Schraubenräder (Hyperboloidräder) erlauben die windschiefe Paarung von Zahnradwellen!

Bei den bisher betrachteten Zahnräder sind die Drehachsen bei einer Paarung stets parallel ausgerichtet. Bei einer besonderen Variante der Schrägverzahnung können Zahnräder auch so hergestellt werden, dass die Zahnradachsen bei einer Paarung windschief verlaufen, d.h. sich kreuzen ohne sich zu schneiden. Man spricht dann von sogenannten Schraubenräder (Hyperboloidräder). Meist verlaufen die Achsen von gepaarten Schraubenräder unter einem Winkel von 90° zueinander, aber prinzipiell sind auch beliebig andere Winkel denkbar.

Schraubenräder (Hyperboloidräder) erlauben die windschiefe Paarung von Zahnradwellen!

Schraubenstirnräder
Abbildung: Schraubenstirnräder
Animation: Schraubenrad
Animation: Schraubenrad (vergrößerte Animation)

Während bei der Paarung von schrägverzahnten Stirnrädern die Schrägungswinkel jeweils identisch sein müssen (aber mit unterschiedlichem Steigungssinn), weisen gepaarte Schraubenräder unterschiedliche Schrägungswinkel auf (aber mit identischem Steigungssinn)! Zudem ist das Übersetzungsverhältnis auch vom Verhältnis dieser Schrägungswinkel abhängig.

Wie der Name bereits andeutet, handelt es sich beim Kämmen der Schraubenräder auch nicht mehr um eine Wälzbewegung sondern um eine Schraubenbewegung. Typisch für Schraubenbewegungen ist das permanente Gleiten der Flanken. Es existieren somit keine Punkte auf auf den Grundkörpern von Schraubenrädern, denen sich ein reiner Wälzvorgang zuordnen lassen würde (d.h. die Umfangsgeschwindigkeiten der Räder sind in keinem Punkt identisch). Die Grundkörper von Schraubenräder sind somit auch keine Wälzkörper mehr sondern im Prinzip Rotationshyperboloide! Ein Rotationshyperboloid erhält man durch die Rotation einer windschiefen Geraden um eine Drehachse.

Das ständige Gleiten der Flanken macht in der Regel eine besondere Schmierung der Schraubenräder (Hypoid-Getriebeöl) erforderlich, ansonsten ist mit verstärktem Verschleiß zu rechnen. Durch die Schraubenform berühren sich die Flanken auch nicht mehr linienförmig, sondern die Berührung erfolgt punktförmig (Ausnahme: Schneckengetriebe). Zudem verursacht der schräge Zahnverlauf starke seitliche Kräfte, die konstruktiv durch eine entsprechende Lagerung aufgenommen werden müssen.

Schraubenräder sind deshalb auf mäßige Kräfte und Drehzahlen ausgelegt, z.B. für den Antriebe für Werkzeugmaschinen. Nachteilig wirkt sich die Verwendung von Schraubenräder auch auf den Getriebewirkungsgrad aus, der durch die Gleitvorgänge an den Flanken geringer ist als bei wälzender Kraftübertragung.

Vorteil von Schraubenrädern ist neben der bereits erwähnten windschiefen Anordnung der Zahnradachsen, der ruhige und geräuscharme Lauf. Zudem können Schraubenräder in relativ weiten Grenzen axial verschoben werden, ohne dabei die Kraftübertragung zu stark negativ zu beeinflussen.

Schraubenräder erlauben einen sehr geräuscharmen Betrieb im mittleren Last- und Drehzahlbereich!