Was ist ein Zahnrad?

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Im Grunde ist ein Zahnrad eine kreisförmige Scheibe mit gleichmäßigen Einkerbungen (Zahnungen), die auf dem gesamten Umfang verlaufen. Verwendet wird es um (Bewegungs-)Kräfte auf ein weiteres Zahnrad oder eine Kette zu übertragen.

Zwei oder mehrere miteinander kombinierte Zahnräder bilden ein Zahnradgetriebe. Bei gleichem Radius wirken die Räder mit gleicher Kraft aufeinander ein. Unterscheiden sich die Radien der Zahnräder, sind auch die wirkenden Drehmomente unterschiedlich groß. Dieser Effekt wird zur besseren Nutzung von Antriebskräften genutzt.

Arten von Zahnrädern

Stirnrad

Das Stirnrad, welches auch Zylinderrad genannt wird ist das geläufigste unter den Zahnrädern. Die Verzahnung liegt auf dem Umfang der zylinderförmigen Scheibe. Damit aus einer Kombination ein Stirnradgetriebe resultieren kann müssen die Achsen des Stirnrades parallel zum Gegenstück liegen.

Möglich sind hierbei folgende Verzahnungen:

  • Achsparallele Verzahnungen
  • Schrägverzahnungen
  • Diverse Bogenverzahnungen
  • Doppelschräg-Verzahnungen: Freistich & Pfeilverzahnung
Stirnrad aus dem 3D-Drucker

Zahnstange

Die Zahnstange ist ein lineares Maschinenelement mit Zahnungen. Dabei ist der Spielraum durch die Länge der Stange limitiert, weshalb für gewöhnlich beim Einsatz einer Zahnstange eine Hin- und Her-Bewegung stattfindet. Zusammen mit einem Stirnrad wird die Kombination Zahnstangengetriebe genannt.

Mehrere Zahnstangen können aneinandergereiht eine Zahnschiene oder Zahnradbahn ergeben.

Zahnstange mit Stirnrad aus dem 3D-Drucker

Ellipsenrad

Ein Ellipsenradgetriebe besteht aus unrunden Rädern und ist ungleichmäßig übersetzend. Während sich für gewöhnlich Zahnradgetriebe aus runden Zahnrädern zusammensetzen ist ein Ellipsenrad wie gesagt ein unrundes Zahnrad. Wenn ein normales Zahnrad rotiert dreht sich das zusammenhängende Rad gleichmäßig mit. Bei Ellipsenrädern müssen die zusammenhängenden Zahnräder zueinander identisch sein damit der konstante Achsabstand berücksichtigt ist. Bei einer Kombination eines Ellipsenrades mit einem Stirnrad  muss ein Rad auf einer beweglichen Schwingachse befestigt sein oder bei der Übersetzung über eine Kette oder einen Zahnriehmen laufen, der die beiden Räder verbindet.

Beispiele zur Verwendung

  • Kettenantrieb von Fahrrädern
  • Webmaschinen
Ellipsenzahnräder aus dem 3D-Drucker

Kegelrad

Die Achsen von Kegelrädern liegen gewöhnlich in einem Winkel von 90° zueinander und schneiden sich. Bei zwei gekoppelten Kegelrädern führen die Spitzen zusammen. Die verzahnte Mantelfläche liegt auf einem Kegelstumpf und zumeist verlaufen die Zähne gerade zur Mantellinie. Beim Hypoidgetriebe verlaufen sie bogenförmig während allgemein das Zahnhöhenprofil einer Oktoide entspricht.

Kegelrad aus dem 3D-Drucker

Schneckenrad und Schnecke

Ein Schneckengetriebe besteht aus einer Schnecke, die schraubenförmig ist und einem Schneckenrad. Die Verzahnung auf der Schnecke hat Ähnlichkeit zu einem Gewinde wobei die Zähne sich wie bei einer Schraube um den Zylinder schlingen. Eine Windung kommt einem Zahn gleich. Im simpelsten Fall kann das Schneckenrad ein Stirnrad mit schräger Verzahnung sein.

Aufgrund der zu erreichenden Linienführung sind die Zahnflanken des Schneckenrades hohl ausgeführt damit nicht lediglich eine Punktberührung zustande kommt. Das Schneckengetriebe weist ein verhältnismäßig hohes Übersetzungsverhältnis auf und ist gleichzeitig der geräuschärmste Verzahnungsantrieb.

Eine mögliche Abwandlung ist die Globoidschnecke, die an die Runde Form des Schneckenrades angepasst ist. Hier ist der Zylinder tailliert und nicht zylindrisch.

Schneckenrad aus dem 3D-Drucker

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2 Kommentare
Ralf Lehmann / Borgwaldt KC

Der Artikel ist gut. Jedoch ist der Konfigurator noch eingeschränkt. Habe mich über die Erweiterung Zahnstange gefreut. Aber ich wünsche mir noch Hohlräder (Zahnrad); Schneckenrad (-getriebe) sowie Kettenräder (vielleicht sogar mit Kettengliedern - falls möglich und sinnvoll). Vielen Dank ;)

    Tom Krause (Leiter Additive Fertigung - igus)

    Hallo Herr Lehmann,

    vielen Dank für Ihre Hinweise. Wir arbeiten ständig an unseren Tools und wollen diese auch erweitern.
    Bis dahin können Sie sich gern an uns wenden, händisch können wir Ihnen auch noch viel mehr Zahnradtypen zeichnen (Kegelräder, Hohlräder, usw.), für einfachere Zahnräder berechnen wir hier 95 €.

    Viele Grüße

    Tom Krause

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