Hypoid-Fasenschliff vs. gerader Spiral-Fasenschliff – Was ist der Unterschied?

Spiralverzahnungen gibt es in vielen verschiedenen Ausführungen, doch zwischen Hypoid- und geraden Spiralverzahnungen besteht ein grundlegender Unterschied. Dieser Artikel beschreibt die Unterschiede zwischen den beiden Verzahnungstypen und erläutert ihre Anwendungsbereiche. Ob in industriellen Anwendungen oder im Haushalt – es ist wichtig zu verstehen, welche Funktion die einzelnen Typen haben und warum sie wichtig sind. Letztendlich hängt Ihr Endprodukt von diesen Unterschieden ab.

Hypoid-Kegelräder

Im Automobilbereich werden Hypoid-Kegelräder im Differential eingesetzt. Sie ermöglichen es den Rädern, sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu drehen, ohne die Fahreigenschaften zu beeinträchtigen. Dieses Getriebe besteht aus einem Hohlrad und einem Ritzel, die zusammen mit anderen Kegelrädern auf einem Träger montiert sind. Hypoid-Kegelräder finden auch in Baumaschinen, Nebenaggregaten und der Luftfahrtindustrie breite Anwendung. Nachfolgend sind einige gängige Anwendungsbereiche von Hypoid-Kegelrädern aufgeführt.
Im Automobilbereich werden Hypoidgetriebe häufig in Hinterachsen, insbesondere bei großen Lkw, eingesetzt. Ihre spezielle Form ermöglicht eine tiefere Positionierung der Antriebswelle im Fahrzeuginneren, wodurch der Schwerpunkt gesenkt und die Geräuschentwicklung im Innenraum minimiert wird. Diese Konstruktion macht das Hypoidgetriebe zu einem der effizientesten Getriebetypen auf dem Markt. Neben ihrem hohen Wirkungsgrad sind Hypoidgetriebe aufgrund ihres Gleitmechanismus besonders wartungsfreundlich.
Die flächengewälzten Hypoidzahnräder weisen eine charakteristische epizykloidale Steigungskurve entlang ihrer Längsachse auf. Das gängigste Schleifverfahren für Hypoidzahnräder ist das Vorschleifen, bei dem eine topfförmige Schleifscheibe die Steigungskurve durch einen Kreisbogen ersetzt. Dieses Verfahren hat jedoch einen wesentlichen Nachteil: Es führt zu ungleichmäßigem Materialabtrag. Außerdem kann die Schleifscheibe nicht die gesamte Zahnoberfläche bearbeiten.
Die Vorteile von Hypoidzahnrädern gegenüber Spiralkegelrädern liegen in einem höheren Eingriffsverhältnis und einem höheren Drehmoment. Diese Zahnräder werden vorwiegend in Automobilantrieben eingesetzt, wo das Übersetzungsverhältnis eines einzelnen Hypoidzahnradpaares am höchsten ist. Durch Wärmebehandlung lassen sich Hypoidzahnräder auf Langlebigkeit und Reibungsreduzierung verbessern, wodurch sie sich ideal für Anwendungen eignen, bei denen Geschwindigkeit und Effizienz entscheidend sind.
Das gleiche Bearbeitungsverfahren, das bei Spiral-Kegelrädern angewendet wird, kann auch für Hypoid-Kegelräder eingesetzt werden. Dieses Verfahren umfasst das Schruppen in zwei Schnitten, gefolgt vom Schlichten in einem Schnitt. Der Teilkreisdurchmesser von Hypoid-Kegelrädern beträgt bis zu 2500 mm. Es ist zwar möglich, Schruppen und Schlichten mit demselben Werkzeug zu kombinieren, jedoch wird für Hypoid-Kegelräder das Zweischnittverfahren empfohlen.
Die Vorteile von Hypoidgetrieben gegenüber Spiralverzahnungen liegen primär in ihrer Präzision. Ein Hypoidgetriebe mit nur drei Bogenminuten Zahnflankenspiel ist effizienter als eine Spiralverzahnung mit sechs Bogenminuten Zahnflankenspiel. Dadurch sind Hypoidgetriebe im Bereich der Antriebstechnik eine praktikablere Wahl. Allerdings argumentieren manche, dass Hypoidgetriebe für die Automobilindustrie ungeeignet seien.
Hypoidverzahnungen zeichnen sich durch ihre einzigartige Form aus – einen Kegel mit nicht parallelen Zähnen. Ihre Wälzfläche besteht aus zwei Flächen: einer Kegelfläche und einer Rotationsfläche. Ein einbeschriebener Kegel dient häufig als Ersatz für die Rotationsfläche von Hypoid-Kegelrädern und weist Punktkontakte anstelle von Linienkontakten auf. Die in den frühen 1920er-Jahren entwickelten Hypoid-Kegelräder werden noch heute in Antriebssträngen schwerer Lkw eingesetzt. Mit zunehmender Beliebtheit finden sie auch vermehrt Anwendung in der industriellen Kraftübertragung und Antriebstechnik.

