Schräg- oder Geradverzahnung im Getriebebau | KEM Konstruktion

Wenn es um die Wahl der Cola-Sorte (Pepsi oder Coke) oder etwa um die Entscheidung fürs Betriebssystem (Apple oder Windows) geht, werden Diskussionen um Pro und Contra schnell zur philosophischen Grundsatzdebatte.

Ähnliches lässt sich auch aus dem Getriebebau berichten: Schrägverzahnung oder Geradverzahnung – das ist eine dort häufig gestellte Frage.

Bei einer Befragung von Getriebeherstellern sind vermutlich zwei Lager zu erwarten: Pro Schrägeverzahnung und Contra Schrägverzahnung. Daher lohnt es sich, bei solchen Herstellern umzuschauen, die auf langjährige Markterfahrung und umfangreiches technisches Know-how zurückgreifen können. Das Familienunternehmen Neugart im badischen Kippenheim, Spezialist für hochwertige Antriebs- und Getriebelösungen, ist ein solcher „Opinion Leader“. Mittlerweile stehen 200 qualifizierte Mitarbeiter für eine breite Palette an Präzisionsgetrieben. Neugart-Getriebe werden in praktisch allen Bereichen elektrischer Antriebskombinationen, sei es in Werkzeug-, Verpackungs-, Druck oder Textilmaschinen sowie in der Roboter- und Handhabungstechnik, eingesetzt.

„Wir sind nach wie vor von der Geradverzahnung überzeugt“ verkündet Neugart. Die Geradverzahnung in Planetengetrieben gilt als kostengünstige und konstruktiv ausgewogene Lösung. In technologischer Hinsicht wurden in der jüngeren Vergangenheit wesentliche Fortschritte realisiert. So überzeugen die aktuellen Planentengetriebe durch konstante Momentübertragung, hohe Laufruhe und exakte Rundlaufgenauigkeit. Dies gilt beispielsweise für die vor kurzem zur Serienreife gebrachte PLFE-Getriebebaureihe von Neugart. Dieses Flanschgetriebe in Economy-Ausführung ist eine innovative Entwicklung, deren entscheidendes Merkmal ausnahmsweise nicht „High Performance“, sondern die Wirtschaftlichkeit ist. Weil bei Applikationen mit hohen Stückzahlen gerade die Kosten der Zukaufteile das entscheidende Kriterium sind, bieten sich Neugarts PLFE-Getriebe als preisgünstige und leistungsstarke Alternative an.

Allgemein versteht man unter der Schrägverzahnung, im Gegensatz zur Geradverzahnung, eine nicht zur Rotationsachse parallele Anordnung der Zähne bei einem Zahnrad.

Als besonderer Vorteil der Schrägverzahnung gilt die höhere Gesamt-Profilüberdeckung. Damit gehen, theoretischen Überlegungen zufolge, als Pluspunkt eine geringere Steifigkeitsschwankung und somit ein geringerer Geräuschanregungspegel einher.

Von Befürwortern der Schrägverzahnung wird zudem ins Feld geführt, dass sich höhere Momente übertragen lassen.

Tatsache ist jedoch, dass bei gleichem Bauraum das Normalmodul bei einer Schrägverzahnung notwendigerweise kleiner sein muss. Das wiederum bedeutet, dass das übertragbare Moment trotz höherer Profilüberdeckung faktisch gleich oder sogar etwas geringer wird als bei einer Geradverzahnung, da das Normalmodul entscheidend für das Nenndrehmoment ist.

In der wissenschaftlichen Diskussion misst man schräg verzahnten Getrieben wegen der höheren Profilüberdeckung zudem eine höhere Torsionssteifigkeit bei. Doch auch hier lohnt sich der Abgleich mit der Realität und technischen Versuchsreihen. Simulationen und Messungen haben ergeben, dass auf Grund des kleineren Normalmoduls die Torsionssteifigkeit – trotz größerer Gesamt-Profilüberdeckung – nur in etwa gleich groß wie bei einer Geradverzahnung ist. Beim Thema Geräuschentwicklung gehört ebenfalls der Erfahrung des Produktionsalltages das letzte Wort: Die Reduktion des Geräuschpegels in einem Planetengetriebe ist vor allem eine Frage der Qualität und der Profilkorrektur einer Verzahnung und nicht die Frage der Gerade- oder Schrägverzahnung, da in diesem komplexen System sehr viele Einflussfaktoren zu berücksichtigen sind.

Ein erheblicher Nachteil von schrägverzahnten Planetenrädern liegt in der Erzeugung von Axialkräften. Diese gleichen sich zwar am Planetenrad axial aus, wirken jedoch durch Kippneigung auf das Planetenradlager und müssen dort gesondert kompensiert werden. Kippmomente dieser Art lassen sich technisch nur durch konstruktive Maßnahmen wie Axiallager, gepaarte Kegelrollenlager oder durch die Verwendung einer kostenintensiven Pfeilverzahnung vermeiden.

Wird Kippmomenten nicht gegengesteuert, ergeben sich zwangsläufig als Folgen z. B. eine kürzere Lebensdauer der Planetenrad-Lagerung, eine Verringerung des übertragbaren Drehmoments sowie höhere Lagerverluste.

Nicht zu vergessen ist, dass die bei der Schrägverzahnung generierten Axialkräfte entweder vom Motorritzellager aufgenommen werden oder aufwändig kompensiert werden müssen. Da hierbei größere Lager zum Einsatz kommen, ergeben sich entsprechend höhere Reibungsverluste, die bei der Schrägverzahnung allgemein höher sind, weshalb von einem schlechteren Verzahnungs-Wirkungsgrad gegenüber der Geradverzahnung auszugehen ist.

Es zeigt sich, dass die vermeintlichen Pluspunkte schrägverzahnter Planetengetriebe einer genauen Betrachtungsweise nicht standhalten, sondern im Gegenteil die handfesten Nachteile überwiegen. Die dadurch entstehenden Nachteile sind in der Regel wirtschaftlich nicht zu rechtfertigen. Insbesondere vor dem Hintergrund, dass ein theoretisch behaupteter Vorteil in der Praxis mitunter keine Auswirkung erfährt.

Die durch die generierten Axialkräfte auftretenden Negativ-Effektive der Schrägverzahnung entfallen bei der von Neugart verwendeten Geradverzahnung völlig. Dem Kunden ein schrägverzahntes Planetengetriebe mit dem Argument „Es ist schrägverzahnt und somit besser“ verkaufen zu wollen, ist schlicht eine Kundentäuschung. Somit stellt sich für das badische Familienunternehmen die Frage nach einem Paradigmenwechsel hinsichtlich der Verzahnungs-Philosophie nicht. Von einer weiterführenden Diskussion, welche theoretische Erkenntnisse an praktischen Erfahrungen misst, dürften indes alle Marktteilnehmer profitieren.

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