75 % mehr Leistung mit Low-loss-Design

Ihre Trockenlauffähigkeit ist das Hauptargument für den Einsatz von Kunststoffzahnrädern. Allerdings müssen die hohen Reibungszahlen im Zahnkontakt und die, im Vergleich zu Stahlzahnrädern, geringere Wärmeleitfähigkeit des Materials als Nachteile berücksichtigt werden.

Mit verlustoptimierten Verzahnungsgeometrien, so genannten Low-loss-Verzahnungen, können die Reibungsverluste jedoch gesenkt sowie die Erwärmung reduziert werden. Dann können Kunststoffzahnräder mehr Leistung übertragen, bis die maximale Einsatztemperatur erreicht ist. An optimierten Verzahnungsgeometrien haben Experten der Biberacher Albert Handtmann Elteka GmbH & Co. KG und Spezialisten für Antriebssysteme von der SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH in Nördlingen in den vergangenen vier Jahren geforscht, in Zusammenarbeit mit der Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau (FZG) der TU München.

Das Forscherteam setzte schmiermittelfrei laufende Lauramid-Stahl-Zahnradpaarungen bei den Tests ein. Eine gerändelte Stahlnabe, die beim Lauramidguss direkt und unlösbar eingegossen wurde, stellte die ausreichende Tragfähigkeit der Drehmomenteinleitung sicher. Neben anderen Werten wurden Verzahnungsverluste und die Zahntemperaturen an Prüfständen gemessen.

Wegen der niedrigeren Verzahnungsverluste ergab sich eine deutlich geringere Erwärmung der verlustoptimierten Zahnräder. Auch zeigte sich, dass die Low-loss-Geometrie im Vergleich zur konventionellen Verzahnung einen deutlich erweiterten Betriebsbereich zulässt: Es konnte bis zu 75 % mehr Leistung übertragen werden.

Die gegenüber Stahlzahnrädern generell bessere Dämpfung und geringere Geräuschentwicklung ging durch die verlustoptimierten Verzahnungsgeometrien nicht verloren, wie die Untersuchungen belegten.