Gute Zähne sparen Energie

Energieverbrauch, Geräuschentwicklung und Lebensdauer von Getrieben hängen stark davon ab, wie präzise die Zähne der Zahnräder ineinander greifen. Zur Unterstützung von Forschung und Lehre stellt die Liebherr-Verzahntechnik GmbH der Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau der Technischen Universität München (TUM) eine hochleistungsfähige Zahnradschleifmaschine vom Typ Liebherr LGG 280 zur Verfügung.

Im Bereich der Antriebstechnik sind Zahnradgetriebe die weitaus am häufigsten verwendete Getriebeart. Damit die Zahnräder höhere Leistungen übertragen können, werden sie gehärtet. Am häufigsten wird hierfür die Einsatzhärtung angewendet. Bei Temperaturen um 900° Celsius wird dabei der Randschicht Kohlenstoff zugeführt, der diesen Bereich besser härtbar macht. Anschließend wird das Bauteil schnell abgekühlt und dadurch insbesondere an der Oberfläche gehärtet.

Der große Vorteil einer solchen Behandlung liegt in der höheren Belastbarkeit und dem geringerem Verschleiß der Zahnräder. Allerdings hat die Behandlung auch einen Nachteil: Die Zahnräder erleiden in der Regel kleine Maß- und Formänderungen. Eine spezielle Schleifmaschine kann diese Änderungen wieder korrigieren und sorgt dafür, dass die gewünschte Sollgeometrie der Zahnflanken eingehalten wird.

Optimale Zahngeometrie senkt Verluste

„Durch geeignete Korrekturen, die typischerweise im Mikrometer-Bereich liegen, können wir das Tragfähigkeits- und Geräuschverhalten von Zahnradgetrieben erheblich verbessern“, sagt Professor Karsten Stahl, Leiter der Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau (FZG) der TU München. „Mit einer optimalen Zahngeometrie lassen sich die Verluste eines Getriebes nahezu halbieren. Doch leider stellen optimale Energieeffizienz, geräuscharmer Lauf und hohe Lebensdauer sich teilweise widersprechende Anforderungen“.

Zwar lässt sich die optimale Geometrie eines Zahngetriebes berechnen, doch heutige Fertigungsmethoden sind nicht in der Lage, eine solche Geometrie herzustellen. Auf Basis umfassender theoretischer und experimenteller Untersuchungen werden daher an der FZG Fertigungstechnologien erforscht, mit denen man dem Optimum möglichst nahe kommt.

Neue Generation

Die neue Zahnradschleifmaschine im Wert von mehr als einer Million Euro ist die erste einer neuen Generation. Sie kann sowohl Außen- als auch Innenverzahnungen schleifen und die fertig geschliffenen Teile direkt in der Maschine vermessen. Mit Mikrometer-Präzision beherrscht sie die beiden in der Industrie üblichen Verfahren, Profil- und Wälzschleifen. Für die Forschung wurde sie darüber hinaus mit zusätzlichen Schnittstellen ausgerüstet, über die die Forscher direkt in die Maschinensteuerung eingreifen können.

„Mit unserer neuen Schleifmaschine können wir nun sehr effizient Zahnräder für unsere Forschungsarbeiten fertigen“, sagt Professor Stahl. „Darüber hinaus erlaubt uns die Technologie dieser Maschine, Zahnflankenmodifikationen zur weiteren Optimierung von Effizienz, Anregungsverhalten und Leistungsdichte über den Stand der Technik hinaus zu erforschen und weiterzuentwickeln“.

„Forschung in Deutschland und eine exzellente Ingenieurausbildung sichern langfristig den Erfolg der deutschen Industrie“, sagt Dr.-Ing. Alois Mundt, Geschäftsführer bei der Liebherr Verzahntechnik GmbH in Kempten. „Unter diesem Aspekt hat die Unterstützung von Hochschulen und Universitäten bei Liebherr eine lange Tradition. Mit der Bereitstellung unserer neuesten Verzahnungsschleifmaschine LGG 280 für die FZG setzen wir diese Tradition fort“.