Gerade Spiralkegelräder

Es bestehen viele Unterschiede zwischen Spiral-Kegelrädern und herkömmlichen, nicht spiralförmigen Kegelrädern. Spiral-Kegelräder sind stets ballig und niemals konjugiert, was die Verteilung der Kontaktspannung begrenzt. Die spiralförmige Gestalt des Kegelrads ist ebenso wie seine Länge ein Konstruktionsfaktor. Die spiralförmige Gestalt bietet jedoch zahlreiche Vorteile. Einige davon sind nachfolgend aufgeführt.
Spiralverzahnte Kegelräder sind in der Regel mit Teilungen von 1,5 bis 2500 mm erhältlich. Sie zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad und eine große Auswahl an Zahn- und Modulkombinationen aus. Spiralverzahnte Kegelräder sind äußerst präzise und langlebig und weisen geringe Schrägungswinkel auf. Diese Eigenschaften machen sie ideal für Präzisionsanwendungen. Allerdings eignen sich nicht alle Kegelräder für alle Anwendungen. Daher sollten Sie vor dem Kauf den benötigten Kegelradtyp sorgfältig auswählen.
Im Vergleich zu Schrägverzahnungen sind Kegelräder einfacher herzustellen. Die früheste Fertigungsmethode bestand in der Verwendung einer Hobelmaschine mit Teilkopf. Mit der Entwicklung moderner Fertigungsverfahren wie den Revacycle- und Coniflex-Systemen können Hersteller diese Zahnräder jedoch effizienter produzieren. Einige dieser Zahnräder werden in Weckern mit Handaufzug, Waschmaschinen und Schraubendrehern eingesetzt. Sie sind jedoch besonders laut und daher nicht für den Einsatz in Kraftfahrzeugen geeignet.
Das gebräuchlichste Kegelrad ist das gerade Kegelrad, während das spiralförmige Kegelrad konkave Zähne aufweist. Diese gekrümmte Form erzeugt ein höheres Drehmoment und einen höheren Axialschub als ein gerades Kegelrad. Gerade Zähne können das Risiko von Brüchen und Überhitzung erhöhen und sind bruchanfälliger. Spiralförmige Kegelräder sind zudem langlebiger und haben eine längere Lebensdauer als schrägverzahnte Kegelräder.
Spiral- und Hypoid-Kegelräder werden für Anwendungen mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten und sehr geringer Reibung eingesetzt. Sie eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen ein niedriger Geräuschpegel entscheidend ist. Hypoid-Kegelräder sind für Anwendungen geeignet, die hohe Drehmomente übertragen können, allerdings ist ihre spiralförmige Bauweise beim Bremsen weniger effektiv. Aus diesem Grund sind Spiral-Kegelräder und Hypoid-Kegelräder in der Regel teurer. Wenn Sie ein neues Zahnrad kaufen möchten, ist es wichtig zu wissen, welches für Ihre Anwendung geeignet ist.
Spiralverzahnte Kegelräder sind teurer als Standard-Kegelräder und ihre Konstruktion ist komplexer. Sie bieten jedoch den Vorteil einer einfacheren Fertigung und sind weniger anfällig für übermäßige Geräusche und Vibrationen. Da sie weniger Zähne schleifen müssen, sind sie zudem leiser als spiralverzahnte Kegelräder. Der Hauptvorteil dieser Konstruktion liegt in ihrer Einfachheit: Sie können paarweise gefertigt werden, was Kosten und Zeit spart.
In den meisten Anwendungen bieten Spiral-Kegelräder Vorteile gegenüber ihren geradverzahnten Pendants. Sie sorgen für eine gleichmäßigere Lastverteilung und können höhere Lasten ohne Materialermüdung aufnehmen. Der Spiralwinkel der Zähne beeinflusst zudem die Axialkraft. Zwar lassen sich geradverzahnte Spiral-Kegelräder mit zwei Schrägachsen fertigen, der Unterschied liegt jedoch in der auf jeden einzelnen Zahn wirkenden Axialkraft. Neben der höheren Festigkeit bietet das Spiral-Kegelrad den gleichen Wirkungsgrad wie das geradverzahnte.

