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MODUL 4 · EINHEIT 3 VON 5

Gerad- oder Schrägverzahnung

ca. 7 Min. · Lernziele, Beispiel, Wissenscheck

Lernziele — nach dieser Einheit können Sie …

  • Gerad- und Schrägverzahnung anhand Laufruhe, Tragfähigkeit, Axialkraft und Wirkungsgrad unterscheiden;
  • die Kräfte an einer Schrägverzahnung (Umfangs-, Axial- und Radialkraft) berechnen;
  • anhand eines Anforderungsprofils begründen, wann Schräg- statt Geradverzahnung sinnvoll ist.

Zwei Zahnlinien, zwei Laufverhalten

Bei der Geradverzahnung verlaufen die Zähne parallel zur Radachse. Der Eingriff beginnt und endet schlagartig über die gesamte Zahnbreite – das erzeugt periodische Stöße, Geräusch und begrenzt die Tragfähigkeit auf die reine Profilüberdeckung.

Bei der Schrägverzahnung sind die Zähne um den Schrägungswinkel β (typisch 8–20°) zur Achse geneigt. Der Kontakt wandert dadurch gleitend über die Zahnbreite: Die Kraft wird weich eingeleitet und abgebaut, was den Lauf deutlich ruhiger macht. Zur Profilüberdeckung ε_α kommt zusätzlich die Sprungüberdeckung ε_β hinzu – die Gesamtüberdeckung ε_γ = ε_α + ε_β steigt, und im Mittel tragen mehr Zähne gleichzeitig.

GeradverzahnungStirnradpaar mit Geradverzahnung, die Achsen liegen parallel.
SchrägverzahnungStirnradpaar mit Schrägverzahnung, parallele Achsen; die Zähne der beiden Räder sind gegensinnig geneigt.

Kräfte an der Schrägverzahnung

Die geneigte Zahnlinie zerlegt die Zahnkraft in drei Komponenten. Aus dem Drehmoment M und dem Teilkreisdurchmesser d ergeben sich Umfangs-, Axial- und Radialkraft:

F_t = 2 · M / d

F_a = F_t · tan β

F_r = F_t · tan α_n / cos β

F_t = Umfangskraft (N) · F_a = Axialkraft (N) · F_r = Radialkraft (N) · M = Drehmoment (Nmm) · d = Teilkreisdurchmesser (mm) · β = Schrägungswinkel · α_n = Normaleingriffswinkel (meist 20°)

Diese Axialkraft muss die Wellenlagerung zuverlässig aufnehmen – häufig genügt dafür kein einfaches Rillenkugellager mehr, sondern Schrägkugel- oder Kegelrollenlager sind nötig.

Direktvergleich

Geradverzahnung und Schrägverzahnung im Direktvergleich
Merkmal Geradverzahnung Schrägverzahnung
Laufruhe / Geräuschlauter (schlagartiger Eingriff)deutlich leiser (gleitender Eingriff)
TragfähigkeitStandardbis ca. +30 %
Axialkraftkeinevorhanden
Wirkungsgradsehr hochgeringfügig niedriger
Herstellung / Kosteneinfach, günstigaufwändiger

Die Sonderform Pfeilverzahnung (Doppelschrägverzahnung) kombiniert zwei spiegelbildliche Hälften auf einem Rad – die Axialkräfte heben sich gegenseitig auf, man erhält Laufruhe und Tragfähigkeit ohne axiale Lagerbelastung, allerdings bei aufwändigerer Fertigung.

Merksatz

Geradverzahnung ist einfach, günstig und axialkraftfrei – ideal für langsame, unkritische Antriebe. Schrägverzahnung läuft leiser, trägt bis zu ca. 30 % mehr und eignet sich für hohe Last/Drehzahl – erzeugt dafür eine Axialkraft, die die Lagerung aufnehmen muss.

Rechenbeispiel

Gegeben

Ein schrägverzahntes Stirnrad überträgt M = 150 Nm bei einem Teilkreisdurchmesser d = 80 mm, Schrägungswinkel β = 12° und Normaleingriffswinkel α_n = 20°.

