Schrägverzahnte Stirnräder sind geräuschärmer und können größere Drehmomente übertragen als geradverzahnte Stirnräder!
Um die Geräuschentwicklung zu reduzieren, werden in Stirnradgetrieben häufig schrägverzahnte Zahnräder verwendet. Die Zähne verlaufen bei dieser Schrägverzahnung nicht mehr geradlinig in Achsrichtung wie bei einer Geradverzahnung, sondern in einem bestimmten Winkel schräg dazu (je nach Anwendung zwischen 20° und 45°). Da das Zahnrad dabei eine zylindrische Grundform besitzt, beschreibt die Zahnform einen Spiralabschnitt und ist somit spiralförmig (analog zum spiralförmig verlaufenden Gewinde einer Schraube).
Insofern ist die Bezeichnung Schrägverzahnung nicht sehr präzise gewählt und der Begriff Spiralverzahnung wäre wohl treffender. Man erhält nur dann einen geradlinigen Zahnverlauf, wenn man sich die Zähne als Abwicklung gedacht vorstellt (schrägverzahnte Zahnstange), so wie die Abwicklung eines Gewindes ebenfalls eine geradelinige Gewindelinie erzeugt. Der Winkel zwischen abgewickelter Zahnlinie und ursprüngliche Drehachse wird als Schrägungswinkel \(\beta\) bezeichnet.
Die Schrägverzahnung führt dazu, dass die Kraftübertragung nicht plötzlich auf der gesamten Zahnbreite einsetzt sondern punktförmig verläuft (Punktkontakt!). Ebenfalls fällt bei Eingriffsende die Kraftübertragung nicht abrupt ab, sondern der Zahn gleitet allmählich aus dem Eingriff aus. Dieses besondere Ein- bzw. Ausgriffsverhalten senkt die Geräuschentwicklung des Getriebes.
Da sich die Umfangskräfte zu Eingriffsbeginn bzw. zum Eingriffsende nur auf einen sehr kleinen Zahnbereich konzentrieren, verursachen diese zunächst sehr hohe Zahnbelastungen. Aus diesem Grund sollten bei schrägverzahnten Stirnrädern stets mehrere Zähne gleichzeitig im Eingriff sein, um die Beanspruchung entsprechend auf mehrere Zähne verteilen zu können (größere Sprungüberdeckung). Wird dies beachtet, so können schrägverzahnte Stirnräder bei gleichen Abmessungen in der Regel höhere Drehmomente im Vergleich zu geradverzahnten Rädern übertragen.
Schrägverzahnte Stirnräder sind geräuschärmer und können größere Drehmomente übertragen als geradverzahnte Stirnräder!
Die höhere Geräuschenwicklung bei geradverzahnten im Vergleich zu schrägverzahnten Stirnrädern zeigt sich bspw. sehr deutlich in Automobilen beim Rückwärtsfahren. Die Zahnräder für den Rückwärtsgang sind im Gegensatz zu den Zähnrädern bei Vorwärtsgängen aus kostengründen geradverzahnt. Dies führt zu den typischen und deutlich lauteren Getriebegeräuschen während der Rückwärtsfahrt!
Während die Zahnkräfte bei einer Geradverzahnung rein in Umfangsrichtung wirken, entstehen durch die Schrägung bei einer Schrägverzahnung hingegen Axialkräfte. Je größer der Schrägungswinkel \(\beta\), desto größer werden auch die Axialkräfte sein. Dies muss bei der Lagerung der Getriebewellen entsprechend berücksichtigt werden. Die Kraftrichtung der Axialkraft ist dabei von der Drehrichtung des schrägverzahnten Zahnrades abhängig.
Schrägverzahnte Stirnräder verursachen Axialkräfte, die von Lagern entsprechend aufgenommen werden müssen!
Der Nachteile durch die Entstehung der Axialkräfte lässt sich mit der im nächsten Abschnitt näher erläuterten Pfeilverzahnung bzw. der Doppelschrägverzahnung beheben.
Nachteilig wirkt sich die Schrägverzahnung auf den Lagerverschleiß aus, da aufgrund der auftretenden Axialkräfte größere Lagerkräfte wirken.
Der Lagerverschleiß ist bei einer Schrägverzahnung größer als bei einer Geradverzahnung!
Bei der Paarung von zwei schrägverzahnten Stirnrädern muss darauf geachtet werden, dass die Schrägungswinkel jeweils identisch sind. Des Weiteren müssen die Schrägungsrichtungen entgegengesetzt gerichtet sein. Analog zu Schraubengewinden spricht man von links- bzw. rechtssteigender Schrägung (siehe Abbildung oben). Diese Bezeichnung ergibt sich je nach dem in welche Richtung die Flanke bei senkrecht stehender Rotationsachse des Zahnrades steigt.
Die Geradverzahnung kann letztlich als Sonderfall einer Schrägverzahnung mit einem Schrägungswinkel von 0° betrachtet werden. Entsprechend gehen die Eigenschaften einer Schrägverzahnung mit sinkendem Schrägungswinkel fließend in die Eigenschaften einer Geradverzahnung über. Zu berücksichtigen ist allerdings, dass ein Schrägungswinkel von unter 10° kaum Vorteile gegenüber einer Geradverzahnung bietet und deshalb in der Praxis nicht hergestellt wird.
