Welche Probleme gibt es bei herkömmlichen Materialien für die Zahnradherstellung?
Materialien aus Kohlenstoffstahl/legiertem Stahl
Erstens bietet Kohlenstoffstahl/legierter Stahl als das am häufigsten verwendete Zahnradmaterial eine hohe Festigkeit und Tragfähigkeit, seine Korrosionsbeständigkeit ist jedoch schwach. Zahnräder aus Kohlenstoffstahl/legiertem Stahl oxidieren und rosten in Umgebungen mit hoher Feuchtigkeit, Nässe und chemischem Sprühnebel schnell, was zu einer Reihe von Problemen führt, wie z. B. verringerter Übertragungsgenauigkeit, verringerter Zahnradfestigkeit und Verschmutzung.
Die Lösung ist eine Oberflächenbehandlung, typischerweise Verzinken, Verchromen oder andere spezielle Beschichtungen. Obwohl dieser Ansatz effektiv ist, bietet er keine langfristige Leistung, da das unvermeidliche Risiko von Beschichtungsverschleiß, Verschmutzung und Beschichtungsversagen aufgrund von Kratzern besteht.
Zahnräder aus Kunststoff
Zahnräder aus Kunststoff (z. B. Nylon und POM) bieten eine hohe Korrosionsbeständigkeit, ihre Tragfähigkeit, thermische Stabilität, Maßhaltigkeit und Materialfestigkeit sind jedoch denen von Metallzahnrädern weitaus unterlegen.
Was ist die ultimative Lösung?
Zahnräder aus Edelstahl
Im Gegensatz zu Zahnrädern aus Kohlenstoffstahl, legiertem Stahl oder Kunststoff ist die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl dem Material selbst inhärent. Es enthält Chrom, das mit Sauerstoff auf der Stahloberfläche reagiert und einen extrem dichten, stabilen und unsichtbaren Passivierungsfilm bildet (Hinweis 1). Selbst wenn dieser Film zerkratzt wird, oxidiert er schnell und bildet einen neuen Passivierungsfilm, sodass Edelstahlzahnräder einen dauerhaften Rostschutz bieten.
Über die Schutzfolie hinaus erfüllen Edelstahlzahnräder -die Hygienestandards für Lebensmittel. Ihre glatte, nahtlose Oberfläche ist unempfindlich gegen Bakterienwachstum und widersteht Korrosion durch verschiedene Reinigungs- und Desinfektionsmittel. Viele Lebensmittelverarbeitungsgeräte verwenden dieses Material.
Sind Sie schließlich besorgt über die Festigkeit von Zahnrädern aus Edelstahl? Glauben Sie, dass sie Ihren Anforderungen nicht entsprechen? Diese Sorge ist unnötig. Zahnräder aus rostfreiem Stahl können mit verschiedenen Qualitäten und Wärmebehandlungen hergestellt werden, beispielsweise aus austenitischem Edelstahl (z. B. Zahnräder aus SUS304) oder martensitischem Edelstahl (z. B. Zahnräder aus 420er Edelstahl), um hohen Belastungsanforderungen gerecht zu werden.
Wie wählt man also Zahnräder aus Edelstahl richtig aus?
