Eine Kerbverzahnung verbindet Welle und Nabe formschlüssig über viele spitz zulaufende Zähne. Sie wird oft mit Zahnwelle und Keilwelle in einen Topf geworfen, obwohl sich Zahnform, Norm und Herstellung unterscheiden. Diese Seite ordnet die drei Verbindungen ein, nennt die Normen, erklärt die Fertigung von Welle und Nabe und zeigt, auf welchen Maschinentypen sie entsteht. Den Gesamtüberblick über die Verzahnungsverfahren finden Sie unter Zahnrad herstellen, die Maschinen dazu unter Ankauf Verzahnungsmaschinen.
Was ist eine Kerbverzahnung?
Eine Kerbverzahnung ist eine spezielle Art der Passverzahnung. Sie verbindet Wellen und Naben formschlüssig und überträgt Drehmoment. Die beiden ebenen Flanken eines Zahns verlaufen nicht parallel, die Zähne sind spitz. Nach DIN 5481 haben die Zähne der Welle einen konstanten Lückenwinkel von 60°, der Lückenwinkel der Nabenzähne hängt von der Zähnezahl ab.
Weil viele Zähne gleichzeitig tragen, lassen sich mittlere bis große Drehmomente übertragen, und Welle wie Nabe werden weniger geschwächt als bei einer Passfeder-Verbindung. Der Preis dafür: Im Unterschied zur Keilwelle ist die Verbindung aus Verschleißgründen nicht axial verschiebbar. Wer eine verschiebbare Verbindung braucht, greift zur Keilwelle oder zu einer Zahnwelle mit Spielpassung.
Kerbverzahnung, Zahnwelle und Keilwelle im Vergleich
Im Sprachgebrauch heißt vieles „Kerbverzahnung“, was eigentlich eine Evolventen-Zahnwelle oder eine Keilwelle ist. Ein häufiger Fehler in der Praxis ist deshalb die Verwechslung von DIN 5480 und DIN 5481. Die Tabelle trennt die drei Verbindungen.
| Merkmal | Kerbverzahnung | Zahnwelle (Evolvente) | Keilwelle |
|---|---|---|---|
| Norm | DIN 5481 | DIN 5480 | DIN ISO 14 (löst DIN 5461 bis 5463 ab), DIN 5464 für die schwere Reihe |
| Flankenform | ebene, nicht parallele Flanken, spitze Zähne | Evolventenflanken, Eingriffswinkel 30° | parallele Flanken |
| Axial verschiebbar | nein (Verschleiß) | bei Spielpassung schaltbar | je nach Passung fest, ohne Last oder unter Last verschiebbar |
| Verzahnung der Welle | Walzen, Profilfräsen, Wälzfräsen | Abwälzverfahren, zum Beispiel Wälzfräsen | Fräsen mit Form- oder Wälzfräsern, Schleifen, Kaltziehen, Räumen, Walzen |
| Verzahnung der Nabe | Räumen, Wälzstoßen | Räumen, Wälzstoßen | Räumen, Nutenziehen, Nutenstoßen, Erodieren |
Die Zahnwelle nach DIN 5480 nutzt einen einheitlichen Eingriffswinkel von 30° und zentriert über die Flanken, in Ausnahmefällen über den Durchmesser. Laut DS Werk deckt die Norm Modul 0,5 bis 10 und Zähnezahlen von 6 bis 82 ab. Teil 1 (Grundlagen) wurde zuletzt 2025 und erneut 2026 neu ausgegeben, DIN 5482 ist zurückgezogen. Bei Neukonstruktionen sollten Sie deshalb immer den aktuellen Ausgabestand prüfen.
Keilwellen werden meist nach DIN ISO 14 ausgeführt, mit Innen-, Flanken- oder Außenzentrierung. Die Innenzentrierung wählt man, wenn es auf genauen Rundlauf ankommt, die Flankenzentrierung bei stoßhaften oder wechselnden Drehmomenten. Zahnwellen und Kerbverzahnungen übertragen wegen der hohen Zähnezahl sehr große und stoßhafte Drehmomente und erlauben eine feinere Verstellung in Drehrichtung; Bauteildurchmesser und Baulänge können kleiner ausfallen als bei einer Keilwelle.
