LEZABS

Problemstellung
Für den modernen Maschinenbau mit seinen hohen Forderungen an die Maschinendynamik werden Leichtbauprodukte immer wichtiger. Eines der zentralen Probleme der Getriebehersteller ist die Erhöhung der Lebensdauer und die Belastbarkeit der Getriebe, auch mit leichteren Materialien. Es besteht ein großer Bedarf an besonders leichten und schmiermittelarmen Zahnradgetrieben kleiner und mittlerer Leistung.

Projektziele und Vorgehensweise
In diesem Projekt wurden moderne Getriebe durch Auslegung und Berechnung wesentlich verbessert, geeignete Leichtbauwerkstoffe ausgewählt, die Verzahnung beschichtet und die Werkstoff-Schicht-Kombination optimiert.
Für die Auswahl möglicher Werkstoff-Schicht-Kombinationen wurden zunächst Werkstoffproben der gängigen Wellen- und Zahnradwerkstoffe beschichtet. Mit diesen Proben wurden standardisierte Härte- und Verschleißtests, sowie ein neu entwickelter Wälztest durchgeführt. Es zeigte sich, dass Zahnräder aus gesintertem Material wegen der vorhandenen Poren für eine Beschichtung im Plasma nur bedingt geeignet sind. Bezogen auf die speziellen Verhältnisse beim Abwälzen der Zahnflanken ergab sich das günstigste Reib- und Verschleißverhalten für Wolframcarbid-Hartschichten (WCH) und diamanten- ähnliche Kohlenstoff-Schichten (DLC). In beiden Fällen wurde auch eine Chromnitrid-Schicht als Stütz- und Verbindungsschicht verwendet.

Erreichte Ergebnisse:
- Erhöhung der Lebensdauer der Getriebe: Bei gleicher Baugröße und Belastung wurde eine Verdreifachung der Getriebestandzeiten erreicht. Anstelle von vorher 100 Stunden können die Getriebe nun 300 Stunden lang eingesetzt werden.
- Verringerung des Getriebegewichts: Die Gewichtseinsparung bei den Getrieben ist für viele Anwendungsfälle - z.B. in der Robotik - ein entscheidender Vorteil.
- Erhöhung der Leistungsdichte
- Erhöhung der Qualität: Da ein Härten des Werkstoffs wegen der Beschichtung nicht mehr notwendig ist, ergeben sich durch den Wegfall des Härteverzugs geringere Verzahnungsfehler als bei der aktuellen Serienproduktion.
- Reduzierung der Schmiermittelmenge, ggf. Schmiermittelverzicht: Die Getriebe müssen während des Betriebs nicht mehr nachgeschmiert werden.
- Verringerung der Geräuschemissionen: Das Geräusch- und Vibrationsverhalten der Maschinen wird durch diese bessere Verzahnungsqualität günstig beeinflusst. Da neben dem Getriebe dominantere Schwingungserreger existieren, wurden allerdings keine signifikant geringere Geräusch- und Vibrationspegel festgestellt.
- Verkürzung der Entwicklungszeiten durch Getriebeberechnungen: Wegen der sehr speziellen Anforderungen bezüglich Baugröße und Gewicht und infolge vielfältiger Einflussparameter auf die Lebensdauer der Getriebe in z. B. Elektrowerkzeugen wurden mit den modernen Berechnungsmethoden erhebliche Verbesserungen erzielt.
- Reduktion der Herstellkosten: Die Herstellkosten der neuen Getriebe haben sich gegenüber der aktuellen Serienproduktion nicht nennenswert erhöht, so dass sich mit der erreichten Lebensdauer- und Qualitätssteigerung insgesamt für die Entwicklung ein wirtschaftlicher Nutzen ergibt.

Ausblick
Die erweiterten Möglichkeiten, Sonderverzahnungen kostengünstig zu fertigen und Zahnräder zusätzlich mit einer Funktionsschicht zu beschichten, eröffnen neue technologische Perspektiven. Deshalb laufen bei den Projektpartnern auch nach Projektende noch Optimierungsversuche, die weitere Verbesserungen hervorbringen werden. Die neu entwickelten Getriebe sind Schlüsselkomponente
n für den gesamten Maschinenbau und werden von den beteiligten Getriebeherstellern kommerziell angeboten. Die Erfahrungen der Partner und die weiterentwickelten Methoden sind zusammengefasst im Abschlussbericht: "Leichtbau in der Antriebstechnik" - Ergebnisse des BMBF- Verbundprojekts LEZABS - ISBN 3-8322-2805-5.

Leichtbau in der Antriebstechnik

Autor: Slatter, R. (Hrsg.)

Verlag: Shaker Verlag, Aachen

Erscheinungsjahr: 2004

ISBN: 3-8322-2805-5

Beschreibung: Ziel dieses Projektes war es, leichte, schmiermittelarme Zahnradgetriebe kleiner und mittlerer Leistung zu entwickeln; dies soll durch die Auswahl und Optimierung der Werkstoff-Schicht-Kombination unter Verwendung von Leichtbauwerkstoffen erreicht werden. In diesem Buch werden die im Rahmen dieses Verbundprojektes (LEZABS) entwickelten Ergebnisse dargestellt. Im Wesentlichen wurden Methoden erarbeitet, wie moderne Getriebe durch Auslegung und Berechnung wesentlich verbessert werden können. Mit einer zusätzlichen Beschichtung der Verzahnung ließen sich unter gleicher Baugröße und Belastung deutliche Verbesserungen der Getriebestandzeiten erreichen, so dass sogar die geplanten Ziele in einigen Bereichen des Projektes übertroffen wurden.