Die Vergangenheit und Gegenwart von Zahnrädern in einem Artikel erklärt
Die Vergangenheit und Gegenwart von Zahnrädern in einem Artikel erklärt
Bereits 350 v. Chr. dokumentierte der bekannte griechische Philosoph Aristoteles in seinen Schriften Informationen über Zahnräder. Um 250 v. Chr. erläuterte der Mathematiker Archimedes in seinen Werken den Einsatz eines Turbinenschneckengetriebes in einer Fördermaschine. In den Ruinen der Ktesibios-Wasseruhr im heutigen Irak sind Überreste von Zahnrädern aus der Antike erhalten.
Zahnräder haben auch in China eine lange Geschichte. Aufzeichnungen belegen, dass sie bereits 400–200 v. Chr. verwendet wurden. Die in Shanxi, China, ausgegrabenen Bronzezahnräder aus dieser Zeit sind die ältesten bekannten Zahnräder. Der in alten chinesischen Artefakten entdeckte Führungswagen spiegelt den Kernmechanismus des mechanischen Geräts wider, der auf Getriebesystemen basiert, und stellt Errungenschaften der antiken Wissenschaft und Technologie zur Schau. Während der italienischen Renaissance im späten 15. Jahrhundert hinterließ der Universalgelehrte Leonardo da Vinci nicht nur in der Kultur, sondern auch in der Geschichte der Getriebetechnik unauslöschliche Spuren. Über 500 Jahre später sind bei Zahnrädern immer noch die damals entworfenen Prototypen erhalten. Erst im späten 17. Jahrhundert begann man, die richtigen Zahnprofile zur Bewegungsübertragung zu untersuchen. Nach der industriellen Revolution im 18. Jahrhundert verbreitete sich die Zahnradübertragung in Europa immer weiter. Die Entwicklung konzentrierte sich zunächst auf Evolventenräder, später auf Schrägverzahnungen. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts hatten Schrägverzahnungen in praktischen Anwendungen die Vorherrschaft erlangt. Nachfolgende Entwicklungen umfassten Schneckengetriebe, Kreisbogengetriebe, Kegelräder und Spiralgetriebe.
Die moderne Getriebetechnik hat bemerkenswerte Spezifikationen erreicht: Getriebemodule von 0,004 bis 100 Millimeter, Zahnraddurchmesser von 1 Millimeter bis 150 Meter, Leistungsübertragung bis 100.000 Kilowatt, Drehzahlen bis 100.000 Umdrehungen pro Minute und die höchste Umfangsgeschwindigkeit erreicht 300 Meter pro Sekunde.
International entwickeln sich Kraftübertragungsgetriebe in Richtung Miniaturisierung, Hochgeschwindigkeitsbetrieb und Standardisierung. Zu den Merkmalen des Getriebedesigns gehören der Einsatz spezieller Zahnräder, die Entwicklung von Planetengetrieben und die Forschung zu vibrationsarmen und geräuscharmen Getriebemechanismen.
Zahnräder gibt es in verschiedenen Ausführungen, die üblicherweise nach der Ausrichtung der Zahnradachsen klassifiziert werden. Sie werden im Allgemeinen in drei Typen unterteilt: Zahnräder mit parallelen Achsen, Zahnräder mit kreuzenden Achsen und Zahnräder mit nicht kreuzenden Achsen.
Parallelachsgetriebe: Diese Kategorie umfasst Stirnräder, Schrägverzahnungen, Innenverzahnungen, Zahnstangen und Schrägverzahnungen.
Zahnräder mit sich kreuzenden Achsen: Beispiele hierfür sind gerade Kegelräder, spiralförmige Kegelräder und Null-Grad-Kegelräder.
Zahnräder mit nicht kreuzenden Achsen: Diese Kategorie umfasst Schrägverzahnungen, Schneckengetriebe und Quasi-Hypoidgetriebe ohne kreuzende Achsen. Der in der Tabelle oben aufgeführte Wirkungsgrad stellt den Getriebewirkungsgrad dar, ohne Verluste, die beispielsweise durch Lager und Schmierung entstehen. Zahnräder in Zahnradpaaren mit parallelen Achsen und sich kreuzenden Achsen basieren im Allgemeinen auf Rollbewegungen mit minimalem relativen Gleiten, was zu einem hohen Wirkungsgrad führt. Im Gegensatz dazu sind Zahnräder mit nicht kreuzenden Achsen, wie z. B. Schrägverzahnungen mit nicht kreuzenden Achsen und Schneckenräder, auf relatives Gleiten angewiesen, um die Kraftübertragung zu erreichen, was zu erheblichen Auswirkungen auf die Effizienz führt und im Vergleich zu anderen Zahnrädern zu einem Rückgang führt. Der Getriebewirkungsgrad bezieht sich auf den Getriebewirkungsgrad unter normalen Montagebedingungen. Bei falscher Montage, insbesondere bei falschen Abständen bei Kegelradanordnungen, die zu Fehlern im Kegelschnittpunkt führen, kann der Wirkungsgrad deutlich sinken.
