Verzahnung Leichtbau-Radsatzgetriebe spart 10 % Gewicht bei gleicher Tragfähigkeit

Voith hat ein neues Patent auf die Optimierung von Zahnrädern nach bionischen Gesichtspunkten angemeldet. Das Konzept ermöglicht bis zu 10 % Gewichtsreduktion oder eine höhere übertragbare Leistung bei unverändertem Bauraum und gleicher Geräuschentwicklung.

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J.M. Voith SE & Co. KG / VTA

Die Idee für das Patent kommt aus der Beobachtung der Natur – konkret der Bäume: Sie bilden am Fuß ihres Stammes Wurzelanläufe, die aus der „scharfen Ecke“ zwischen Baumstamm und Erdboden – der sogenannten Kerbe – ein Dreieck mit kurvenförmiger Hypotenuse machen, das die Spannung mindert. So können Bäume den enormen Kräften von starken Winden standhalten.Aus dieser Beobachtung leiteten die Voith-Ingenieure eine bionische Zahnfußkorrektur bei Zahnrädern ab. Durch einen breiteren, formoptimierten Zahnfuß vergrößert sich dessen Festigkeit.

Bei Radsatzgetrieben, welche mit der bionischen Verzahnung ausgestattet sind, erhalten Fahrzeughersteller und -betreiber zwei verschiedene Wege davon zu profitieren. Einerseits erlaubt die vergrößerte Zahnfußfestigkeit eine schmalere Auslegung der Zahnräder, was das Gewicht des Getriebes verringert und gleichzeitig Bauraum im beengten Drehgestell gewinnt. Steht jedoch die volle Breite, die für ein herkömmliches Zahnrad notwendig wäre, zur Verfügung, senkt sich andererseits die Lärmemission um bis zu 3 dBA. Dank der vergrößerten Zahnfußfestigkeit sind kleinere Zähne möglich. So passen mehr Zähne auf den Umfang des Zahnrads – die Anzahl der Zähne im Eingriff steigt. Die Überdeckung ist größer, was das Zahnrad leiser macht.

Verschiedene Materialpaarungen bei Getrieben mit Aluminiumgehäusen

Auf der InnoTrans 2016 präsentierte Voith das Radsatzgetriebe SE-369 in Aluminiumausführung. Gegenüber der konventionellen Sphärogussvariante konnte das Gewicht dabei um 25 % gesenkt werden. Bei Getrieben mit Aluminiumgehäusen stellt sich die Herausforderung verschiedener Materialpaarungen mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten: Zum einen Aluminium als Gehäusewerkstoff und zum anderen Stahl als Werkstoff für Wellen, Zahnräder und Lager. Voith ist nach eigenen Angaben in der Lage, das Temperaturverhalten durch eine vollumfängliche Simulation vorherzusagen und die Konstruktion dementsprechend auszuführen.

Das einstufige Voith Radsatzgetriebe SE-369 verrichtet seine Aufgaben in zahlreichen Hochgeschwindigkeitszügen. Aktuell werden Züge der britischen Great Western Main Line sowie der East Coast Main Line mit diesen leichten und laufruhigen Voith Radsatzgetrieben in Aluminiumbauweise ausgerüstet.

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