Berechnung

  • Umfangskraft: F_t = 2 · M / d = 2 · 150.000 Nmm / 80 mm = 3.750 N
  • Axialkraft: F_a = F_t · tan 12° = 3.750 · 0,2126 ≈ 797 N
  • Radialkraft: F_r = F_t · tan 20° / cos 12° = 3.750 · 0,3640 / 0,9781 ≈ 1.395 N

Die Axialkraft entspricht hier rund 21 % der Umfangskraft – ein Wert, der bei der Lagerauswahl von Anfang an berücksichtigt werden muss.

Abbildung 4.3-1: Kräftedreieck an der Schrägverzahnung. Schematische Darstellung, nicht maßstäblich. Quelle: Rechenweg dieser Lerneinheit (M=150 Nm, d=80 mm, β=12°, αn=20°)
Beschreibung und Werte der Abbildung

Am Zahneingriff wirken drei Kraftkomponenten: die Umfangskraft F_t=2M/d, die Axialkraft F_a=F_t·tan β (Folge des Schrägungswinkels β) und die Radialkraft F_r=F_t·tan αn/cos β. Für das Rechenbeispiel mit M=150 Nm, d=80 mm, β=12° und αn=20° ergibt sich F_t=3.750 N, F_a≈797 N (rund 21% von F_t) und F_r≈1.395 N (rund 37% von F_t).

Kräfte am Rechenbeispiel (M=150 Nm, d=80 mm, β=12°, αn=20°)
Kraft Formel Wert
Umfangskraft F_t2 · M/d3.750 N
Axialkraft F_aF_t · tan β≈ 797 N
Radialkraft F_rF_t · tan αn / cos β≈ 1.395 N

Wissenscheck

Beantworten Sie alle drei Fragen und klicken Sie dann auf „Prüfen". Ab 2 von 3 richtigen Antworten gilt die Einheit als abgeschlossen. Wiederholen ist jederzeit möglich.

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Frage 1 von 3: Was erzeugt die Schrägverzahnung zusätzlich zur Umfangs- und Radialkraft?
Erklärung

Die geneigte Zahnlinie erzeugt eine Axialkraft F_a = F_t · tan β, die die Wellenlager zusätzlich aufnehmen müssen.

Quelle: Schrägverzahnung vs. Geradverzahnung →
Frage 2 von 3: Als Faustgröße: um wie viel Prozent ist eine Schrägverzahnung gegenüber einer geometrisch vergleichbaren Geradverzahnung maximal tragfähiger?
%
Erklärung

Schrägverzahnte Stirnräder sind gegenüber vergleichbaren geradverzahnten Rädern bis zu etwa 30 % tragfähiger – durch die höhere Gesamtüberdeckung tragen im Mittel mehr Zähne gleichzeitig.

Quelle: Schrägverzahnung vs. Geradverzahnung →
Frage 3 von 3: Welche Bauform hebt die Axialkraft der Schrägverzahnung vollständig auf?
Erklärung

Pfeilverzahnung kombiniert zwei spiegelbildlich schrägverzahnte Hälften auf einem Rad – die Axialkräfte beider Hälften heben sich gegenseitig auf.

Quelle: Schrägverzahnung vs. Geradverzahnung →

Bitte alle drei Fragen beantworten, um „Prüfen" zu aktivieren.

Vertiefung (optional)

Ratgeber: Schrägverzahnung vs. Geradverzahnung (öffnet in neuem Tab) Online-Assistent: Verzahnungsarten-Wizard (öffnet in neuem Tab)

Lernzweck: Rechenwege und Zahlen sind vereinfachte Lehrbeispiele. Für eine reale Anlage gelten die Angaben des Herstellers, die einschlägigen Normen und die Prüfung durch eine fachkundige Person.

Curriculum v0.1 (Beta) · Stand 17.09.2026 · Inhalte sorgfältig erstellt und geprüft – finale Abnahme folgt

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