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Langlebig und effizient – Zahn um Zahn

Die Qualität großer Zahnräder in Windrädern, Schiffsmotoren und Erdölförderanlagen kann mit einem neuen Normal aus der PTB erstmals zuverlässig überprüft werden

14.04.2011

Soll eine neue Windkraftanlage in der Nähe eines Wohngebietes gebaut werden, dann regt sich fast immer Widerstand. Darum ist es der neue Trend, die Windkraftanlagen "off shore", also mitten im Meer, zu bauen. Für den Betrieb weit ab von der Zivilisation und unter rauen Umgebungsbedingungen bekommen Kriterien wie die Stabilität und Langlebigkeit von Bauteilen eine ganz neue Bedeutung. Das Getriebe beispielsweise sollte möglichst wartungsarm lange und effizient seinen Dienst tun. Eine entscheidende Rolle spielt dabei die Fertigungsqualität der riesigen Zahnräder. Je genauer sie ineinander greifen, d. h. je verschleißfreier und ruhiger sie laufen, umso effizienter wird Energie produziert. Mit einem neuen Großverzahnungsnormal aus der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) kann die Qualität solch großer Zahnräder jetzt erstmals zuverlässig nachgewiesen werden. Die PTB stellt das Normal vom 3. bis 6. Mai auf der Control, der internationalen Fachmesse für Qualitätssicherung in Stuttgart, vor (Halle 1, Stand 1313).

Nur ein Segment - und doch repräsentiert das neue Normal ein ganzes Zahnrad mit einem Meter Durchmesser.

Beim Thema Zahnräder denkt man oft unwillkürlich an die Anfangszeit der Industrialisierung. Aber weit gefehlt – nicht nur der Bereich der gerade besonders aktuellen Windkraftanlagen, sondern auch andere wachsende Industriezweige wie der Schiffsbau oder Erdölförderanlagen basieren zum großen Teil auf dem Einsatz großer Getriebe. Der Wirkungsgrad, die Geräuschemission und die Betriebsdauer hängen entscheidend von der Qualität der eingesetzten Zahnräder ab. Bis zu der Genauigkeitsklasse 3 werden z. B. für ein 1-m-Zahnrad Toleranzen unter 10 µm gefordert. Aus diesem Grund hat die Qualitätssicherung auf diesem Gebiet einen hohen Stellenwert eingenommen. Allerdings fehlten bislang geeignete Normale, um die Rückführung dieser Messungen sicherzustellen und damit die Güte der Messung durch Ermittlung einer aufgabenspezifischen Messunsicherheit einschätzen zu können.

Innerhalb eines EU-Forschungsprojektes hat die PTB nun ein Großverzahnungsnormal und eine hochgenaue Messeinrichtung zur Kalibrierung großer Bauteile direkt in der Industrie entwickelt. Die besondere Ausführungsform als Segment eines ganzen Zahnrades macht es möglich, dass das Normal ein großes Rad von einem Meter Durchmesser verkörpert, dieses aber zunächst noch auf den etablierten Messeinrichtungen innerhalb der PTB kalibriert werden kann. An dem Normal lassen sich sowohl Profil- als auch Flankenlinienmessungen durchführen. Unterschiedliche Steigungen (0°, 10°, 20°) und Steigungsrichtungen (gerade, links, rechts) machen das Normal universell einsetzbar. Die Kalibrierung aller Parameter erfolgte auf einem Koordinatenmessgerät, wobei das Normal in mehreren Positionen gemessen wurde. Die Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung innerhalb der abgeschätzten Messunsicherheiten von unter 5 µm.

Ansprechpartner
Dr. Karin Kniel
Arbeitsgruppe 5.33 Verzahnung und Gewinde
Tel. (0531) 592-5388
E-Mail: karin.kniel(at)ptb.de