Hintergrundwissen: Kegelräder

Funktionsweise Kegelräder sind eine Zahnradart wie beispielsweise Stirnräder und Schneckenräder. Bei einem Kegelrad handelt es sich um einen Kegelstumpf mit einer verzahnten Mantelfläche. Während bei dem häufig eingesetzten Stirnzahnrad die Achsen parallel zueinander ausgerichtet sind, schneiden sich in einem Kegelradgetriebe die Antriebswelle und Abtriebswelle winklig zueinander – oftmals beträgt der Achswinkel 90°. Die Berührung der Zahnflanken erfolgt linienförmig. Ein Kegelradgetriebe setzt sich aus zwei Komponenten zusammen: dem Kegelritzel und dem größeren Tellerrad. Der Antrieb erfolgt in der Regel über das Kegelritzel, wobei beide Drehrichtungen möglich sind. Kegelradgetriebe werden zur Übertragung von Drehmomenten und Drehbewegungen eingesetzt, wie zum Beispiel im Werkzeugmaschinenbau, in der Automation und in Walzwerken. Zahnformen Bei den Kegelrädern gibt es drei grundsätzliche Zahnformen: geradverzahnt, schrägverzahnt und bogenverzahnt. Schrägverzahnte und bogenverzahnte Kegelräder laufen generell ruhiger als geradverzahnte Räder. Bei letzteren stellen die Flankenlinien der Planradverzahnung Geraden dar, die durch die Planradmitte verlaufen. Die Geradzahnkegelräder blicken auf eine lange Historie zurück: Bereits im Jahr 1780 wurden Sie als Maschinenelement erwähnt. Das ursprüngliche Kegelzahnrad verfügte über einen geradlinigen Zahn in der Längsrichtung. Kam es einmal zu geringen Abdrängungen der Achsen, dann konzentrierte sich das Zahntragen direkt nach innen, außen, am Zahnkopf oder Zahnfuß. Damit erhöht sich die Geräuschlautstärke wesentlich und die Zahnbelastbarkeit sinkt auf ein Minimum. Beim heutigen geradlinigen Kegelzahnrad entsteht durch die geometrische Anordnung der Werkzeuge ein längsballiger Zahn. Im Getriebe resultiert aus der Umfangskraft die Radialbelastung, die durch den Eingriffswinkel bestimmt wird. Die Grenzen des Geradzahnkegelrads liegen in der Umfangsgeschwindigkeit, dem lauten Geräusch und der übertragbaren Leistung. Der Gesamt-Überdeckungsgrad der Verzahnung im Stirnschnitt besteht aus dem Profilüberdeckungsgrad. Schrägverzahnte Räder ähneln den Geradzahnkegelrädern hinsichtlich der Konstruktion, allerdings bilden die Flankenlinien bzw. Geraden einen Kreis um die Planradmitte. Dadurch entsteht ein zusätzlicher Zahnschrägungswinkel. Im Vergleich zum Geradzahnrad bewirkt dieser Winkel neben der Radialkraft eine Komponente in axialer Richtung. Die Größe und Richtung der Radialkraft und Axialkraft bleiben dabei konstant. Bei den bogenverzahnten Kegelrädern bilden die Flankenlinien Kurven, zum Beispiel in Form von Kreisbögen, Evolventen oder Zykloiden. Die Bogenzahnkegelräder lassen sich unterscheiden in Spiralkegelräder und Hypoidkegelräder. Die Vorteile des Spiralkegelrads gegenüber Geradzahn- und Schrägzahnrädern liegen im besseren Geräuschverhalten, der größer erreichbaren Umfangsgeschwindigkeit und in der höher zu übertragenden Leistung. Eine Abwandlung der Spiralkegelräder stellen die Hypoidkegelräder dar. Bei diesen schneiden sich die Achsen nicht, sondern sind versetzt. Durch diese Achsversetzung wird das Kegelritzel größer oder kleiner – abhängig davon, ob der Achsversatz positiv