Die Passverzahnung ist eine formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung. Sie wird auch als Steckverzahnung mit Evolventenflanken bezeichnet.
Als Welle-Nabe-Verbindung besteht sie aus zwei Teilen, einer Außenverzahnung (= Welle) und einer Innenverzahnung (= Nabe). Im Unterschied zur Kerbverzahnung hat diese Passverzahnung eine evolventische Flankenform. Die Evolvente ist die gebräuchlichste Flankenform bei Laufverzahnungen. Doch auch bei Passverzahnungen hat sie Vorteile.
Was unterscheidet die Passverzahnung von der Laufverzahnung?
Die Passverzahnung ist eine Welle-Nabe-Verbindung. Außen- und Innenverzahnung werden ineinander gesteckt, um ein Drehmoment von der Welle auf die Nabe bzw. in umgekehrter Richtung zu übertragen. Bei der Laufverzahnung wälzen die Zähne der beiden gepaarten Zahnräder auf einander ab. Beide verwenden die Evolvente als Flankenform. Der Eingriffswinkel unterscheidet sich jedoch zwischen den beiden o.g. Anwendungsfällen. Die Laufverzahnung verwendet Eingriffswinkel im Bereich von <= 25°, wobei 20° der am häufigsten verwendete Eingriffswinkel bei Laufverzahnungen ist. Die Passverzahnung verwendet größere Eingriffswinkel. Die gängigsten Werte dafür sind 30°, 37.5° und 45°. Diese Winkel sind in den entsprechenden Normen für Passverzahnungen (DIN 5480, ANSI B92.1, ISO 4156) definiert. Der Winkel von 30° ist der gebräuchlichste Eingriffswinkel.
Einsatzgebiet
Die Passverzahnung mit Evolventenprofil hat zwei Vorteile. Ihre Geometrie ermöglicht eine präzise Zentrierung von Welle und Nabe und sie kann sehr hohe Drehmomente übertragen. Während die Kerbverzahnung eher bei kleineren Durchmessern eingesetzt wird (kleinere Teilungen möglich, kleinere Drehmomente übertragbar), wird die Passverzahnung mit Evolventenprofilen eher bei größeren Durchmessern und Drehmomenten eingesetzt, also im Fahrzeugbau und Maschinenbau.
Effektive Zahndicke
Aus messtechnischer Sicht betrachtet, unterscheidet sich diese Passverzahnung kaum von der Laufverzahnung. Es wird das Profil und die Flankenlinie an drei bis vier gleichmäßig verteilten Zähnen gemessen. Außerdem die Teilung und die Zahndicke an allen Zähnen. Bei Passverzahnungen ist in der Regel ein weiterer Parameter gefordert. Zusätzlich zu der Auswertung der Ist-Zahndicke soll die „effektive Zahndicke“ ermittelt werden. Die effektive Zahndicke ergibt sich aus der Anforderung an die Funktion. Die Außen- und die Innenverzahnung müssen ineinander gesteckt werden können und zwar in beliebiger Verdrehung zu einander. Mit der Auswertung der effektiven Zahndicke soll diese Fügbarkeit gewährleistet werden. Details zu der Auswertung finden Sie hier.
Zentrierungsarten
Die Passverzahnungspaarung dient nicht nur der Kraftübertragung. Ihre Aufgabe ist es auch, die Nabe auf der Welle zu zentrieren. Hierfür ergeben sich zwei Möglichkeiten: die Flankenzentrierung und die Durchmesserzentrierung.
Flankenzentrierung
Bei der Flankenzentrierung (engl. side fit) erfolgt die Zentrierung von Welle und Nabe über die Flanken der Passverzahnungen. Das heißt, dass die Zähne nicht nur der Drehmomentübertragung dienen, sondern auch der Zentrierung. Dafür werden entsprechend enge Toleranzen für die Zahndicke (Welle) und für die Lückenweite (Nabe) benötigt. Wichtig ist, dass zwischen den Durchmessern der Innen- und der Außenverzahnung ein entsprechend großes Kopfspiel vorhanden ist, um zu vermeiden, dass die Zentrierung durch die Durchmesser beeinflusst wird.
Durchmesserzentrierung
Bei der Außenzentrierung (engl. major diameter fit) erfolgt die Zentrierung über die äußeren Durchmesser: Fußkreisdurchmesser der Innenverzahnung (Nabe) und Kopfkreisdurchmesser der Außenverzahnung (Welle).
Bei der Innenzentrierung (engl. minor diameter fit) erfolgt die Zentrierung über die inneren Durchmesser: Kopfkreisdurchmesser der Innenverzahnung (Nabe) und Fußkreisdurchmesser der Außenverzahnung (Welle).
Die Durchmesserzentrierung sollte nur in Ausnahmefällen angewendet werden, da die sehr engen Toleranzen einen hohen Fertigungsaufwand bedeuten. Außerdem sind bei Verzahnungen mit kleinem Modul zusätzliche konstruktive Maßnahmen zu ergreifen, um die notwendige Tragfähigkeit zu gewährleisten.
