Stirnzahnräder

Der Standard unter den Zahnrädern

Das Stirnzahnrad ist das am häufigsten verwendete Zahnrad.
Optisch kann man sich eine zylindrische Scheibe vorstellen, welche auf ihrem Umfang verzahnt ist. Es wird zwischen geraden (achsparallelen) Verzahnungen und Schrägverzahnungen unterschieden.

Durch die Paarung von zwei Stirnzahnrädern bildet sich ein sogenanntes Stirnradgetriebe.
Es wird eine schlupffreie Kraftübertragung zwischen zwei parallel geführten Wellen ermöglicht. Durch den angepassten Zahnradabstand greifen die Zähne ineinander und übertragen die Drehbewegung.
Dabei drehen die Zahnräder sich immer entgegengesetzt. Wenn das erste Stirnrad linksherum dreht, dreht das zweite rechtsherum.

Es können auch mehrstufige Getriebe hergestellt werden.
Dies gelingt zum einen durch das Hinzufügen weiterer Zahnräder. Und zum anderen durch das Ergänzen von Zwischenwellen.

Stirnradgetriebe kommen u. a. in Uhrwerken vor.
Allgemein sind die Zahnräder in vielen verschiedenen Bereichen zu finden. Sie werden beispielsweise in Kfz-Schaltgetrieben sowie großen Industriegetrieben verbaut.

Ein besonders großer Vorteil des Getriebes ist die relativ einfache Bauweise

Hinzu kommt die einfache Herstellung von Zahnrädern. Zahnräder werden vorwiegend spannend hergestellt. Sie sind in den Materialien Stahl (auch mit gehärteten Zähnen), Edelstahl, Messing und Kunststoff erhältlich.

Bei diesem Getriebe und dessen parallelen Achsen erfolgt die Drehmomentübertragung durch Stirnräder.
Diese verfügen über Außen- oder Innenverzahnung. Nach der Lage der Zähne zur Drehachse unterscheidet man Gerade-, Schräg- und Pfeilverzahnung.

Bei Stirnzahnrädern gibt es verschiedene Verzahnungsformen
Die Standardverzahnung ist die Geradverzahnung. Dabei verlaufen die Zähne jeweils geradlinig, das heißt in Richtung der Achse des Zahnrades.

Durch die Geradverzahnung lassen sich die Reibverluste sehr gering halten

Im Vorteil gegenüber einer Schrägverzahnung entsteht keine axiale Kraftkomponente (Axialkraft), welche gesondert kompensiert werden muss.

Bei einer Schrägverzahnung verlaufen die Zähne nicht mehr geradlinig in Achsrichtung.
Sondern, sie laufen in einem bestimmten Winkel schräg dazu. Ein Zahnrad mit rechtssteigender Schrägverzahnung muss immer mit einem Zahnrad mit linkssteigender Schrägverzahnung zu einem Räderpaar kombiniert werden.
Durch die Berührung von meistens zwei oder mehr Zähnen kommt es zu weniger harten Kontaktstößen. Dies bedeutet eine sehr geringe Geräuschentwicklung.

In Sonderfällen kann auch die sogenannte Pfeilverzahnung angewandt werden.
Hierbei werden auf einem Zahnrad eine linkssteigende und eine rechtssteigende Hälfte kombiniert. Durch diese Verwendung können unter anderem axiale Kräfte unterbunden werden.

Um den Verschleiß der Zahnräder und der sich berührenden Bauteile möglichst gering zu halten, ist eine harte Oberfläche unerlässlich.
Je nach Anwendungsfall muss hier die Oberfläche gezielt beeinflusst werden. Bei Zahnrädern aus Stahl kann somit durch Oberflächenhärten für eine harte und verschleißfeste Randschicht gesorgt werden.
Hierbei ist zu beachten, dass sich dieses Verfahren nicht für jeden Werkstoff eignet (z.B. nicht für Kunststoff).

In der Regel müssen Zahnradgetriebe zusätzlich geschmiert werden.
Das sorgt dafür, dass es nicht zum Fressen der Zahnradflanken kommen kann. Die Verschleißlebensdauer wird durch entsprechende Fett- und Ölschmierung beeinflusst.