. Er folgt der Hertzschen Theorie des elastischen Kontakts. Dieses Prinzip gilt für kleine signifikante Abmessungen der Kontaktfläche und kleine relative Krümmungsradien der Oberflächen. In diesem Fall sind Dehnungen und Reibung vernachlässigbar. Ein Spiralkegelrad ist ein typisches Beispiel für ein umgekehrtes Schrägverzahnungsrad. Dieses Zahnrad wird häufig in Bergbaumaschinen eingesetzt.
Spiralverzahnte Kegelräder verfügen über eine spielausgleichende Funktion. Diese trägt zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Schmierfilmdicke auf der Zahnoberfläche bei. Wellenachse, Montageabstand und Winkelabweichungen beeinflussen den Zahneingriff eines spiralverzahnten Kegelrads. Durch die Einstellung des Zahnflankenspiels lassen sich diese Probleme beheben. Die oben genannten Toleranzen sind typisch für Kegelräder. In manchen Fällen nehmen Hersteller gegen Ende des Produktionsprozesses geringfügige Konstruktionsänderungen vor, wodurch das Risiko für Erstausrüster minimiert wird.

Gerades Kegelrad

Kegelräder mit gerader Verzahnung zählen zu den am einfachsten herzustellenden Zahnradtypen. Die früheste Methode zur Fertigung dieser Zahnräder bestand in der Verwendung einer Hobelmaschine mit Teilkopf. Mit der Einführung des Revacycle-Systems und des Coniflex-Systems wurden die Fertigungsmethoden jedoch deutlich verbessert. Die neueste Technologie ermöglicht eine noch präzisere Fertigung. Beide Fertigungsmethoden werden von CZPT eingesetzt. Im Folgenden finden Sie einige Beispiele für die Herstellung von Kegelrädern mit gerader Verzahnung.
Ein gerades Kegelrad wird mithilfe zweier Arten von Kegelflächen hergestellt: dem Gleason- und dem Klingelnberg-Verfahren. Das Gleason-Verfahren ist dabei das gebräuchlichste. Im Gegensatz zu anderen Zahnradtypen ist das CZPT-Verfahren kein universeller Standard. Das Gleason-System liefert qualitativ hochwertigere Zahnräder, da die Verwendung von balligen Zähnen die effektivste Methode ist, um Zahnräder herzustellen, die selbst kleine Montagefehler tolerieren. Zudem wird die Spannungskonzentration an den Kegelkanten der Zähne vermieden.
Die Materialzusammensetzung des Zahnrads hängt von der Anwendung ab. Bei hohen Anforderungen an die Langlebigkeit wird das Zahnrad aus Gusseisen gefertigt. Das Ritzel ist üblicherweise dreimal härter als das Zahnrad, was den Verschleiß ausgleicht. Andere Werkstoffe, wie beispielsweise Kohlenstoffstahl, sind zwar günstiger, aber weniger korrosionsbeständig. Die Massenträgheit ist ein weiterer wichtiger Faktor, da schwerere Zahnräder schwieriger umzukehren und anzuhalten sind. Zu den Präzisionsanforderungen gehören unter anderem die Teilung und der Durchmesser des Zahnrads sowie der Eingriffswinkel.
Die Evolventengeometrie eines geraden Kegelrads wird häufig durch Variation der Flächennormalen berechnet. Die Berechnung erfolgt unter Einbeziehung der Flächenkoordinaten und der theoretischen Zahndicke. Mithilfe eines Koordinatenmessgeräts (KMG) lässt sich die sphärische Evolventenfläche zur Bestimmung des Zahneingriffs nutzen. Diese Methode ist besonders nützlich, wenn kein Wälzprüfgerät zur Verfügung steht, da sie den Zahneingriff vorhersagen kann.

Hypoid-Kegelrad

Hypoid-Kegelräder sind eine effiziente und vielseitige Lösung zur Drehzahlreduzierung. Ihre kompakte Bauweise, der hohe Wirkungsgrad, die geringe Geräusch- und Wärmeentwicklung sowie die lange Lebensdauer machen sie zu einer beliebten Wahl in der Kraftübertragungs- und Antriebstechnik. Im Folgenden werden einige Vorteile von Hypoid-Getrieben erläutert und warum Sie diese einsetzen sollten. Außerdem werden einige der häufigsten Missverständnisse und falschen Annahmen über diesen Getriebetyp aufgeführt. Diese Annahmen mögen zunächst kontraintuitiv erscheinen, helfen Ihnen aber, die Funktionsweise dieses Getriebes besser zu verstehen.
Das Grundprinzip von Hypoidgetrieben besteht darin, dass sie zwei sich nicht schneidende Wellen verwenden. Die kleinere Welle ist gegenüber der größeren Welle versetzt, sodass sie störungsfrei ineinandergreifen und sich gegenseitig sicher abstützen. Dadurch wird die Drehmomentübertragung im Vergleich zu herkömmlichen Getrieben verbessert. Ein Hypoid-Kegelradgetriebe wird beispielsweise zum Antrieb der Hinterachse eines Automobils eingesetzt. Es erhöht die Flexibilität im Maschinenbau und ermöglicht die freie Einstellung der Achsen.
Im ersten Fall wird der Eingriff der beiden Körper durch Anpassen des hyperbolischen Fräsers an das gewünschte Zahnrad erzielt. Dessen geometrische Eigenschaften, Ausrichtung und Position bestimmen das gewünschte Zahnrad. Letzteres kommt zum Einsatz, wenn das gewünschte Zahnrad geräuschlos sein oder Vibrationen reduziert werden sollen. Ein hyperbolischer Fräser hingegen greift in zwei Zahnkörper ein. Dies ist die effizienteste Option zur Modellierung von Hypoidzahnrädern mit geräuschempfindlichen Zahnrädern.
Der Hauptunterschied zwischen Hypoid- und Spiralkegelrädern liegt im größeren Durchmesser des Hypoidkegelrads. Sie werden üblicherweise in Übersetzungen von 1:1 und 2:1 eingesetzt, einige Hersteller bieten aber auch höhere Übersetzungen an. Ein Hypoidgetriebe kann Drehzahlen von bis zu 3000 U/min erreichen. Dadurch ist es in vielen Anwendungsbereichen die bevorzugte Wahl. Wenn Sie also ein hocheffizientes Getriebe suchen, ist dies das richtige für Sie.

