1. Arten von Zahnradwerkstoffen

Stahl

Stahl ist der am häufigsten verwendete Werkstoff inZahnradfertigung aufgrund seiner ausgezeichneten Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit. Zu den verschiedenen Stahlsorten gehören:

• KohlenstoffstahlEnthält einen moderaten Kohlenstoffanteil für erhöhte Festigkeit bei gleichzeitig niedrigem Preis. Häufig verwendet bei Anwendungen mit geringer bis mittlerer Belastung.
• Legierter StahlDurch die Beimischung von Elementen wie Chrom, Molybdän und Nickel werden Korrosionsbeständigkeit, Härte und Haltbarkeit verbessert. Ideal für hochbelastete Industriegetriebe.
• EdelstahlAufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit eignet es sich für Umgebungen mit Feuchtigkeit oder Chemikalien. Es wird häufig in Maschinen der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie eingesetzt.

AnwendungenIndustriemaschinen, Kfz-Getriebe, schwere Ausrüstung.

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Gusseisen

Gusseisen bietet gute Verschleißfestigkeit und Schwingungsdämpfungseigenschaften, ist jedoch spröde und daher nicht für Anwendungen mit hohen Stoßbelastungen geeignet.

• GraugussWird für Getriebe verwendet, die eine Reduzierung von Vibrationen und Geräuschen erfordern.
• SphärogussBesitzt eine bessere Zugfestigkeit als Grauguss und eignet sich für mittlere Belastungen.

AnwendungenGetriebe für Pumpen, Kompressoren und landwirtschaftliche Geräte.

Messing und Bronze

Diese Werkstoffe bieten geringe Reibung und gute Korrosionsbeständigkeit und eignen sich daher ideal für bestimmte Anwendungen. Sie verfügen zudem über selbstschmierende Eigenschaften, wodurch der Bedarf an externer Schmierung minimiert wird.

• Bronzezahnräder: Werden aufgrund ihrer ausgezeichneten Verschleißfestigkeit in Schneckengetrieben verwendet.
• Messingzahnräder: Leicht und korrosionsbeständig, geeignet für kleine Maschinen und maritime Anwendungen.

Anwendungen: Schneckengetriebe, Schiffsausrüstung und Kleingeräte.

2. Wärmebehandlungsverfahren in der Zahnradfertigung

Die Wärmebehandlung ist ein entscheidender Prozess in der Zahnradfertigung, der Härte, Festigkeit und Verschleißfestigkeit verbessert. Je nach Werkstoff und Anwendungsanforderungen kommen unterschiedliche Wärmebehandlungen zum Einsatz, z. B. Aufkohlen, Induktionshärten, Flammhärten, Nitrieren und Abschrecken.

2.1 Aufkohlen (Einsatzhärten)

Beim Aufkohlen wird Kohlenstoff auf die Oberfläche von Zahnrädern aus kohlenstoffarmem Stahl aufgebracht. Nach dem Aufkohlen wird das Zahnrad abgeschreckt, um eine harte Außenschicht zu bilden, während der Kern zäh bleibt.

• VerfahrenDas Zahnrad wird in einer kohlenstoffreichen Umgebung erhitzt und anschließend abgeschreckt.
• VorteileHohe Oberflächenhärte bei gleichzeitig ausgezeichneter Kernzähigkeit.
• Anwendungen: Automobilgetriebe, Industriemaschinen, Bergbauausrüstung.

2.2 Nitrieren

Durch das Nitrieren wird Stickstoff auf die Oberfläche von legiertem Stahl aufgebracht, wodurch eine harte, verschleißfeste Schicht entsteht, ohne dass ein Abschrecken erforderlich ist.

• VerfahrenDie Zahnräder werden in einer stickstoffreichen Atmosphäre bei relativ niedrigen Temperaturen erhitzt.
• Vorteile: Es entsteht keine Verformung während des Prozesses, wodurch es sich ideal für Präzisionszahnräder eignet.
• Anwendungen: Zahnräder für die Luft- und Raumfahrt, Hochleistungskomponenten für die Automobilindustrie und Präzisionsmaschinen.

2.3 Induktionshärtung

Bei der Induktionshärtung handelt es sich um eine lokale Wärmebehandlung, bei der bestimmte Bereiche des Zahnrads mithilfe von Induktionsspulen schnell erhitzt und anschließend abgeschreckt werden.

• Verfahren: Hochfrequente elektromagnetische Felder erhitzen die Zahnradoberfläche, gefolgt von einer schnellen Abkühlung.
• Vorteile: Sorgt für Härte, wo sie benötigt wird, und erhält gleichzeitig die Zähigkeit des Kerns.
• AnwendungenGroße Zahnräder, die in schweren Maschinen und Bergbaugeräten verwendet werden.

2.4 Anlassen

Das Anlassen erfolgt nach dem Abschrecken, um die Sprödigkeit der gehärteten Zahnräder zu verringern und innere Spannungen abzubauen.

• VerfahrenDie Zahnräder werden auf eine moderate Temperatur erhitzt und dann langsam abgekühlt.
• VorteileVerbessert die Zähigkeit und verringert die Rissbildung.
• AnwendungenZahnräder, die ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität erfordern.

2,5 Kugelstrahlen

Kugelstrahlen ist ein Oberflächenbehandlungsverfahren, das die Dauerfestigkeit von Zahnrädern erhöht. Dabei werden kleine Metallkugeln auf die Zahnradoberfläche gestrahlt, um Druckspannungen zu erzeugen.

• VerfahrenPerlen oder Stahlkugeln werden mit hoher Geschwindigkeit auf die Zahnradoberfläche geschossen.
• Vorteile: Erhöht die Dauerfestigkeit und verringert das Risiko von Rissen.
• AnwendungenZahnräder für die Luft- und Raumfahrt sowie die Automobilindustrie.

Die Auswahl des richtigen Werkstoffs für Zahnräder und die Anwendung der entsprechenden Wärmebehandlung sind unerlässliche Schritte, um sicherzustellen, dass Zahnräder unter verschiedenen Bedingungen effizient funktionieren.Stahlbleibt dank seiner Stärke und Vielseitigkeit die erste Wahl für Industriegetriebe und wird oft mitAufkohlen or Induktionshärtungfür zusätzliche Haltbarkeit.Gusseisenbietet eine gute VibrationsdämpfungMessing und Bronzesind ideal für Anwendungen mit geringer Reibung

Wärmebehandlungen wieNitrieren, Härten, UndKugelstrahlenDie Leistung von Zahnrädern lässt sich weiter verbessern, indem die Härte erhöht, der Verschleiß reduziert und die Dauerfestigkeit gesteigert wird. Durch das Verständnis der Eigenschaften verschiedener Werkstoffe und Wärmebehandlungen können Hersteller Zahnradkonstruktionen optimieren und so die spezifischen Anforderungen verschiedener Branchen erfüllen.