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Autor: Biance Strauss
Datum: 30.07.2015
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Faszination Formschluss - die Zahnstange

Kraftschluss und Formschluss

Am Auto drehen sich Räder. Das bringt den Fahrer noch keinen Zentimeter voran. Erst der Reifenkontakt mit der Straße erzeugt Vortrieb. Reibungskräfte sorgen dafür, deshalb wird das Ganze Kraftschluss genannt. Der hat eine Tücke - bei zu viel Gas drehen die Räder durch. Es gibt Schlupf.

Wenn Rotation in eine lineare Bewegung umgesetzt werden soll und dabei Präzision hinsichtlich Anfangs- und Endlage erforderlich ist, dann versagt der Kraftschluss. Abhilfe kann hier nur eine Art der Kraftübertragung leisten, bei der speziell geformte mechanische Teile ineinandergreifen. Dabei ist Schlupf gänzlich ausgeschlossen. Der Techniker nennt das Formschluss.

Ein Klassiker bei der Umsetzung von Rotation in Translation oder umgekehrt ist die Kombination aus Zahnrad und Zahnstange. Genau genommen handelt es sich hierbei meist um geradlinige Translation, da keine Querkräfte wirken.

Die Zahnstange – ein universelles Bauteil

Die Anwendungsgebiete von Zahnstangen sind außerordentlich breit gefächert. Der Reisende in Alpenländern kennt sicher Zahnradbahnen, deren Zahnstangen im Gleisbett augenfällig sind. Dies ist eine gröbere Variante, bei einer solchen Bahn kommt es beim Halt auf einen Millimeter mehr oder weniger nicht an.
Je genauer das Erreichen der Endlage jedoch sein soll, desto höhere Anforderungen werden an die Präzision bei der Herstellung solcher Bauteile gestellt. Hochpräzise Zahnstangen finden sich unter anderem im Antrieb von medizintechnischen Geräten. Selbst bei der Positionierung des Lese-Kopfes in DVD-Playern leisten kleinste Exemplare dieser Bauteilgattung ihren Dienst.

Der Vorteil der Einfachheit

Die Zahnstange ist rein äußerlich betrachtet eine simple Konstruktion, und dies gereicht ihr zum Vorteil. Der Blick auf die Konstruktion eines Autoantriebs, in dem die Auf- und Abbewegung des Kolbens mittels Pleuel und Kurbelwelle in eine Drehbewegung umgewandelt wird, zeigt deutlich: Es geht auch kompliziert. Der Versuch, eine solche Konstruktion im gleichen Maße zu miniaturisieren wie Zahnstangen, dürfte rasch an Grenzen stoßen.

Genaue Maße sind nicht Alles

Die Fertigung in minimalen Toleranzbereichen macht noch keine perfekte Mechanik. Auch an das verwendete Material werden spezielle Anforderungen gestellt. Verschleißfestigkeit ist ein Muss, denn sonst ist die geforderte Präzision bald dahin. Gleiches gilt für die Anwendung unter extrem verschiedenen thermischen Bedingungen. Hier spielen Dinge wie spezielle Stahllegierungen, besondere Methoden der Oberflächenvergütung und Anderes eine große Rolle

Ein Fall für Spezialisten

Das oben Gesagte lässt wohl ahnen, dass die Fertigung und der Einsatz von hochwertigen Zahnstangen keinem Laien überlassen werden kann. Spezialisierte Anbieter wie Morskate, einem Unternehmen im Bereich Antriebstechnik, Transporttechnik und Ingenieurleistungen, besitzen die nötige Kompetenz und decken dabei Einsatzbereiche von A wie Agrarsektor über N wie Nahrungsmittelindustrie bis V wie Verpackungsmaschinen ab. Am Ende aber geht es stets um Z wie Zahnstangen.

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