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09.10.2013 | Maschinenelemente | Interview | Onlineartikel

Zahn um Zahn zum Erfolg

3:30 Min. Lesedauer

Zahnriemen sind im Maschinenbau eine robuste und kostengünstige Antriebsart. Springer-Autor Raimund Perneder kennt aus jahrzehntelanger Erfahrung die vielseitigen Einsatzmöglichkeiten. Im Interview erläutert er Vorteile dieses Maschinenelements und skizziert Entwicklungsfortschritte.

Springer für Professionals: Welche Fortschritte gab es in den letzten Jahren in der Zahnriementechnik?

Dipl.-Ing. Raimund Perneder: In den letzten zehn Jahren hat sich die Weiterentwicklung der Zahnriementechnik hauptsächlich im Werkstoffsektor vollzogen. So setzt man bei Festigkeitsträgern Cordzugstränge ein, die aus Glas-, Stahl- oder Aramidfilamenten versponnen oder verseilt sind. Je geringer die darin enthaltenen Durchmesser der Einzelfilamente sind, desto besser ist die Biegewilligkeit des Gesamtzugstranges. Seit 2007 stehen Zahnriemen mit Carbonzugstrang zur Verfügung. Hierdurch hat sich die Lastaufnahmefähigkeit des Zugstranges in etwa verdoppelt. Die Qualitätssteigerungen der Elastomere wirken sich auf alle werkstofftechnischen Bereiche aus, vor allem auf die Wärme-, Kälte- und Ölbeständigkeit.

Der kommerziell interessante automotive Einsatzbereich hat die Entwicklung weiter befeuert. Heute überstehen Zahnriemen aus peroxidisch vernetzten Elastomeren in Kfz-Verbrennungsmotoren ölhaltige Umgebungsbedingungen und Wärmebelastungen bis 170 Grad Celsius. Moderne Zahnriemen-Steuerantriebe werden derzeit für die Lebensdauer eines Motors ausgelegt und validiert. Auch die Fahrleistung hat sich verbessert: Mittlerweile werden über 240.000 Kilometer erreicht.

Inwiefern kann die Zahnriementechnik die vielseitigen Ansprüche im Maschinenbau erfüllen?

Oft sind im Maschinenbau Lösungen gefordert, bei denen Öl und Ölnebel nicht zugelassen werden können. Gerade die Zahnriementechnik bringt solche Lösungen hervor, die wartungs- und schmiermittelfrei und ohne eine gesonderte und kostspielige Einhausung zu betreiben sind. Ein weiterer Pluspunkt ist die Kombinierbarkeit: In der Regel halten Hersteller und Fachhandel ein Sortiment an Einzelkomponenten bereit. Durch Kombination von Zahnscheibengrößen und hundertfach wählbaren Riemenlängen ist fast jede Lösung möglich. Die Ergebnisse sind in der Regel nicht nur kostengünstig, sondern auch in kurzer Zeit verfügbar. Zudem bietet der Zahnriemen wegen seiner vielfältigen Einsatzmöglichkeiten reichlich Potenzial zu neuen Raum-Riemen-Anordnungen. Er ermöglicht zusätzlichen Freiraum in der konstruktiven Gestaltung. In der Anwendung der Zahnriementechnik stecken innovative Reserven. Es lohnt sich also, sich mit diesem Maschinenelement zu befassen!

In Ihrem „Handbuch Zahnriementechnik“ gehen Sie unter anderem auf die Teildisziplin der Lineartechnik ein. Zahnriemen kommen dabei etwa bei Bediengeräten in Hochregallagern zum Einsatz. Was können sie hier Besonderes leisten – auch im Vergleich zu anderen Antriebsarten?

Jede Linearbewegung in geschlossenen Systemen ist eine endliche Bewegung. So auch in Regalbediengeräten. Damit gehört das Beschleunigen und Bremsen zum festen Bestandteil im Bewegungszyklus. Es liegt daher nahe, ein möglichst massearmes Antriebselement wie den Zahnriemen zum Beschleunigen, Bremsen und Positionieren einzusetzen. Außerdem ist die Lineartechnik durch häufigen Fahrtrichtungswechsel gekennzeichnet. Durch jede Drehumkehr wechseln die Lastflanken im Verzahnungseingriff. Dieser Lastwechsel vollzieht sich unter Betriebsbedingungen, und die dynamisch ausgelösten Lasten wirken zusätzlich auf die Verzahnungspaarung. Im Umschlingungsbogen verteilen sich die Kräfte auf viele eingreifende Zähne. Des Weiteren weisen die Riemenzähne eine besondere Nachgiebigkeit auf. Solch ein nachgiebig gedämpfter Zahneingriff schlägt nicht aus. Damit eignet sich der Zahnriemen besonders im Einsatz wechselnder Lastrichtungen. Kein anderes Antriebselement reicht hier auch nur annähernd heran.

In welchen Bereichen der Zahnriementechnik gibt es weiteren Forschungsbedarf? Und welche Weiterentwicklungen sind in den nächsten Jahren zu erwarten?

Der Zahnriemen ist ein relativ junges Antriebselement. Die Forschung in Richtung mehr Kraft-, Drehmoment- und Leistungsreserven ist voll im Gange. Die Dokumentation wird zunehmend verfeinert: Das heißt, die technischen Grenzwerte werden abgesichert, und für sicherheitsrelevante Einsatzfälle kommen Aussagen zur Lebensdauer hinzu. Zudem wird die Normung erweitert. Ein weiterer künftiger Trend zeichnet sich durch das Anwenderverhalten ab: Statt Antriebe aus Einzelteilen zusammenzustellen werden vorgefertigte Baugruppen bevorzugt. Für die Lineartechnik hat sich ein Anbietermarkt etabliert, der komplette Linearachsen einschließlich Steuerungen mit Softwareprogrammen anbietet. Als weitere Neuheit wird mittlerweile eine modular gekapselte Zahnriemenachse angeboten. Die sogenannte „Rotatorische Profilachse“ überträgt Drehmomente über beliebige Achsabstände. In einer geschlossenen Baugruppe sind in den Triebköpfen treibende und getriebene Zahnscheiben angeordnet, wobei der zugehörige Zahnriemen gleich betriebsbereit vorgespannt ist.

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