17. AUGUST 2017

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Gezähnte Vielfalt


Technik konkret

Zahnstangen – Als Standardelement im Maschinenbau gehören Zahnstangen zu den Klassikern in der Antriebstechnik. Die konsequente Steigerung von Qualität und Präzision eröffnet immer neue Einsatzbereiche.

Ein klassisches Maschinenelement aus der Antriebstechnik sind Zahnstangen, die meist zur Umsetzung der Drehbewegung eines angetriebenen Ritzels in eine geradlinige Bewegung dienen. Prinzipiell handelt es sich bei einem Zahnstange-Ritzel-System um eine formschlüssige Kraftübertragung durch Paarung zweier verzahnter Räder mit Wälzzylindern als Funktionsflächen; die Zahnstange verkörpert den Grenzfall eines Zahnrades mit unendlich großem Durchmesser auf dem ein außenverzahntes Ritzel abläuft. Als Verzahnungstyp wird im Maschinenbau beinahe ausschließlich die Evolventenverzahnung verwendet. Diese lässt sich zum einen relativ einfach mit geradflankigen Werkzeugen herstellen und ist zum anderen relativ unempfindlich gegen Veränderungen des Achsabstands.

Geeignet für geringere Umfangsgeschwindigkeiten sind geradverzahnte Zahnstangen, die sich relativ einfach herstellen lassen und bei denen zudem im Betrieb keine Axialkräfte auftreten. Zahnstangen mit Schrägverzahnung dagegen erlauben höhere Umfangsgeschwindigkeiten und bieten vergleichsweise bessere Laufeigenschaften, weil die Drehmomentübertragung unter Belastung hier gleichförmiger und geräuschärmer abläuft. Allerdings entstehen im Betrieb Axialkräfte, die durch eine entsprechende Lagerung abgefangen werden müssen.

Als Werkstoff für Zahnstangen dienen meist verschiedene Einsatzstähle, rostfreie Stähle oder Vergütungsstähle. Bei erhöhten Anforderungen an das Konstruktionsteil wird die Verzahnung gehärtet, um eine höhere Zähigkeit bei gleichzeitig hoher Zug- und Dauerfestigkeit zu erreichen. Je nach Anwendungsfall und auftretender Belastung dient dazu entweder das Induktiv- oder Einsatzhärten. Auch technische Kunststoffe eignen sich als Ausgangsmaterial für Zahnstangen, die wahlweise im Spritzgussverfahren hergestellt oder spanabhebend bearbeitet werden. Zu den Vorteilen solcher Lösungen gehören der geringe Verschleiß, eine gute Korrosionsbeständigkeit, die Selbstschmierung und der geräuscharme Lauf.

Entscheidend für die Qualität einer Zahnstange sind jedoch in erster Linie die Verzahnungsgüte sowie Form- und Lagetoleranzen. Stand der Technik sind hier Zahnstangen der Qualitätsklassen 4 und 5 mit einer erreichbaren Einzel-Teilungsabweichung fp/1000 von 4,5 µm und einer Teilungsgesamtabweichung Fp/1000 von 18 µm, mit denen sich hochpräzise Anwendungen realisieren lassen. Zum Standard gehören in diesen Präzisionsbereichen eine geschliffene Verzahnung sowie allseitig geschliffene Oberflächen. Damit eignen sich Zahnstangen verstärkt auch für hochpräzise, zyklisch wiederkehrende und hochdynamische Anwendungen, beispielsweise in Fräszentren. Aber auch abseits der klassischen Werkzeugmaschinen finden sich Einsatzgebiete für Zahnstangenantriebe, etwa bei Hubanlagen von Theaterbühnen oder in Windkraftanlagen.

Andreas Pfafflinger, WMH Herion Antriebstechnik GmbH, www.wmh-herion.de

Ausgabe:
:K 08/2012
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