Verbundzahnrad: Stahlprofile für günstige Lösungen

Zahnrad-Bausatz lässt die Kosten schrumpfen

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Fraunhofer-Forscher setzen die Idee eines Zahnrad-Bausatzes mit Experten für Stahlprofile um. Ihre Lösung aus Kunststoff und Metall soll in Zeiten hoher Stahlpreise auch wirtschaftlich interessant sein.

Ein Verbundzahnrad haben Stuttgarter Forscher der Fraunhofer TEG entwickelt und mit Stahlprofil-Experten der Zollern GmbH + Co. KG, Geschäftsbereich Isoprofil, zu einem marktfähigen Produkt umgesetzt. Die Verbundzahnräder sollen leichter, leiser und billiger sein als Lösungen aus Vollmetall. Rund hundert Jahre alte Vorbilder aus Holz und Metall standen bei der Entwicklung Pate.

Statt Zeit und Geld darauf zu verwenden, die Zähne aus einem Stahlzylinder herauszuarbeiten, werden die neuen Zahnräder aus zwei Komponenten gefertigt. Im Körper aus Kunststoff oder geschäumtem Metall stecken Zähne, die Stück für Stück von einem kaltgezogenen Stahlprofil abgetrennt werden. So würden Zahnräder oder Zahnstangen nicht nur günstiger, sondern auch leichter, sagen die Experten. Sie sollen bei den übertragbaren Kräften und der Festigkeit an herkömmliche Komponenten heran reichen.
Die Metallzähne befestigen die Stuttgarter in einer kreisförmigen Schablone, deren Inneres sie mit Kunststoff oder Metallschaum füllen. Eine Alternative zu dieser Technik sind 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 wiederum Kunststoff oder Metallschaum.
Zusammen mit dem Stahlprofilhersteller Zollern Isoprofil in Sigmaringen/Laucherthal, wurde für diese spezielle Anwendung das kaltgezogene Stahlprofil entwickelt. Gezieltes Kaltumformen macht das Zerspanen überflüssig, und die so gefertigten Profilte sollen sogar Vorteile gegenüber zerspanten Zähnen bieten. Nach dem Vorwalzen der Profile im eigenen Warmwalzwerk ensteht bei den Sigmaringern mit möglichst wenigen Schritten der Kaltumformung das Stahlprofil. Dies soll die Zugfestigkeit, Streckgrenze und die Dehnung des Materials weniger beeinflussen als das Fräsen. Der günstige, ungebrochene Faserverlauf beim Kaltumformen mache das Bauteil darüber hinaus auf Dauer fest. Neben technischen Überlegungen sollen die Verbundzahnräder auch aus wirtschaftlicher Sicht für Konstrukteure interessant sein, die sich über günstigere Fertigungsvarianten Gedanken machen müssen. Dass es sich bei Neuentwicklungen lohnen kann, über den Einsatz von Stahlprofilen nachzudenken, zeige das Beispiel der Kooperation mit der TEG.
Nach dem beschriebenen Prinzip lassen sich Verzahnungen in drei Bauformen fertigen:
  • Das einzelverzahnte Verbundzahnrad ermöglicht es, Außen und Innenverzahnungen flexibel zu gestalten. Zahnmodule und Zahngrößen können variieren.
  • Beim Stahlbandzahnrad werden einzelne Zahnmodule auf ein Stahlband aufgebracht. Der Abstand der Stahlprofile wird der Anwendung angepasst.
  • Beim Zahnstangenprofil lassen sich Zahnstangen jeglicher Geometrie anpassen.
Zahnräder, die in Verbundbauweise mit den Teilen aus Stahlprofilen gefertigt werden, sind nach Angaben der Hersteller leicht, verschleißfest, schlagfest, geräuscharm und zeigen eine gezielte Anlaufmomentendämpfung. op
Verbund statt Stahl
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