Zusammen mit der Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau (FZG) der TU München haben die Unternehmen Handtmann Elteka (Entwickler des PA 12C Lauramid), Biberach, und der Spezialist für Antriebssysteme SPN Schwabenpräzision, […]
Low-loss Zahnräder aus PA 12C Kunststoff Lauramid und Stahl. Low-loss Verzahnungen zeigen sich optisch durch niedere Zahnhöhen und schrägere Eingriffswinkel. (Foto: Handtmann)
Zusammen mit der Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau (FZG) der TU München haben die Unternehmen Handtmann Elteka (Entwickler des PA 12C Lauramid), Biberach, und der Spezialist für Antriebssysteme SPN Schwabenpräzision, Nördlingen, in den letzten vier Jahren nach optimierten Verzahnungsgeometrien bei Kunststoff-Stahl-Zahnradpaarungen sowohl experimentell als auch theoretisch geforscht. Nun liegen die Ergebnisse vor.
Hauptvorteil beim Einsatz von Kunststoffzahnrädern ist deren Trockenlauffähigkeit. Nachteil dabei: Die auftretenden hohen Reibungszahlen im Zahnkontakt und die, im Vergleich zu Stahlzahnrädern, geringere Wärmeleitfähigkeit des Materials. Verlustoptimierte Verzahnungsgeometrien, sogenannte Low-loss-Verzahnungen, weisen deutlich niedrigere Reibungsverluste sowie eine geringere Erwärmung auf und können so mehr Leistung übertragen bis die maximale Einsatztemperatur erreicht ist. Eine verlustoptimierte Verzahnung zeigt sich optisch durch deutlich erhöhte Eingriffswinkel und eine reduzierte Zahnhöhe im Vergleich zu einer konventionellen Verzahnungsgeometrie.
Das Forscherteam setzte schmiermittelfrei laufende Lauramid-Stahl-Zahnradpaarungen bei den Tests ein. Die ausreichende Tragfähigkeit der Drehmomenteinleitung wurde durch die gerändelte Stahlnabe sichergestellt, die beim Lauramidguss direkt und unlösbar eingegossen wurde. An Prüfständen gemessen wurden unter anderem die Verzahnungsverluste und die Zahntemperaturen. Aus den niedrigen Verzahnungsverlusten resultiert eine deutlich geringere Erwärmung verlustoptimierter Zahnräder, verglichen mit der konventionellen Variante. Auch zeigte sich, dass die Low-loss-Geometrie im Vergleich zur konventionellen Verzahnung einen deutlich erweiterten Betriebsbereich zulässt: Es konnte bis zu 75 % mehr Leistung übertragen werden. Kunststoffzahnräder verfügen gegenüber Stahlzahnrädern generell über eine bessere Dämpfung und bringen damit Vorteile hinsichtlich der Geräuschentwicklung bei Anwendungen mit sich. Die Untersuchungen ergaben, dass dies auch für die verlustoptimierten Verzahnungsgeometrien gilt.
Eine Zusammenfassung der Ergebnisse des Forschungsprojektes „Low loss“ kann angefordert werden unter: info.elteka@handtmann.de