Wo Kerbverzahnungen und Zahnwellen eingesetzt werden
Eingesetzt werden sie überall dort, wo eine Welle ein Zahnrad, eine Kupplung, eine Scheibe oder einen Flansch mitnimmt und eine Passfeder an ihre Grenzen kommt: bei hohen und stoßhaften Drehmomenten, bei knappem Bauraum und dort, wo Welle und Nabe möglichst wenig geschwächt werden sollen. Verschiebbare Passverzahnungen finden sich zum Beispiel an Antrieben, die häufig montiert und demontiert werden, etwa Zapfwellenantrieben. Ein dokumentierter Schadensfall zeigt, wo die Grenze liegt: Die Antriebswelle einer Zerkleinerungsmaschine für Industrieabfälle brach im Betrieb genau am Verzahnungsende, als Fremdmaterial die Maschine überlastete.
Kerbverzahnung oder Passfeder?
Die Passfeder ist die einfachste Welle-Nabe-Verbindung, hat aber eine Nut in Welle und Nabe und überträgt das Moment über einen einzelnen Mitnehmer. Eine Kerbverzahnung verteilt die Last auf viele Zähne und schwächt Welle und Nabe weniger. Dafür ist sie aufwendiger zu fertigen: Die Naben werden geräumt oder gestoßen, die Wellen gefräst, gewalzt oder geschliffen, während eine Passfedernut mit einem Nutenfräser entsteht. Die Zahnverbindung lohnt sich deshalb vor allem bei hohen, wechselnden oder stoßhaften Momenten und in Serie; bei geringer Last und kleinen Stückzahlen bleibt die Passfeder die wirtschaftlichere Lösung.
So wird eine Kerbverzahnung hergestellt
Die Welle: Walzen, Profilfräsen oder Wälzfräsen
Die Verzahnung der Welle entsteht durch Walzen, Profilfräsen oder Wälzfräsen. Beim Wälzfräsen läuft ein schneckenförmiger Fräser im Abwälzverfahren gegen die rotierende Welle; bei einem eingängigen Fräser schiebt sich das Werkstück pro Umdrehung um einen Zahn weiter. Der Schnitt ist kontinuierlich, die Zerspanleistung hoch. Beim Profilfräsen fräst ein Scheibenfräser in Form der Zahnlücke jede Lücke einzeln. Das geht auf normalen Fräsmaschinen, verlangt aber für jedes Modul und jede Zähnezahl ein eigenes Werkzeug.
Das Walzen ist ein spanloses Umformverfahren, bei dem das Zahnprofil durch plastische Verformung des Werkstücks entsteht. Kaltgewalzt werden unter anderem Passverzahnungen mit spitzen Zahnköpfen. Walzmaschinen sind eine eigene Maschinenfamilie und nicht Teil unserer Typseiten.
Soll die Verzahnung verschleißfest sein, wird sie gehärtet, häufig induktiv; gehärtete oder besonders genaue Profile werden anschließend geschliffen. Lohnfertiger nennen für Profil- und Kerbverzahnungswellen Verzahnungslängen von bis zu 3.000 mm im gefrästen Zustand; im geschliffenen Zustand liegt die Obergrenze je nach Anbieter zwischen 750 und 2.000 mm. Die Länge, die eine Maschine bearbeiten kann, ist damit ein realer Kaufgrund: Sie entscheidet, welche Wellen ein Betrieb überhaupt annehmen kann.
