| Titel | Schmiermittelarme Leichtbauzahnradgetriebe durch Beschichtungen |
| Autor | Marko Petrik, Jochen Brand, Michael Keller, Rolf Slatter, Hans Koenen, Jürgen Crummenauer, Jan Peter Kropp |
| Infos zum Autor | Marko Petrik Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik Bienroder Weg 54E 38108 Braunschweig Marko.petrik@ist.fraunhofer.de |
| Inhalt | Die Erhöhung der Lebensdauer und der Belastbarkeit von Getrieben und Antriebselementen aus leichten Materialien ist eines der zentralen Probleme der Getriebehersteller. Durch den Einsatz leichter Werkstoffe wird das Massenträgheitsmoment deutlich verringert und es kann somit eine höhere Dynamik erzielt werden. Im Rahmen des Verbundprojektes LEZABS (Leichte schmiermittelfreie bzw. -arme Zahnradgetriebe durch DLC-Beschichtungen) wurden spielbehaftete Getriebe für Handkreissägen der Firma Metabowerke GmbH + Co. und spielfreie Harmonic Drive Getriebe für Positionieranwendungen untersucht. Für beide Anwendungen stand der Ersatz der bisher eingesetzten Stähle durch leichtere und leichter zu bearbeitende Werkstoffe im Vordergrund. Für die spielfreien Getriebe wurden Aluminium- und Titanlegierungen, für die spielbehafteten Getriebe wurden Sinterstähle und ETG 100 auf ihre Einsatzmöglichkeiten untersucht. In umfangreichen Verschleißtests und anwendungsorientierten Modellversuchen wurden Beschichtungen geprüft. Die Ergebnisse der Laborversuche wurden auf reale Getriebeelemente übertragen. Gleichzeitig wurden Berechnungen und Simulationen zur Verbesserung der Zahnradgeometrien, des Zahneingriffs durchgeführt, um so die optimale Gesamtleistung zu erhalten. Als Ergebnis aller Entwicklungsarbeiten ergab sich für die Kreissäge der Metabowerke bei gleicher Baugröße und Belastung eine Erhöhung der Standzeit von rund 50 auf 300 Stunden. Infolge der Substitution eines Härteprozesses durch den Einsatz einer a-C:H - Beschichtung konnten die Produktionskosten konstant gehalten werden bei einer gleichzeitigen Verbesserung der Verzahnungsqualität. Für die spielfreien Harmonic Drive® Getriebe wurden Titan- und Aluminiumvarianten mit einer a-C:H - Beschichtung erfolgreich als Getriebewerkstoff eingesetzt. Das Gesamtgewicht konnte bei gleichen Leistungskennwerten reduziert werden. Die Ergebnisse des Projektes werden bereits in Industrieprojekten umgesetzt. So werden zum Beispiel Harmonic Drive+® Getriebe mit Aluminiumbauteilen in Montagerobotern der Firma Bosch Rexroth AG eingesetzt. One of the central problems in manufacturing gears is to lengthen the life and increase the load capacity of transmissions and drive elements made from lightweight materials. Using lighter materials significantly reduces the moment of inertia, meaning higher dynamics can be achieved. In the framework of the joint project LEZABS (″Lightweight lubricant-free or low lubricant gear transmission through DLC coatings″) a gear transmission with backlash for a circular saw of the firm Metabowerke GmbH + Co. and a Harmonic Drive gear transmission free of play that is suitable for positioning changes in robots or machine tools were investigated. In both applications traditional steels are being replaced with lighter, easier to work materials. Aluminium and titanium alloys are being investigated for the play-free transmission gears, with sintered steels and ETG 100 for the gear transmissions with backlash. Variations of coatings were checked in extensive wear and application-orientated model tests. The laboratory results were transferred to realistic gear transmission elements. In order to maintain optimal total power output, calculations and simulations to improve gear geometry and the meshing of the gears were carried out. As the result of all this development work METABO experienced a tool life increase from 50 to 300 hours for their circular saw with the same size and load. Production costs could be held steady by substituting the use of an a-C:H coating for a hardening process, while at the same time improving toothing quality. Aluminium and titanium alloys with an a-C:H coating were successfully used as the material for the play-free Harmonic Drive gear transmission. The total weight of the gear transmission could be reduced, while maintaining the same performance characteristics. The results of the LEZABS project are already being transferred into industrial projects. Thus for example the company Bosch Rexroth AG is using Harmonic Drive gear transmissions with aluminium components in assembly robots. |
| Datum | 2005 |