Vergleichstabelle der gängigen Materialauswahl für Edelstahlzahnräder
| Materialqualität | Kernvorteile | Hauptanwendungsszenarien | Notizen |
|---|---|---|---|
| Getriebe aus Edelstahl 304 | Beste Gesamtleistung, hohe Kosteneffizienz, beständig gegen die meisten atmosphärischen und chemischen Korrosionen | Getriebe für Lebensmittelmaschinen, Verpackungsanlagen, pharmazeutische Maschinen und allgemein feuchte Umgebungen | Nicht beständig gegen Chloridkorrosion (z. B. Meerwasser, Salzsprühnebel) |
| Getriebe aus Edelstahl 316 | Hervorragende Beständigkeit gegen Chlorid- und Säurekorrosion (aufgrund der Zugabe von Molybdän) | Chemiepumpen, Schiffsausrüstung, seewasserbeständige-Zahnräder, Outdoor-Ausrüstung in Küstengebieten | Höhere Kosten als 304, etwas geringere Festigkeit |
| Getriebe aus 420 Edelstahl | Wärme-behandelbare, verschleißfeste-Ausrüstung mit hoher Härte | Fälle, die sowohl Korrosionsbeständigkeit als auch hohe Festigkeit und hohe Härte erfordern, wie z. B. Ventile, Pumpenwellen und Hochlastgetriebe | Die Korrosionsbeständigkeit ist etwas geringer als bei der 300er-Serie und muss im passivierten Zustand verwendet werden |
Der Einfluss von Toleranzen auf Zahnräder aus Edelstahl
Die Materialauswahl ist der erste Schritt. Als Präzisionsübertragungskomponenten erfordern Zahnräder eine entscheidende Berücksichtigung der Fertigungsgenauigkeit. Nachfolgend finden Sie eine Liste der direkten Unterschiede zwischen verschiedenen Genauigkeitsgraden.
| Genauigkeitsgrad | Übertragungsgeräusche | Übertragungseffizienz | Erwartetes Leben | Anwendbare Felder |
|---|---|---|---|---|
| ISO/DIN 5-6 | Extrem niedrig | Sehr hoch | Sehr lang | Präzisionsinstrumente, Roboter, Luft- und Raumfahrt |
| ISO/DIN 7-8 | Relativ niedrig | Relativ hoch | Relativ lang | Allgemeine Industriemaschinen, Automobile |
| ISO/DIN 9-10 | Durchschnitt | Durchschnitt | Durchschnitt | Landmaschinen, Getriebe mit niedriger{0}}Geschwindigkeit |
Die Auswahl eines Lieferanten mit fortschrittlichen Bearbeitungsmöglichkeiten (z. B. CNC-Schälen (Hinweis 2)) und strenger Qualitätskontrolle ist die einzige Möglichkeit, sicherzustellen, dass Sie wirklich hochpräzise Edelstahlzahnräder erhalten.
Bei der Bewertung der Projektkosten genügt ein Vergleich des Kaufpreises vonZahnräder aus Edelstahlmit konventionellen Getrieben ist unvollständig. Wir müssen auch verschiedene Faktoren berücksichtigen, wie z. B. Wartung, Ausfallkosten und Komponentenaustausch.
Notizen
Passivierungsfilm:Dies bezieht sich auf eine mikroskopisch kleine, dichte und gut haftende Schutzschicht aus chromreichem Oxid, die auf der Metalloberfläche durch die Reaktion von Chrom in Edelstahl mit Oxidationsmitteln entsteht. Dieser Film ist inert und verhindert wirksam Korrosion.
Schälen:Ein hocheffizientes und hochpräzises Zahnradbearbeitungsverfahren, das sich besonders zum Härten von Innen- und bestimmten Außenzahnrädern eignet. Es führt sowohl Schrupp- als auch Schlichtbearbeitung in einem Arbeitsgang durch und erzielt so eine hervorragende Oberflächenqualität und Profilgenauigkeit.
Maßgebliche Literatur und weiterführende Literatur
ASM International, „Corrosion of Stainless Steels“: Eine maßgebliche Ressource für ein detailliertes-Verständnis der Korrosionsmechanismen von Edelstahl.
ISO 1328-1:2013, „Zylindrische Zahnräder – ISO-System zur Klassifizierung von Flankentoleranzen“: Das offizielle Standarddokument für Zahnradgenauigkeitsklassen.
Gear Technology Magazine, „Das Magazin der Getriebeindustrie“: Greifen Sie auf die branchenführende Publikation zu den neuesten Technologien in Getriebedesign, -herstellung und -anwendungen zu.