Die Nabe: Räumen oder Wälzstoßen
Die Nabenverzahnung ist eine Innenverzahnung und wird meist geräumt oder wälzgestoßen. Beim Räumen trägt ein Werkzeug mit mehreren hintereinander angeordneten Schneiden nacheinander Material ab und erzeugt die endgültige Form. Nach einem Durchgang ist das Profil im Wesentlichen fertig. Das Verfahren ist sehr schnell, verlangt aber ein profilspezifisches Werkzeug: Für jede Änderung von Zähnezahl oder Modul wird ein eigenes Räumwerkzeug gebraucht, weshalb Räumen vor allem in der Serie wirtschaftlich ist. Für Kerbzahnnaben nach DIN 5481 werden Räumwerkzeuge zum Beispiel für Profile von 7 × 8 bis 85 × 90 angeboten.
Das Wälzstoßen kombiniert eine Hubbewegung des Schneidrads mit einer Wälzbewegung und einer radialen Zustellung. Es eignet sich für Innenverzahnungen bei kleineren Stückzahlen, für Innenverzahnungen in nicht durchgehenden Bohrungen und für Außenverzahnungen ohne Auslauf. Mehr zur Bearbeitung von Nabenprofilen finden Sie auf der Seite zur Innenverzahnung.
Welche Maschinentypen fertigen Kerbverzahnungen?
Welche Maschine ein Betrieb braucht, hängt davon ab, ob er Wellen, Naben oder beides fertigt. Die Übersicht ordnet Bauteil und Verfahren dem Maschinentyp zu.
| Bauteil | Verfahren | Maschinentyp | Unsere Seite dazu |
|---|---|---|---|
| Welle | Wälzfräsen | Wälzfräsmaschine | Ankauf Wälzfräsmaschinen |
| Welle | Profilfräsen | Fräsmaschine mit Scheibenfräser | – |
| Welle | Walzen | Walzmaschine (spanlose Umformung) | – |
| Welle | Schleifen gehärteter Profile | Profil- oder Verzahnungsschleifmaschine | Ankauf Verzahnungsmaschinen |
| Nabe | Räumen | Räummaschine | Ankauf Räummaschinen |
| Nabe | Wälzstoßen | Wälzstoßmaschine | Ankauf Wälzstoßmaschinen |
In vielen Werkstätten teilen sich die Maschinen die Arbeit: Die Welle läuft über die Wälzfräsmaschine, die Nabe über die Räum- oder Wälzstoßmaschine. Wer nur Naben in hoher Stückzahl fertigt, kommt mit der Räummaschine aus; wer viele verschiedene Innenprofile in kleinen Losen braucht, arbeitet flexibler mit dem Wälzstoßen. Bei der Bewertung einer solchen Maschine zählen Werkstückdurchmesser, Modul, Verzahnungslänge (bei Wellen der Verfahrweg, bei Naben der Räumhub), Steuerung und Zustand von Werkstückspindel und Rundtisch.
Auslegung und Toleranzen
Die Tragfähigkeit einer Kerbverzahnung wird über die Flächenpressung berechnet. Berechnungsprogramme wie WN8 ermitteln Abmessungen und Tragfähigkeit nach DIN 5481 und stützen sich dabei auf zulässige Pressungen nach Niemann. Bei Zahnwellen nach DIN 5480 wählt man die Passung nach der Belastung:
| Passung | Art | Einsatz |
|---|---|---|
| 9H/9e | Spielpassung | schaltbare Verbindungen |
| 9H/9js | Übergangspassung | Bereich zwischen Spiel und Übermaß |
| 9H/9p | Presspassung | feste Verbindungen ohne Demontageabsicht |
Die Qualitätsstufe 9 ist nach DS Werk für die meisten Industrieanwendungen ausreichend. Stirn- und Querbohrungen im Bereich der Verzahnung sollten höchstens 70 bis 75 Prozent der Verzahnungslänge erreichen, damit der tragende Restquerschnitt nicht zu stark geschwächt wird.
