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antriebstechnik 7/2015

antriebstechnik 7/2015

KUNSTSTOFFE IN DER

KUNSTSTOFFE IN DER ANTRIEBSTECHNIK I SPECIAL 03 Konturen der Prüfverzahnungen im Stirnschnitt 04 Steigerung der thermischen Grenzleistung durch verlustoptimierte Verzahnungen Neben zahlreichen anderen Werten wurden so auch die Verzahnungsverluste und die Zahntemperaturen gemessen. Getriebeverluste setzen sich grundsätzlich aus lastabhängigen und lastunabhängigen Anteilen zusammen. Die Verluste durch eine Erwärmung der Zahnräder im Trockenlauf sind maßgeblich lastabhängig und entstehen im Wesentlichen durch die Reibungsverluste im Zahnkontakt. Die Versuchsergebnisse belegen hier, dass die Dämpfungsverluste aus der Zahnverformung beim verwendeten Kunststoff Lauramid einen lediglich untergeordneten Einfluss haben. Mit zunehmender Temperatur und damit sinkendem Elastizitätsmodul des Kunststoffs, steigen die Verzahnungsverluste aufgrund des zunehmenden vor- und nachzeitigen Zahneingriffs an. Messungen der Zahntemperatur zeigten, dass aus den niedrigen Verzahnungsverlusten auch eine deutlich geringere Erwärmung der Low-loss-Zahnräder, verglichen mit der konventionellen Variante, resultiert. Die Low-loss-Geometrie lässt im Vergleich zur konventionellen Verzahnung einen deutlich erweiterten Betriebsbereich zu: Es konnte bis zu 75 % mehr Leistung übertragen werden. Auch interessant für Standardverzahnungen 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 geprüften verlustoptimierten Verzahnungsgeometrien gilt. Der niedrige Elastizitätsmodul von Lauramid (2000 N/mm2) kompensiert die geometriebedingt höhere Verzahnungssteifigkeit hinsichtlich des dynamischen Betriebsverhaltens. Beim Einsatz von Kunststoff als Zahnradwerkstoff sinkt die Verzahnungseigenfrequenz im Vergleich 04 Georg Petzinger und Jörg Vollmann (Geschäftsführer Handtmann Elteka) nutzen die Erkenntnisse des Low-loss- Forschungsprojektes für Zahnrad-Kundenprojekte zu einer Stahl-Stahl-Zahnradpaarung deutlich ab. Die Kunststoffingenieure bei Handtmann Elteka arbeiten, in Abhängigkeit der konkreten Kundenanwendung, selbst seit Jahren mit alternativen Zahnradgeometrien. Für die Zahnradberechnung wurden auch spezielle Programme entwickelt. Auf Zahnräder im Low-loss-Design können allerdings gängige Zahnradnormen und -richtlinien nicht zur Auslegung angewandt werden. Ein Teilziel des Forschungsprojektes war daher auch die Schaffung von Berechnungsmöglichkeiten für Auslegung und Anwendung von Low-loss-Kunststoffverzahnungen in der Praxis. Für Handtmann Elteka Technikchef Georg Petzinger sind die Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt auch für jede Standardverzahnung interessant: „Low-loss- Zahnräder sind eine Nischenanwendung. Diese kommen insbesondere dann sinnvoll zum Einsatz, wenn der thermische Ausfall einer Standard-Kunststoffverzahnung die Einsatzmöglichkeiten begrenzen würde. Zahlenmäßig mehr Lauramid-Zahnräder werden in der Praxis für Anwendungen mit „normaler“ Verzahnung gefertigt. Auch für deren Auslegung haben wir mit diesem Projekt wertvolle Erkenntnisse gewonnen.“ Fotos: Aufmacher: fotolia, Bild 01-04: Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau (FZG), TU München www.handtmann.de/kunststofftechnik

