Kunststoffräder mit Metallzähnen

Zähne aus Metall und ein Körper aus Kunststoff oder geschäumtem Aluminium – so können viele Zahnräder zukünftig aussehen. Sie sind leichter, leiser und billiger in ihrer Herstellung als bisherige Modelle, die vollständig aus Stahl bestehen. Bei der Produktion von Zahnrädern wird oft „geräumt“: Eine Feile fräst am Rand eines Stahlzylinders Zahn für Zahn heraus. Das dauert seine Zeit und ist mit entsprechend hohen Kosten verbunden. Ingenieure von der Fraunhofer-Technologie-Entwicklungsgruppe TEG und Projektpartner haben eine neue Generation von Zahnrädern entwickelt – mit Zähnen aus Metall und einem Körper aus Kunststoff oder aufgeschäumtem Metall. Diese sind billig herzustellen, leicht und leise.

Rund hundert Jahre alte Zahnräder dienten den Ingenieuren als Vorlage. Damals bestand das Nabenteil oft aus Holz und darin steckten die einzelnen metallischen Zähne. Um moderne Varianten dieser Verbundzahnräder herzustellen, befestigen die Forscher Metallzähne in einer kreisförmigen Schablone. Das Innere des Rings füllen sie mit Kunststoff oder schäumen es mit Aluminium aus. Darin haften dann die Wurzeln der Zähne. Eine weitere Möglichkeit sind Stahlbandzahnräder. Einzelne Metallzähne werden hierbei in definierten Abständen auf ein flexibles Stahlband geklebt oder geschweißt. Anschließend wird das Band gebogen und an den Enden verbunden. Der Hohlraum des Rings wird wiederum mit Kunststoff oder Metallschaum ausgegossen. „Ein großer Vorteil dieses Typs ist seine enorme Flexibilität“, erläutert Matthias Böning, Leiter der Abteilung Produktionsprozesse. „Die Stahlbänder lassen sich gerade verarbeiten und einfach zu Ringen formen. Damit können wir alle Arten von Zahnradsystemen produzieren – bis hin zu gewellten Achterbahnen.“

Die neuen Zahnräder enthalten weniger Metall, sind daher leichter als ihre Vorgänger und somit ideal für die Luft- und Raumfahrtindustrie. Außerdem erzeugen sie weniger Lärm, denn das Material des Radkörpers dämpft Vibrationen und damit Schallwellen. Die Verbundzahnräder haben noch eine Menge weiterer Vorteile: Ihre Produktion ist einfacher als bei konventionellen und sie benötigen weniger teuren Stahl. Ein Hersteller spart zudem Lagerkosten, denn er muss nur Einzelteile wie Metallzähne, Stahlbänder und Füllmaterial lagern anstelle von vorproduzierten Zahnrädern. Gemäß den Vorgaben des Kunden wird dann produziert. Wie groß, wie viele Zähne, welche Form und wann? – All das bestimmt der Anwender. Vertreter der Produktionsindustrie sind bereits an dieser Technologie interessiert. „Wir bekommen immer wieder Anfragen aus der Industrie, ab wann man die Zahnräder produzieren kann“, sagt Böning. „In vier bis fünf Monaten wollen wir ein Handbuch liefern – eine Art Sammlung von Kochrezepten für Verbundzahnräder.“

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. (FH) Matthias Böning
Telefon: 07 11 / 9 70-36 24, Fax: -39 98
matthias.boening@teg.fraunhofer.de

Dipl.-Ing. Christian Feddern
Telefon: 07 11 / 9 70-36 38
christian.feddern@teg.fraunhofer.de