Zahnräder und Zahnstangen
Zahnstangen wandeln eine Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung um. Eine Zahnstange besteht aus geraden Zähnen, die in eine Seite eines quadratischen oder runden Stabes eingearbeitet sind, und arbeitet mit einem Ritzel zusammen. Das Ritzel ist ein kleines zylindrisches Zahnrad, das mit der Zahnstange kämmt. Die Kombination aus Zahnstange und Ritzel wird allgemein als „Zahnstangengetriebe“ bezeichnet. Zahnräder finden in verschiedenen Anwendungsbereichen Verwendung.
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Zahnradarten

Schneckengetriebe

Schraubenräder

Gehrungszahnräder

Planetengetriebe

Innenverzahnung

Hypoidzahnräder

Fischgrätenzahnräder

Kunststoffzahnräder

Zahnstangen
Präzisionszahnräder und Zahnstangen für alle Branchen

Zahnradproduktionsprozess
Stanzen → Schmieden → Bohren → CNC-Bearbeitung → Wärmebehandlung → Schleifen → Verpackung
- AusblendenIm ersten Schritt wird das Rohmaterial, typischerweise Stahl oder eine Legierung, mithilfe von Scheren oder Sägemaschinen in runde Rohlinge geschnitten. Die Rohlinge werden so geformt, dass sie dem Außendurchmesser des Zahnrads entsprechen, wodurch Materialverschnitt minimiert wird. Präzision ist entscheidend für eine optimale Ausgangsbasis der nachfolgenden Bearbeitungsschritte.
- SchmiedenDer Rohling wird erhitzt und unter hohem Druck mit Schmiedepressen oder Hämmern in eine grobe Zahnradform gebracht. Dieses Verfahren verbessert die Festigkeit und die Kornstruktur des Materials und erhöht somit die Haltbarkeit. Durch das Schmieden wird sichergestellt, dass das Zahnrad den mechanischen Belastungen im Betrieb standhält.
- BohrenIn den geschmiedeten Zahnradrohling werden mithilfe spezieller Bohrmaschinen Bohrungen oder Befestigungspunkte eingebracht. Präzision ist entscheidend für die Ausrichtung und Passgenauigkeit in Baugruppen. Kühlmittel werden häufig eingesetzt, um die Wärmeentwicklung zu reduzieren und die Werkzeugstandzeit während dieses Prozesses zu verlängern.
- Numerische Steuerung (CNC-Bearbeitung)CNC-Maschinen fertigen Zahnradzähne präzise und verfeinern deren Form mithilfe computergesteuerter Werkzeuge. Dieser Schritt gewährleistet eine hohe Genauigkeit der Zahnprofile und der Oberflächengüte, was für einen reibungslosen Betrieb und eine effiziente Kraftübertragung in mechanischen Systemen entscheidend ist.
- WärmebehandlungDas Zahnrad wird Wärmebehandlungsverfahren wie Härten und Anlassen unterzogen, um Härte und Zähigkeit zu erhöhen. Durch kontrolliertes Erhitzen und Abkühlen wird die Mikrostruktur des Materials verändert, wodurch Verschleißfestigkeit und Festigkeit verbessert werden, um hohen Belastungen standzuhalten und vorzeitigen Ausfall zu verhindern.
- SchleifmaschineDurch Präzisionsschleifen werden die Zähne und Oberflächen der Zahnräder verfeinert, um enge Toleranzen und eine glatte Oberfläche zu erzielen. Dieser Schritt minimiert Reibung, Geräusche und Verschleiß im Betrieb und gewährleistet so optimale Leistung und Langlebigkeit in anspruchsvollen Anwendungen wie im Automobil- oder Industriemaschinenbau.
- VerpackungDie fertigen Zahnräder werden gereinigt, geprüft und mit Schutzöl gegen Korrosion beschichtet. Anschließend werden sie sorgfältig in stabilen Behältern oder Kisten verpackt, um einen sicheren Transport und eine sichere Lagerung zu gewährleisten und die Qualität bis zum Endkunden oder der Montagelinie zu erhalten.

