1. Arten von Zahnradmaterialien

Stahl

Stahl ist das am häufigsten verwendete Material inZahnradfertigung aufgrund seiner hervorragenden Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit. Zu den verschiedenen Stahlsorten gehören:

• Kohlenstoffstahl: Enthält einen moderaten Kohlenstoffanteil zur Verbesserung der Festigkeit und bleibt dennoch erschwinglich. Wird häufig bei Anwendungen mit geringer bis mittlerer Belastung eingesetzt.
• Legierter Stahl: Gemischt mit Elementen wie Chrom, Molybdän und Nickel zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, Härte und Haltbarkeit. Ideal für Hochleistungs-Industriegetriebe.
• Edelstahl: Bekannt für seine Korrosionsbeständigkeit, wodurch es sich für Umgebungen eignet, die Feuchtigkeit oder Chemikalien ausgesetzt sind. Wird häufig in Maschinen zur Lebensmittelverarbeitung oder Pharmaindustrie verwendet.

Anwendungen: Industriemaschinen, Fahrzeuggetriebe, Schwermaschinen.

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Gusseisen

Gusseisen bietet eine gute Verschleißfestigkeit und schwingungsdämpfende Eigenschaften, ist jedoch spröde und nicht für Anwendungen mit hohen Stoßbelastungen geeignet.

• Grauguss: Wird für Getriebe verwendet, bei denen eine Vibrationsreduzierung und Geräuschkontrolle erforderlich ist.
• Sphäroguss: Hat eine bessere Zugfestigkeit als Grauguss, geeignet für mittlere Belastungen.

Anwendungen: Getriebe für Pumpen, Kompressoren und landwirtschaftliche Geräte.

Messing und Bronze

Diese Werkstoffe zeichnen sich durch geringe Reibung und gute Korrosionsbeständigkeit aus und eignen sich daher ideal für spezielle Anwendungen. Darüber hinaus verfügen sie über selbstschmierende Eigenschaften, wodurch der Bedarf an externer Schmierung minimiert wird.

• Bronzezahnräder: Wird aufgrund seiner hervorragenden Verschleißfestigkeit in Schneckengetrieben verwendet.
• Messingzahnräder: Leicht und korrosionsbeständig, wird in kleinen Maschinen und Schiffsanwendungen verwendet.

Anwendungen: Schneckengetriebe, Schiffsausrüstung und Kleingeräte.

2. Wärmebehandlungsprozesse in der Zahnradherstellung

Die Wärmebehandlung ist ein wichtiger Prozess in der Zahnradherstellung, der Härte, Festigkeit und Verschleißfestigkeit verbessert. Je nach Material und Anwendungsanforderungen kommen unterschiedliche Wärmebehandlungen zum Einsatz, wie z. B. Aufkohlen, Induktionshärten, Flammhärten, Nitrieren, Abschrecken usw.

2.1 Aufkohlen (Einsatzhärten)

Beim Aufkohlen wird Kohlenstoff in die Oberfläche von Zahnrädern aus kohlenstoffarmem Stahl eingebracht. Nach dem Aufkohlen wird das Zahnrad abgeschreckt, um eine harte Außenschicht zu bilden und gleichzeitig den zähen Kern zu erhalten.

• Verfahren: Das Zahnrad wird in einer kohlenstoffreichen Umgebung erhitzt und anschließend abgeschreckt.
• Vorteile: Hohe Oberflächenhärte mit ausgezeichneter Kernzähigkeit.
• Anwendungen: Automobilgetriebe, Industriemaschinen, Bergbauausrüstung.

2.2 Nitrieren

Beim Nitrieren wird Stickstoff in die Oberfläche von legiertem Stahl eingebracht, wodurch eine harte, verschleißfeste Schicht entsteht, ohne dass ein Abschrecken erforderlich ist.

• Verfahren: Das Zahnrad wird in einer stickstoffreichen Atmosphäre bei relativ niedrigen Temperaturen erhitzt.
• Vorteile: Keine Verformung während des Prozesses, daher ideal für Präzisionszahnräder.
• Anwendungen: Zahnräder für die Luft- und Raumfahrt, Hochleistungskomponenten für die Automobilindustrie und Präzisionsmaschinen.

2.3 Induktionshärten

Induktionshärten ist eine lokale Wärmebehandlung, bei der bestimmte Bereiche des Zahnrads mithilfe von Induktionsspulen schnell erhitzt und dann abgeschreckt werden.

• Verfahren: Hochfrequente elektromagnetische Felder erhitzen die Zahnradoberfläche und kühlen sie anschließend schnell ab.
• Vorteile: Sorgt für Härte, wo sie benötigt wird, während die Kernzähigkeit erhalten bleibt.
• Anwendungen: Große Zahnräder für den Einsatz in Schwermaschinen und Bergbaugeräten.

2.4 Anlassen

Das Anlassen wird nach dem Abschrecken durchgeführt, um die Sprödigkeit gehärteter Zahnräder zu verringern und innere Spannungen abzubauen.

• Verfahren: Zahnräder werden auf eine moderate Temperatur erwärmt und dann langsam abgekühlt.
• Vorteile: Verbessert die Zähigkeit und verringert die Rissgefahr.
• Anwendungen: Zahnräder, die ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität erfordern.

2.5 Kugelstrahlen

Kugelstrahlen ist ein Oberflächenbehandlungsverfahren zur Erhöhung der Dauerfestigkeit von Zahnrädern. Dabei werden kleine Metallperlen auf die Zahnradoberfläche gestrahlt, um Druckspannungen zu erzeugen.

• Verfahren: Perlen oder Stahlkugeln werden mit hoher Geschwindigkeit auf die Zahnradoberfläche geschossen.
• Vorteile: Erhöht die Ermüdungsbeständigkeit und verringert das Risiko von Rissen.
• Anwendungen: Zahnräder für die Luft- und Raumfahrt sowie die Automobilindustrie.

Die Auswahl des richtigen Zahnradmaterials und die Anwendung der entsprechenden Wärmebehandlung sind wesentliche Schritte, um sicherzustellen, dass Zahnräder unter verschiedenen Bedingungen effizient funktionieren.Stahlbleibt die erste Wahl für Industriegetriebe, dank seiner Stärke und Vielseitigkeit, oft gepaart mitAufkohlen or Induktionshärtungfür zusätzliche Haltbarkeit.Gusseisenbietet eine gute Vibrationsdämpfung,Messing und Bronzesind ideal für reibungsarme Anwendungen

Wärmebehandlungen wieNitrieren, Anlassen, UndKugelstrahlenDie Leistung des Getriebes lässt sich durch höhere Härte, geringeren Verschleiß und höhere Ermüdungsbeständigkeit weiter steigern. Durch das Verständnis der Eigenschaften verschiedener Materialien und Wärmebehandlungen können Hersteller die Getriebekonstruktionen optimieren, um den spezifischen Anforderungen verschiedener Branchen gerecht zu werden.