Werkstoffe Zahnräder leiser und leichter machen

Untersuchungen zeigen, dass Zahnräder aus einem Werkstoffverbund Stahl/Epoxidharzschaum eine Gewichtsreduzierung von 40% und eine Verringerung des Körperschallpegels um bis zu 15 dB ermöglichen. Dabei beträgt die Leistungsübertragung bis zu 80% einer Stahlverzahnung.

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Der Einsatz eines Zahnradwerkstoffes ist in erster Linie von der zu übertragenden Leistung des Getriebes abhängig. Darüber hinaus müssen jedoch auch die Anforderungen an das Gesamtsystem Getriebe, beispielsweise eine kompakte Bauform, ein geringes Gewicht sowie eine niedrige Geräuschemission, näher betrachtet werden.

Die Geräuschemission ist vor dem Hintergrund eines steigenden Umweltbewusstseins ein wichtiges Gütekriterium technischer Systeme.

Im Getriebebau finden deshalb Kunststoffe aufgrund der guten Dämpfungseigenschaften eine immer breitere Anwendung. Im industriellen Bereich sind Zahnräder aus Kunststoffen in Lüftungsanlagen, Textil-, Papier-, Verpackungs- und Druckmaschinen anzutreffen.

Anwendungen in gering belasteten Getrieben

Die Möglichkeit einer Übertragung hoher Leistungen ist bei Kunststoffzahnrädern jedoch stark eingeschränkt. Anwendungen ergeben sich daher insbesondere in gering belasteten Getrieben in den Bereichen, in denen die Vorteile der Kunststoffe wie Korrosionsbeständigkeit, hohe Dämpfung in Verbindung mit geringer Geräuschabstrahlung und die kostengünstige Fertigung mittels Spritzgießtechnik ausgenutzt werden können.

Eine Annäherung an die Leistungsfähigkeit von Stahlzahnrädern ist mit reinen Kunststoffzahnrädern derzeit jedoch nicht erreichbar. Die Vorteile im Bereich der Tragfähigkeit liegen eindeutig bei den üblicherweise verwendeten Stahlzahnrädern.

Wünschenswert ist eine Kombination der Werkstoffeigenschaften in einem Werkstoffverbund, um bei einer großen Gewichts- und Geräuschreduktion auch die Leistungen eines vergleichbaren Stahlzahnrades übertragen zu können [1].

Senkung des Körperschallpegels um bis zu 15 dB erreicht

Im Vorhaben EP-Gaercomp [2], das im Rahmen von Innonet (Förderung von innovativen Netzwerken) durchgeführt wurde, erfolgten prinzipielle Untersuchungen an Werkstoffverbund-Zahnrädern aus Stahl und Kunststoff, die nach dem Verbundprinzip durch eine vollständige Entkopplung der Stahlteile durch einen Epoxidharzschaum gefertigt wurden.

Mit diesen Werkstoffverbund-Zahnrädern wurden eine Gewichtsreduzierung von 40% und eine Senkung des Körperschallpegels um bis zu 15 dB erreicht. Es wurde eine Leistungsübertragung ermöglicht, die bis zu 80% der Stahlverzahnung beträgt.

Weiterhin zeigen die bisherigen Untersuchungen, dass der Werkstoff Epoxidharzschaum durch seine einfache und damit kostengünstige Fertigung zahlreiche Vorteile bietet, zum Beispiel die direkte, klebende Verbindung zum Stahlwerkstoff und die Integration des Ausschäumschrittes in die bestehende Zahnradfertigungskette.

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