Zahnstangen

Zahnstangen sind lineare Verzahnungen, die aus einer länglichen Stange oder Platte mit geraden Zahnschnitt bestehen. Sie arbeiten zusammen mit einem runden Zahnrädchen, dem Pinion, in einem Zahnstangen-Pinion-System. In diesem Paar wird die Drehbewegung des Pinions in eine lineare Verschiebung der Zahnstange übertragen; umgekehrt bewirkt eine Verschiebung der Zahnstange eine Drehbewegung des Pinions. Typische Anwendungsbereiche sind Lenksysteme von Fahrzeugen (Lenkung mit Zahnstange und Pinion), Maschinenwerkzeuge, CNC-Achsen und lineare Aktuatoren in der Automatisierung sowie in Bühnen- und Fördertechnik.

Technisch zeichnet sich eine Zahnstange durch eine gleichbleibende Zahndichte entlang der Länge, eine definierte Teilungsteilung (Modul) und einen bestimmten Pfeilungswinkel aus. Die Zähne greifen mit jenen des Pinions zusammen, sodass der Kontakt entlang der Flanken erfolgt. Typische Maßeinheiten sind Modul (m) und Teilung; der Kontaktwinkel (Druckwinkel) liegt oft im Bereich von 20 Grad, kann aber je nach Anwendung variieren. Die Zahnstange wird so ausgelegt, dass sie hohe Radialbelastungen bei linearer Bewegung aufnehmen kann und eine geringe Stell- bzw. Totraumdämpfung bietet.

Herstellung und Werkstoffe: Zahnstangen bestehen meist aus Stahl oder legierten Stählen, vereinzelt aus Edelstahl oder Aluminium bei leichten Anwendungen. Typische Fertigungsverfahren sind planfräsen, Geradverzahnen durch Fräsen, Verzahnung durch Hobbing und abschließendes Profil- und Läppglätten bzw. Schleifen. Oberflächenbehandlung wie Verzunderung, Härten, Nitrieren oder Galvanisieren erhöhen Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit.

Wartung und Eigenschaften: Zur längeren Lebensdauer sind ausreichende Schmierung und saubere Führungen wichtig. Fehlerquellen sind Verschleiß der Zähne, Spielvergrößerung durch Wellen- oder Lagerausfall sowie Verkantungen. Vorteile einer Zahnstange-Lösung sind kompakte Bauform, direkte lineare Bewegung und gute Positionierbarkeit, während Ungenauigkeiten in Verdrehung, Spiel und Verschleiß den Einsatzbereich begrenzen können.