Kopfrundung und Kopfflankenrücknahme am Ritzel

Bei hochbelasteten Verzahnungen (Kraftverzahnungen) kann es trotz richtigen, geometrischen Profils und theoretisch einwandfreier Verzahnungspaarung zu Eingriffsstörungen kommen, zum Beispiel „Ausgrabungen” beziehungsweise „Spanbildung” in der Fußflanke des Rades, wie im Bild auf der rechten Seite dargestellt. Diese Erscheinung tritt besonders in der Paarung mit gehärteten Ritzeln auf, wobei die Kopfkante des Ritzels als Schaber wirkt.

Dies kann folgende Ursachen haben:

1) Biegung

Dynamische Lastspitzen unter hoher Krafteinwirkung, Beschleunigung, Bremsung und Schwingungen bewirken eine elastische Deformation der im Eingriff befindlichen Zähne.

2) Teilungsfehler

Die bei jeder Verzahnung nicht zu umgehenden Herstellungstoleranzen, im vorliegenden Falle besonders der Teilungsfehler, können in Kombination mit der Biegung ebenfalls negative Einflüsse hervorrufen.

3) Schwenkantrieb

Durch die meist fliegende Anordnung des Antriebs sind Abbiegungen der Ritzelwelle unvermeidbar. Gleichzeitig werden durch die hohen eingeleiteten Kräfte elastische Verformungen in der Verbindungszone zwischen Schwenkantrieb und Anschlusskonstruktion hervorgerufen. Auch diese Verformungen begünstigen die Eingriffsstörungen.

4) Schmierung

Die vorgenannten drei Einflussfaktoren haben hohe Spitzenbelastungen an der Kopfkante des Ritzels zur Folge, so dass der Schmierfilm abreißen kann. Durch den somit zustandekommenden direkten metallischen Kontakt wird die Spanbildung noch gefördert.

Die in der Vergangenheit vereinzelt bekanntgewordenen Schäden konnten dadurch ausgeschaltet werden, dass am Ritzel eine Kopfflankenrücknahme vorgenommen und die Kopfkante am Ritzel gerundet wurde.

5) Kopfflankenrücknahme

Aus der technischen Literatur sind Kopfflankenrücknahmen bekannt für schnelllaufende Getriebe, um die Schwingungseinflüsse (Geräusche) zu verringern.

Die bekannten Untersuchungen veranlassen uns, für Anwendungsfälle, die in Bezug auf Verzahnungsbelastungen besonders extremen Bedingungen ausgesetzt sind, Ritzel mit einer Kopfflankenrücknahme und einer Kopfkantenrundung, Rundungshalbmesser 0,1 – 0,15 · m, vorzuschreiben.

Der Radius ρ_an muss ohne Kante in die Kopfflanke übergehen.

Ein sanfter Übergang des veränderten Kopfflankenprofils – ohne Kante – in das normale Flankenprofil muss sichergestellt sein.

Das Kopfflankenprofil sollte eine evolventenähnliche Form erhalten.