Zahnradkonstruktion: Verbund ist fast so fest wie ein massives Teil

Verzahnungen bis hin zur gewellten Achterbahn

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Leichter, leiser, billiger: Das sind die Vorteile von Verbundzahnrädern mit Zähnen aus Metall und einem Körper aus Kunststoff oder geschäumtem Metall. Rund hundert Jahre alte Vorbilder aus Holz und Metall standen Pate bei der Neuentwicklung.

Eine neue Generation von Zahnrädern haben Ingenieure der Fraunhofer-Technologie-Entwicklungsgruppe (TEG) in Stuttgart entwickelt: Statt viel Zeit und Geld darauf zu verwenden, die Zähne mit einer Feile aus einem Stahlzylinder herauszuarbeiten, wollen sie Zahnräder aus zwei Komponenten fertigen. Für die Zähne behalten sie das Metall bei, den Körper des Zahnrades aber stellen sie aus Kunststoff oder geschäumtem Metall her. Damit würden die Teile nicht nur günstiger, sondern auch leichter, sagen die Experten. Der leisere Lauf mache die Zahnräder insgesamt für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrtindustrie interessant.

Nach Angaben der Forscher reichen die Zahnräder sowohl bei den übertragbaren Kräften als auch bei der Festigkeit an die herkömmlichen massiven Komponenten heran: 80 % von deren Leistung sollen die Verbundzahnräder bringen.
Als Vorlage dienten den Ingenieuren rund 100 Jahre alte Zahnräder aus den Werkstoffen Holz und Metall. In Anlehnung daran befestigen die Stuttgarter die Metallzähne in einer kreisförmigen Schablone, deren Inneres sie mit Kunststoff oder Metallschaum füllen. Darin finden die Wurzeln der Zähne Halt. Eine Alternative zu dieser Technik seien Stahlbandzahnräder: Einzelne Zähne werden hier auf ein flexibles Stahlband geklebt oder geschweißt, das gebogen und an den Enden verbunden wird. Den Hohlraum des Ringes füllen hier Kunststoff oder Metallschaum.
„Ein Vorteil dieses Typs ist seine enorme Flexibilität“, erläutert Matthias Böning, der bei der TEG die Abteilung Produktionsprozesse leitet. „Damit können wir alle Arten von Zahnradsystemen produzieren, bis hin zu gewellten Achterbahnen.“ op
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