Gängige Werkstoffe für Zahnräder
- Stahl
- KohlenstoffstahlAufgrund seiner Festigkeit und seines günstigen Preises weit verbreitet. Geeignet für Anwendungen mit mittlerer Beanspruchung (z. B. AISI 1045, 4140).
- Legierter StahlMit Elementen wie Chrom, Molybdän oder Nickel verstärkt, um höhere Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit zu erzielen (z. B. 4340, 8620). Häufig verwendet in hochbelasteten oder hochpräzisen Zahnrädern.
- EdelstahlKorrosionsbeständig, ideal für raue Umgebungen (z. B. Lebensmittelverarbeitung, Schifffahrt). Gängige Güteklassen sind 304 und 316.
- Wärmebehandelter Stahl: Gehärtet oder einsatzgehärtet (z. B. aufgekohlt oder nitriert), um die Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit zu verbessern und gleichzeitig einen zähen Kern zu erhalten.
- Gusseisen
- Es bietet gute Verschleißfestigkeit und Dämpfungseigenschaften und eignet sich daher für große, langsam laufende Zahnräder. Gängige Sorten sind Grauguss und Sphäroguss.
- Kostengünstig, aber im Vergleich zu Stahl spröde.
- Messing und Bronze
- MessingGeeignet für Anwendungen mit geringer Last und niedriger Drehzahl (z. B. Uhren, kleine Maschinen). Korrosionsbeständig und leicht zu bearbeiten.
- BronzeHervorragend geeignet für Schneckengetriebe aufgrund seiner geringen Reibung und Verschleißfestigkeit. Wird häufig mit Stahlschnecken kombiniert.
- Aluminium
- Leicht und korrosionsbeständig, daher geeignet für Anwendungen, bei denen Gewichtsreduzierung entscheidend ist (z. B. Luft- und Raumfahrt, Robotik). Typischerweise legiert (z. B. 6061, 7075) für zusätzliche Festigkeit.
- Kunststoffe
- NylonSelbstschmierend, geräuscharm und korrosionsbeständig. Häufig verwendet in Anwendungen mit geringer Beanspruchung (z. B. Drucker, Konsumgüter).
- Acetal (Delrin)Hohe Festigkeit und geringe Reibung, geeignet für Präzisionszahnräder.
- PolycarbonatRobust und stoßfest, geeignet für bestimmte Anwendungen mit geringer Belastung.
- Kunststoffe werden zur Erhöhung der Festigkeit oft mit Glas- oder Kohlenstofffasern verstärkt.

Kegelrad aus Kohlenstoffstahl

Kegelrad aus Edelstahl
Gängige Werkstoffe für Zahnstangen
- Stahl
- KohlenstoffstahlAufgrund seiner Festigkeit, Langlebigkeit und seines günstigen Preises ist kaltgezogener Stahl (z. B. AISI 1045) eine beliebte Wahl und wird häufig für Präzisionsgestelle in industriellen Anwendungen wie Maschinenbau und Automatisierung eingesetzt.
- Legierter Stahl: Verstärkt mit Elementen wie Chrom oder Molybdän (z. B. 4140, 4340) für höhere Festigkeit und Verschleißfestigkeit, geeignet für Schwerlastgestelle.
- Gehärteter StahlDurch Wärmebehandlung oder Einsatzhärtung wird die Oberflächenhärte verbessert, wodurch es sich ideal für Anwendungen mit hoher Belastung oder hohem Verschleiß eignet.
- Edelstahl
- Korrosionsbeständiger und langlebiger Edelstahl (z. B. 304, 316) wird in Umgebungen eingesetzt, die Feuchtigkeit, Chemikalien oder der Lebensmittelverarbeitung ausgesetzt sind. Er ist etwas weniger fest als Kohlenstoffstahl, eignet sich aber hervorragend für anspruchsvolle Bedingungen.
- Gusseisen
- Typischerweise wird Grauguss oder Sphäroguss verwendet. Es ist kostengünstig und bietet gute Verschleißfestigkeit und Schwingungsdämpfung. Häufig kommt es in großen, langsam laufenden Industrieregalen zum Einsatz, wo Präzision nicht entscheidend ist.
- Messing
- Aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit und guten Bearbeitbarkeit wird es in kleineren Gestellen mit geringer Last eingesetzt. Es ist weniger verbreitet, findet aber Anwendung in Bereichen wie der Messtechnik oder dem leichten Maschinenbau.
- Aluminium
- Leichtes und korrosionsbeständiges Aluminium (z. B. Legierungen 6061 und 7075) wird in Gestellen eingesetzt, wo Gewichtseinsparung wichtig ist, etwa in der Luft- und Raumfahrt oder Robotik. Es ist weniger robust als Stahl, aber für mittlere Belastungen ausreichend.
- Kunststoffe
- NylonSelbstschmierend, geräuscharm und korrosionsbeständig – ideal für leichte Regalsysteme in der Automatisierungstechnik, der Konsumgüterindustrie oder in geräuschempfindlichen Umgebungen.
- Acetal (Delrin)Bietet hohe Festigkeit, geringe Reibung und Dimensionsstabilität und eignet sich daher für Präzisionsgestelle in kleinen Systemen.
- Kunststoffe können zur Erhöhung der Festigkeit mit Glas- oder Kohlenstofffasern verstärkt werden.

Zahnstangen aus Edelstahl




