Verzahnungsprozesse

Verzahnungsprozesse bezeichnen die Vorgänge, die beim Kontakt zweier Zahnräder auftreten und die Übertragung von Drehmoment sowie die Leistungsübertragung in einem Getriebe bestimmen. Sie umfassen die kinematische Benetzung der Zahnflanken, den Verlauf der Kontaktlinie oder -fläche sowie die verteilte Last zwischen den Zähnen.

Die Geometrie spielt eine zentrale Rolle: Üblicherweise verwenden Verzahnungen involute Zahnprofile, Teilkreisdurchmesser d = m z, Modul m, Zahndichte, Addendum und Dedendum. Der Kontaktverlauf beginnt am oberen Rand des Antriebszahns und endet am unteren Rand des Abtriebszahns; der Kontakt kann als Berührung auf einer Kontaktlinie oder -fläche beschrieben werden. Das Kontaktverhältnis ε gibt an, wie viele Zähne gleichzeitig belastet sind und beeinflusst Stabilität sowie Geräuschentwicklung.

Bei der Kontaktmechanik dominieren Hertzsche Kontakte und Reibung. Der Druckverlauf, die Kontaktlänge und der Anteil von Gleiten im Vergleich zum Rollvorgang beeinflussen Verschleiß, Wärmeentwicklung und Lebensdauer. Die Schmierung reduziert Reibung und Verschleiß erheblich; unterschiedliche Schmierstofflagen (Voll-, Misch- oder Grenzschmierung) sowie elastohydrodynamische Effekte spielen vor allem bei hohen Lasten eine Rolle.

Verzahnungen unterscheiden sich in Geometrie und Fertigung: Geradverzahnung, Schrägverzahnung, Kegelverzahnungen und Planetenverzahnungen weisen unterschiedliche Kontaktverläufe auf. Die Fertigung erfolgt typischerweise durch Räumen, Hobeln, Wälz- oder Schleifprozesse; Oberflächenfinish, Profilgenauigkeit und Rundlauf beeinflussen die Verzahnungsleistung maßgeblich.

Analytik und Normung erfolgen unter Berücksichtigung von Standards wie DIN oder AGMA, ergänzt durch FEM-Simulationen und mehrgliedrige Modelle zur Optimierung von Tragfähigkeit, Effizienz, Geräuschverhalten und Lebensdauer. Verzahnungsprozesse finden breite Anwendung in Antriebstechnik, Maschinenbau und Mobilität.