Typische Schäden und Fehler
Ein typischer Schadensort ist nicht die Verzahnung selbst, sondern das Verzahnungsende. Im dokumentierten Schadensfall der Zerkleinerungsmaschine überlagerten sich drei Fehler an einer einzigen Stelle: kein Freistich, eine Härtezone bis genau an den Übergang und eine tiefe Bohrung im Verzahnungsbereich. Jeder Fehler für sich wäre beherrschbar gewesen, zusammen haben sie die Welle gebrochen.
| Fehler | Folge | Abhilfe |
|---|---|---|
| Kein Freistich am Verzahnungsende | Kerbwirkungszahl bis 4; nach DIN 743-2 sind an scharfen Übergängen Werte von 3 bis 5 möglich | Freistich nach DIN 509, Radius am Grund mindestens 1,0 mm, bevorzugt 2,0 bis 3,0 mm |
| Härtezone endet am Übergang | Sprödes Gefüge trifft auf zähen Kern, Rissbeginn bei Stoßlast | Härtezone mindestens 3 bis 5 mm vor dem Verzahnungsende auslaufen lassen |
| Tiefe Stirn- oder Querbohrung | Geschwächter Restquerschnitt | Bohrungslänge höchstens 70 bis 75 Prozent der Verzahnungslänge |
| Spielpassung 9H/9e bei stoßbelasteter Verbindung | Die Passung ist für schaltbare Verbindungen gedacht, nicht für Stoßbelastung | Passung an Belastung und Montagekonzept anpassen, Übergangs- oder Presspassung prüfen |
| DIN 5480 und DIN 5481 verwechselt | Verzahnung mit falscher Zahnform (Evolvente statt Kerbflanke oder umgekehrt) | Norm und Zahnform auf der Zeichnung eindeutig angeben |
| Kerbverzahnung axial verschoben | Verschleiß der Flanken | Keilwelle oder Zahnwelle mit Spielpassung verwenden |
Kerbverzahnungen fertigen: was das für gebrauchte Maschinen bedeutet
Kerbverzahnungen entstehen auf klassischen Verzahnungsmaschinen: Wälzfräsmaschine für die Welle, Räum- oder Wälzstoßmaschine für die Nabe. Wie viel eine solche Maschine auf dem Gebrauchtmarkt wert ist, hängt nicht am Profil, sondern an ihren Grunddaten: Werkstückdurchmesser und maximaler Modul, Verzahnungslänge, Steuerung und Generation, Betriebsstunden sowie Zustand der Spindeln und Führungen. Eine moderne CNC-Steuerung koppelt Werkzeug- und Werkstückachse elektronisch statt mechanisch, was sich in Genauigkeit und Werkzeugstandzeit niederschlägt. Ein Genauigkeitsnachweis wie ein Prüfprotokoll gehört zu den Unterlagen, die wir bei der Bewertung anfragen.
Verzahnungsmaschine verkaufen
Wenn Sie eine Wälzfräsmaschine, Räummaschine oder Wälzstoßmaschine abgeben möchten, ist der Weg kurz. Wir kaufen Ihre Verzahnungsmaschine an oder vermitteln sie an einen Käufer aus unserem Netzwerk. Wir bewerten die Maschine, koordinieren Demontage und Transport und sorgen für Zahlung vor Abholung; die erste Einschätzung erhalten Sie in der Regel innerhalb von 24 Stunden. Alle Maschinentypen im Überblick finden Sie auf der Seite Ankauf Verzahnungsmaschinen, einen Anhaltspunkt zur Bewertung unter Was ist meine Verzahnungsmaschine wert.
Quellen
- Wikipedia: Kerbverzahnung, Definition, Lückenwinkel 60° nach DIN 5481, Herstellung von Welle und Nabe. de.wikipedia.org
- Wikipedia: Passverzahnung, Zuordnung der Normen DIN 5480, DIN 5481 und DIN ISO 14 zu Evolventen-, Kerb- und Keilflanken. de.wikipedia.org
- DIN Media: DIN 5480-1, Passverzahnungen mit Evolventenflanken, Eingriffswinkel 30° und Flankenzentrierung. dinmedia.de
- DS Werk: Kerbverzahnung DIN 5480, Passungen, Freistich, Härtezone und Schadensfall. dswerk.de