Hypoidzahnräder

Hypoidgetriebe finden vor allem in der Automobilindustrie Anwendung. Sie werden typischerweise an den Hinterachsen von Pkw eingesetzt. Der Name leitet sich vom linksdrehenden Spiralwinkel des Ritzels und dem rechtsdrehenden Spiralwinkel des Tellerrads ab. Hypoidgetriebe zeichnen sich zudem durch einen versetzten Schwerpunkt aus, wodurch der Innenraum von Fahrzeugen kleiner ausfällt. Sie werden auch in schweren Lkw und Bussen verwendet, wo sie zur Kraftstoffeinsparung beitragen können.
Hypoid- und Spiralkegelräder lassen sich durch Wälzfräsen herstellen, einem Verfahren, das hochpräzise und glatte Oberflächen erzeugt. Dieses Verfahren ermöglicht präzise Flankenflächen und vordefinierte Auslaufkanten. Zudem erhöht es die mechanische Festigkeit der Zahnräder um 15 bis 201 TP3T. Darüber hinaus kann es Geräusche reduzieren und den Wirkungsgrad verbessern. In industriellen Anwendungen sind Hypoidräder ideal für einen leisen Betrieb.
Die konjugierte Bauweise ermöglicht die Fertigung von Hypoid-Getrieben mit Längen- oder Profilballenbildung. Dadurch ist das Getriebe unempfindlich gegenüber Ungenauigkeiten im Getriebegehäuse und Lastverformungen. Zudem erlaubt die Ballenbildung dem Hersteller, die Betriebsverschiebungen anzupassen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Diese Vorteile machen Hypoid-Getriebe für viele Branchen attraktiv. Doch welche Vorteile bieten Hypoid-Zahnräder bei Spiralverzahnungen?
Die Konstruktion eines Hypoidgetriebes ähnelt der eines herkömmlichen Kegelradgetriebes. Seine Teilflächen sind hyperbolisch statt konisch, und die Zähne sind schrägverzahnt. Diese Bauweise ermöglicht zudem ein größeres Ritzel als bei einem vergleichbaren Kegelradritzel. Die Gesamtkonstruktion des Hypoidgetriebes erlaubt den Einsatz von Wellen mit großem Durchmesser und eines großen Ritzels. Es kann als eine Art Hybrid zwischen Kegelradgetriebe und Schneckengetriebe betrachtet werden.
Bei Pkw sind Hypoidgetriebe nahezu Standard. Ihr ruhigerer Lauf, die höhere Festigkeit des Ritzels und das geringere Gewicht machen sie für viele Fahrzeuganwendungen attraktiv. Zudem senkt eine niedrigere Karosserie die Fahrzeughöhe. Diese Vorteile veranlassten alle großen Automobilhersteller, auf Hypoid-Antriebsachsen umzusteigen. Allerdings sind sie weniger effizient als Kegelradgetriebe.
Das grundlegendste Konstruktionsmerkmal eines Hypoidgetriebes ist der Linienkontakt im gesamten Eingriffsbereich. Das heißt, wenn sich Ritzel und Hohlrad mit einem bestimmten Winkel drehen, bleibt der Linienkontakt über die gesamte Eingriffsfläche erhalten. Das resultierende Übersetzungsverhältnis entspricht dem Winkel von Ritzel und Hohlrad. Daher werden Hypoidgetriebe auch als Schrägverzahnungen bezeichnet.

editor by CX 2023-05-06