SPECIAL I KUNSTSTOFFE IN DER ANTRIEBSTECHNIK Plaste kontra Metall Vorteile von Federstegkupplungen aus Kunststoff Christoph Hasenstab Kunststoffe sind im Maschinenbau längst nicht mehr wegzudenken. Trotzdem bleibt es nach wie vor eine Herausforderung, ganze Maschinenelemente zu 100 % aus einem Kunststoff zu entwickeln, wenn dabei die Leistung des Bauteils nicht geschmälert werden soll. Erfahren Sie, wie das bei einer Kupplung funktioniert. Der Versuch Kupplungen aus Kunststoff herzustellen, welche annähernd die Eigenschaften etablierter Metallkupplungen aufweisen können, wurde bereits oft unternommen. Doch immer wieder gab und gibt es Einbußen, ob bei den Steifigkeitswerten oder dem maximal zu übertragenden Drehmoment. Dazu kommt, dass die meisten Kupplungsvarianten - wie z. B. Balg- oder Federscheibenkupplungen - nur aus Metall fertigbar sind. Kunststoff bringt Vorteile Doch wieso sollte man eine Kunststoffkupplung einer Aluminium- oder Edelstahlausführung vorziehen? Abhängig von den Einsatzgebieten entsteht eine Vielzahl von Gründen, welche eine Kunststofflösung begünstigen. In der Pharma-, Chemie- und Medizintechnik schätzt man die Beständigkeit des Werkstoffes, schließlich können ihm selbst aggressivste Chemikalien, etwa in Reinigungsmitteln, Paraffinöle und stark ätzenden Säuren nichts anhaben. Darüber hinaus erweist sich gerade in der Nuklearmedizin die hohe Strahlenbeständigkeit bei Röntgen-, Beta- und Gammastrahlen als Vorteil der Kunststoffkupplung ASK PEEK Christoph Hasenstab ist Produktentwickler bei der VMA GmbH in Mainaschaff der VMA GmbH, was u. a. in Kernspintomographen oder 360 ° Röntgengeräten von Bedeutung ist. Auch der Anspruch der Gewichtsreduzierung im Individualverkehr und der Luftfahrt wird sich in Zukunft nicht ändern. Im Gegenteil: Das Einsparpotential einer Kupplung, die gegenüber Aluminium 51 % und gegenüber der VA-Variante sogar über 83 % Gewicht einspart ist nicht zu unterschätzen. Ein weiterer Vorteil dieser ASK- Variante liegt in der elektrischen Isolation. Eigenschaften, welche für Hersteller und Forschungsinstitute, elektrischer Antriebe im Individualverkehr von großem Interesse sind. Besonders, wenn man bedenkt, dass neben der Gewichtseinsparung ein Bauteil eingespart werden konnte. Das bedeutet Platz- sowie Kosteneinsparungen. Individuell auslegen Neben den werkstoffspezifischen Vorteilen steht ASK PEEK jedoch für zahlreiche weitere Vorteile, die längst zum Profil der ASK-Ausgleichskupplung gehören: Seit nunmehr 30 Jahren, weiß man, diese Bauart u. a. aufgrund ihrer Torsionssteifigkeit, zu schätzen. Doch trotz der hohen Verdrehsteifigkeit, die diese Federstegkupplung mitbringt, wirkt sie resonanzstabil und dämpfend. Das Geheimnis liegt hier in der typischen Schlitzstruktur der ASK von VMA, die dem jeweiligen Anforderungsprofil angepasst wird. So wünschen Anwender z. B. parallel eingefräste Schlitzstrukturen in Winkeln von 180 ° oder 120 °, was die Kupplung steifer oder flexibler macht. Auch können Schlitzpakete hinzugefügt oder weggelassen werden, um die Kupplung auf den jeweiligen Anwendungsfall auszulegen. „Derzeit sind bereits über 10 000 Ausgleichs kupplungen im Einsatz“ Christoph Hasenstab Die Ausgleichskupplung verfügt über unterschiedliche Möglichkeiten des Versatzausgleichs. Axialer, lateraler sowie angularer Versatz sind kein Problem. Das bedeutet, Stöße, Vibrationen und Fluchtungsfehler belasten den Antriebsstrang nicht mehr. Drehrichtungswechsel sowie schnelle Schubwechsel stellen keine große Herausforderung dar. Die Kupplung ist dennoch sehr resistent gegenüber auftretenden Spannungen im Material. www.vma-antriebstechnik.de antriebstechnik 7/2015 53

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