Schrägverzahnte Zahnräder aus Kunststoff: warum sich dafür entscheiden.
23 April 2020
Die Verwendung von Kunststoff-Präzisionskettenrädern setzt sich täglich immer mehr durch, denn in den verschiedenen Anwendungen sind häufig sowohl Festigkeit als auch sicherer und leiser Betrieb erforderlich. Die Metallersatzaktivität garantiert die Antwort auf beide Bedürfnisse. Dank des innovativen Vorschlags der schrägverzahnten Kunststoffzahnräder von Stagnoli werden die Leistungen im Zusammenhang mit der Geräuschreduzierung und dem sanften Gleiten verstärkt.
Kunststoffzahnräder: die Vorteile von Technopolymer-Komponenten.
Auf mechanischer Ebene haben Kunststoffzahnräder und -komponenten im Vergleich zu Metallzahnrädern und -komponenten die Fähigkeit, Vibrationen zu absorbieren. Dies ist auf die inhärente Natur von Technopolymeren und Kunststoffen im Allgemeinen zurückzuführen, die es ermöglicht, den Lärm zu dämpfen und somit die Übertragung von Vibrationen zu reduzieren. Dies reicht oft nicht aus, insbesondere in den Fällen, in denen Geräuschlosigkeit die wesentliche und unabdingbare Voraussetzung ist. Ein typisches Beispiel dafür ist der wahrgenommene Komfort im Inneren eines Fahrzeugs, der durch die so genannte NVH-Leistung (Noise-Vibration-Harshness) bestimmt wird, die das Auto unter verschiedenen Bedingungen erbringen kann: bei voller Beschleunigung, auf unebener Fahrbahn, bei konstanter Geschwindigkeit auf städtischen oder vorstädtischen Straßen.
Die hohe Sensibilität der Kunden im Hinblick auf Komfortprobleme wurde in den letzten Jahren durch den Nachweis bestätigt, dass unter den Auswahlkriterien für den Kauf eines Neuwagens Stil und Komfort sowie Qualität und Preis im Vergleich zu anderen Aspekten wie Leistung und Sicherheit vorherrschen. Aus diesem Grund wird jedes kleinste Detail, das der Geräuschreduzierung dient, von den Herstellern im Automobilsektor berücksichtigt.
Schrägverzahnte Kunststoffzahnräder für maximale Geräuschreduzierung.
Stagnoli hat dank seines Know-hows in der Konstruktion und Herstellung von Kunststoffkomponenten stark zur Forderung nach Lärmreduzierung beigetragen. Ihr bedeutendster Beitrag hat sie auf dem Gebiet der Technopolymer-Getriebe, in dem sie unangefochtener Marktführer ist, geleistet. Unter den Zahnrädern war die eingeschlagene Richtung zweifellos die der Berücksichtigung der Kunststoffmaterialien, aber was Stagnoli auszeichnete, war die Idee, schrägverzahnte Kunststoffzahnräder zu entwerfen und herzustellen, die nicht nachrüstbar sind, wenn man die Geräuschentwicklung im Vergleich zu geradverzahnten Kunststoffzahnrädern erwägt.
Warum funktionieren schrägverzahnte Zahnräder aus Kunststoff besser als gradverzahnte?
Der springende Punkt ist die Übertragungskontinuität in einem Zahnradpaar. Die wesentliche Voraussetzung dafür ist, dass sich zwei Zähne, die sich im Griff befinden, nicht vollständig loslassen, bevor zwei weitere Zähne ineinandergreifen. Bei geradverzahnten Kunststoffzahnrädern kommt es vor, dass das Zahnpaar im Griff den Kontakt über die gesamte axiale Länge der Krone verlässt, während gleichzeitig das nächste in Kontakt kommende Zahnpaar den Kontakt über die gesamte axiale Länge beginnt. Dadurch entstehen Vibrationen und Geräusche. Bei schrägverzahnten Zahnrädern werden die Zähne im Griff allmählich freigegeben, und auf die gleiche Weise beginnen die nachfolgenden Zähne nach und nach ineinanderzugreifen: Die Bewegungsübertragung erfolgt geräuschlos, glatt, ohne Stöße und Vibrationen. Die Druckfläche zwischen den Zähnen ist größer und der Kontakt glatter, wodurch das für gerade verzahnte Zahnräder charakteristische Quietschen beseitigt wird.
Vorteile schrägverzahnter Zahnräder aus Kunststoff.
Die Hauptvorteile der Verwendung von schrägverzahnten im Vergleich zu geradverzahnten Zahnrädern sind:
- ruhigerer Betrieb mit reduzierter Reibung
- Möglichkeit, eine größere Last zu tragen
- Geräuscharmut und erhebliche Reduzierung von Vibrationen
Ein schrägverzahntes Zahnradpaar hat auch eine höhere Kontaktübersetzung als das entsprechende Stirnrad. Die Reibungskräfte, die durch das gegenseitige Gleiten der Zähne vor und nach dem primitiven Punkt entstehen, sind deutlich reduziert.
In diesem Zusammenhang wird in den Bildern unten die Berechnung der Beschichtung und Verhaltens des spezifischen Gleitens in einem Paar von geradverzahnten und einem Paar von schrägverzahnten Zahnrädern dargestellt, wobei die Geometrie, d.h. Modul, Zähnezahl und Eingriffswinkel konstant gehalten werden.
Abb.1 Geradverzahnte Zahnräder
Abb.2 Schrägverzahnte Zahnräder
Deutlich zu erkennen ist, dass im Schrägverzahnungspaar (Abb.2) die Beschichtung zu- und das spezifische Gleiten abnimmt, was die während des Eingriffs entwickelten Reibungskräfte berücksichtigt.
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