Addendum- und Defendumwinkel

Die Kopf- und Fußwinkel eines Kegelrads beschreiben Form und Tiefe der Zähne. Jeder Zahn besitzt eine leicht konische Oberfläche mit variierender Tiefe. Diese Winkel werden durch die Kopf- und Fußwinkel definiert. Der Kopfwinkel ist der Abstand zwischen Zahnfuß und Zahnspitze, der Fußwinkel der Abstand zwischen Zahnteil und Zahnspitze.
Der Teilkreiswinkel ist der Winkel zwischen dem Scheitelpunkt des Teilkegels des Zahnrads und der Teilkreislinie der Zahnradwelle. Der Fußkreiswinkel hingegen ist die Tiefe des Zahnzwischenraums unterhalb der Teilkreislinie. Beide Winkel dienen zur Beurteilung der Form eines Kegelrads. Kopf- und Fußkreiswinkel sind für die Zahnradkonstruktion von Bedeutung.
Die Fuß- und Kopfkreiswinkel eines Kegelrads werden durch das Grundüberdeckungsverhältnis (Mc) der beiden Zahnräder bestimmt. Die Evolventenkurve darf nicht über den Grundkreisdurchmesser des Kegelrads hinausragen. Der Grundkreisdurchmesser ist ein kritisches Maß für die Auslegung eines Zahnrads. Es ist möglich, die Evolventenkurve so zu verkleinern, dass sie der Evolventenkurve entspricht; sie muss jedoch tangential zu dieser verlaufen.
Die häufigste Anwendung von Kegelrädern ist das Differential in Kraftfahrzeugen. Sie werden in vielen Fahrzeugtypen eingesetzt, darunter Pkw, Lkw und sogar Baumaschinen. Auch in der Schifffahrt und der Luftfahrt finden sie Verwendung. Neben diesen beiden Hauptanwendungen gibt es zahlreiche weitere Einsatzmöglichkeiten für Kegelräder. Ihre Beliebtheit wächst stetig. Sie sind ein unverzichtbarer Bestandteil von Getriebesystemen in der Automobil- und Industriebranche.

Anwendungsbereiche von Kegelrädern

Kegelräder finden in vielfältigen Anwendungen Verwendung. Je nach Gewicht, Belastung und Einsatzgebiet werden sie aus unterschiedlichen Materialien gefertigt. Für Anwendungen mit hoher Belastung kommen Eisenmetalle wie Grauguss zum Einsatz. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch hervorragende Verschleißfestigkeit und geringe Kosten aus. Für Anwendungen mit geringerer Belastung werden Stahl oder Nichtmetalle wie Kunststoffe verwendet. Einige Kegelradwerkstoffe gelten als geräuscharm. Im Folgenden sind einige ihrer häufigsten Anwendungsgebiete aufgeführt.
Gerade Kegelräder sind am einfachsten herzustellen. Früher wurden sie mit einer Hobelmaschine mit Teilkopf gefertigt. Moderne Fertigungsmethoden umfassen die Systeme Revacycle und Coniflex. Für die industrielle Zahnradfertigung nutzt CZPT das Revacycle-System. Es gibt jedoch viele verschiedene Kegelradtypen. Dieser Leitfaden hilft Ihnen, das richtige Material für Ihr nächstes Projekt auszuwählen. Diese Materialien sind hochdrehzahlbeständig und sehr robust.
Kegelräder sind vor allem in Automobil- und Industriemaschinen weit verbreitet. Sie verbinden die Antriebswelle mit den Rädern. Manche verfügen sogar über eine 45-Grad-Kegelverzahnung. Diese Zahnräder können auf einer Kegelfläche montiert und auf ihre Übertragungseigenschaften geprüft werden. Sie werden auch in Testanwendungen eingesetzt, um eine einwandfreie Kraftübertragung sicherzustellen. Sie können die Drehzahl gerader Wellen reduzieren. Kegelräder finden in vielen Branchen Anwendung, von der Schifffahrt bis zur Luftfahrt.
Die einfachste Kegelradbauart ist das Winkelkegelrad mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1. Es dient zur Änderung der Drehachse. Die Wellen von Winkelkegelrädern können sich in jedem Winkel zwischen 45° und 120° schneiden. Die Verzahnung des Kegelrads kann gerad-, spiral- oder nullförmig sein. Wie bei Zahnstangengetrieben gibt es auch bei Kegelrädern verschiedene Ausführungen.

Bearbeitet von CX am 13.11.2023