Kegelrad-Achsgetriebe

Kegelradgetriebe sind Achsgetriebe, die unter einem Winkel, dem Achswinkel (meist 90°) Drehmomente übertragen. Die zentralen Maschinenelemente sind dabei das Antriebskegelrad (Ritzel) und das Tellerrad (Rad).

Zu unterscheiden sind Kegelräder ohne Achsversatz (Spiralkegelräder) und Kegelräder mit Achsversatz (Hypoidkegelräder).

Hauptanwender von Kegelrädern mit Achsversatz ist die Automobilindustrie bei Fahrzeugen, bei denen die Achse über eine Kardanwelle (Längswelle) angetrieben wird. Dazu zählen vor allem Fahrzeuge mit Frontmotor und Hinterachsantrieb (fast alle LKW, einige PKW). Bei Nutzfahrzeugen sind häufig beim Achsantrieb Spiralkegelräder im Einsatz. Großanwender von Spiralkegelrädern sind beispielsweise Hersteller von Hand-Bohrmaschinen und Schraubern.

Vorteile der Hypoidkegelräder gegenüber den Spiralkegelrädern

• Größere Laufruhe und bessere Akustik, da eine größere Anzahl von Zähnen gleichzeitig miteinander im Eingriff ist, der Fachbegriff dafür ist die "Sprungüberdeckung"
• höhere Belastbarkeit, da der Durchmesser und die Zahnbreiten des Antriebskegelrades bei positivem Achsversatz größer sind.
• Vorteile im Bauraum, da die Achsen von Tellerrad und Kegelritzel windschief sind. Dadurch kann bei Fahrzeugen mit Frontmotor und angetriebener Hinterachse die Antriebswelle bei positivem Achsversatz tiefer in das Hinterachsgetriebe eingebaut werden. Daraus ergibt sich eine geringere Bauhöhe für den Kardantunnel, wodurch der Schwerpunkt tiefer liegt.

Durch den Achsversatz entstehen beim Abwälzen der Zahnflanken neben dem Gleiten in Fuß-Kopfrichtung, ein Längsgleiten in Richtung Zehe-Ferse. Im Vergleich zu Kegelrädern weisen Hypoidräder im Allgemeinen höhere Relativgeschwindigkeiten in Fuß-Kopfrichtung auf. In Verbindung mit dem zusätzlichen Längsgleiten entstehen mehr Reibungsverluste, die für den schlechteren Wirkungsgrad der Hypoidgetriebe gegenüber den Spiralkegelradgetrieben verantwortlich sind. Infolgedessen stellt ein Hypoidgetriebe erhöhte Anforderungen an die Materialqualität und erfordert in der Regel Getriebeöl mit speziellen Additiven (sogenannte Hypoidöle) zur Schmierung.

Bei Spiralkegelrädern tritt zwischen den abwälzenden Zahnflanken lediglich ein Gleiten in Fuß-Kopfrichtung auf, wobei hier analog zu Stirnrädern auf der Teillinie (auch Teilkegel) ein echtes Rollen ohne Gleitbewegung auftritt.

Gängiger Achsversatz

• im Bereich PKW : 10% bis 25% (bzgl. Tellerraddurchmesser)
• im Bereich LKW,Bus : 8% bis 12% (bzgl. Tellerraddurchmesser)

Nachteile der Hypoidkegelräder gegenüber den Spiralkegelrädern

• schlechterer Wirkungsgrad als Spiralkegelräder, daraus folgend höhere Gleitgeschwindigkeiten und kritischere Wärmeabfuhr, weshalb z.B. im Rennsport fast ausschließlich Spiralkegelräder zum Einsatz kommen
• Wegen der höheren Temperaturen eine geringere Sicherheit gegen die Schadensart Fressen.

Verzahnungsarten

Am häufigsten verbreitet sind Kegelräder mit einem Kreisbogen (Gleason) oder einer verlängerten Epizykloide (Oerlikon, Klingelnberg-Zyklo-Palloid-Verfahren) als Zahnlängskurve. Es existiert jedoch auch ein Verfahren, bei dem die Zahnlängskurve eine Evolvente ist (Klingelnberg-Palloid-Verfahren).

Gleasonverzahnung; auch bekannt als Kreisbogenverzahnung

• Die Zahnlängsform sind Teile eines Kreisbogens.
• Die Zahnrücken haben von außen nach innen eine konstante Breite.
• Die Zahnhöhen werden nach innen kleiner,
• Die Herstellung erfolgt im sog. Einzelteilverfahren, d.h. die Zahnlücken werden einzeln nacheinander erzeugt.

Oerlikon und Klingelnbergverzahnung

• Die Zahnlängsform ist ein Teil einer verlängerten Epizykloide (Anm. eine Epizykloide entsteht, wenn man einen Punkt auf einem Kreis beschreibt, der auf einem anderen Kreis abrollt).
• Die Zahnrücken werden von außen nach innen schmaler.
• Die Zahnhöhe ist über die gesamte Zahnbreite konstant.
• Die Herstellung erfolgt im sog. kontinuierlichen Teilverfahren, d.h. die Zahnlücken werden in einem Prozess gleichzeitig erzeugt.

Klingelnberg-Palloid-Verfahren

• Die Zahnlängsform ist ein Teil einer Evolvente.
• Die Zahnrücken werden von außen nach innen schmaler.
• Die Zahnhöhe ist über die gesamte Zahnbreite konstant.