Antriebstechnik Mit blanken Zähnen läuft alles glatt
Zahnräder sollen geschmeidig ineinandergreifen. Dazu lassen sich Hersteller verschiedene Tricks einfallen. Was sie bringen, wissen Bochumer Forschende.
Zahnräder verrichten ihr Werk meistens im Verborgenen. Doch ohne sie läuft nichts: kein Auto, kein Flugzeug, kein Zahnarztbohrer, keine Windenergieanlage. Wegen ihres massenhaften Einsatzes lohnt es sich, in die Qualität zu investieren und damit sowohl in die Lebensdauer der von ihnen angetriebenen Maschinen als auch in die Energieeffizienz der entsprechenden Prozesse. Wo die Stellschrauben sind und welche Maßnahmen was bringen, weiß das Team von Prof. Dr. Manuel Oehler vom Lehrstuhl für Antriebstechnik der Ruhr-Universität Bochum. Darüber berichtet Rubin, das Wissenschaftsmagazin der Ruhr-Universität Bochum.
Wie haltbar Zahnräder sind, können die Mitarbeitenden am Lehrstuhl auf ihren Prüfständen ermitteln, in die Zahnräder verschiedener Größen passen. Die Laufzeiten liegen zwischen wenigen Minuten und mehreren Tagen, auch die Drehgeschwindigkeiten sind anpassbar. An Stücken von Zahnrädern, die diese Tests durchlaufen haben, kann Dr. Jaacob Vorgerd zeigen, was im Laufe der Zeit passiert: Zunächst nehmen die Oberflächen der Zähne auf der Flanke Schaden, mit der sie mit dem gepaarten Zahnrad in Kontakt stehen. Erste Schäden sind mit bloßem Auge kaum zu sehen. Ausgeprägtere Schäden entstehen durch Reibung und Hitze.
Lohnen sich Veredlungen?
Damit auch kleine Schäden möglichst lange hinausgezögert werden können, kommt es besonders auf die Zahnoberflächen an, die miteinander in Kontakt treten. Je glatter die Oberfläche ist, desto weniger Reibung und Verschleiß treten normalerweise im Betrieb auf. Das Lehrstuhlteam hat die Effekte verschiedener zusätzlicher Oberflächenveredlungen untersucht, zum Beispiel das Gleitschleifen oder das Kugelstrahlen des Zahngrundes.
Die Kosten für diese Veredlungsverfahren machen 10 bis 15 Prozent der Gesamtkosten für ein Zahnrad aus. Lohnt sich das? Mit dieser Frage treten Industriepartner an das Lehrstuhlteam heran. Die Antwort in diesem Fall: klar ja. „Wenn der Wirkungsgrad durch so eine Behandlung auch nur um einen Prozentpunkt steigt – beispielsweise von 98 auf 99 Prozent – bedeutet das, dass sich die Verlustleistung halbiert“, erklärt Manuel Oehler. „99 Prozent der Energie, die das Zahnrad antreibt, werden in die gewünschte Bewegung des Antriebs übertragen, und nur ein Prozent verflüchtigt sich in Form von Wärme.“
Ausführlicher Artikel im Wissenschaftsmagazin Rubin
