Zahnräder
Hervorragende tribologische Eigenschaft
Tribologische Compounds der Alleskönner der Kunststoffe
Zahnräder und Gleitelemente werden in unterschiedlichen Anwendungen der Industrie, Automobilindustrie, Medizintechnik und auch Luftfahrt eingesetzt, um Bewegungsänderungen durchzuführen oder durch Getriebe unterschiedliche Drehzahlen oder Momente zu übertragen oder anzupassen. Wie in anderen Bereichen üblich, werden auch Zahnräder zunehmend mehr aus Thermoplasten hergestellt.
Beim Einsatz in der Automobilindustrie liegt der Fokus auf Kraftstoff- und Emissionsreduzierung sowie Erhöhung des Komforts und Kostenreduzierung. Hier können Thermoplaste ihre Stärken wie geringere Reibungsverluste, die zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führen, geringe Massenträgheitsmomente durch Leichtbau und geringerer Geräuschentwicklung ausspielen.
Thermoplaste können im Vergleich zu Metall Vorteile durch einen geringen Verschleiß, Geräuschreduzierung, geringeres Gewicht und damit Leichtbau, wirtschaftliche Herstellbarkeit, Korrosionsbeständigkeit, Möglichkeit zur Funktionsintegration, Notlaufeigenschaften, Wartungsfreiheit und mehr Freiheitsgrade in der Formgebung etc. bieten.
Typische Werkstoffe für den Einsatz als Zahnradwerkstoff basieren auf Polyamid, Polyketon, PBT, PEEK und POM. Eine Verbesserung der Materialeigenschaften erfolgt durch entsprechende Modifikation durch Verstärkungsfasern GF und CF und dies auch in Kombination mit verschiedenen Gleitadditiven wie PTFE, Graphit, Aramidfasern, Molybdändisulfid- oder Silikonöl.
Den geeigneten Werkstoff für Ihre Anwendung finden Sie in unserem Produktfilter.
Wenn durch Kunststoffzahnräder hohe Leistungen übertragen werden und sie dadurch an ihre Belastungsgrenze stoßen, kann es zum Ausfall des Getriebes durch erhöhten Verschleiß, Zahnbruch oder durch eine zu starke Geräuschentwicklung kommen. Typische Anwendungen finden sich in Ölpumpen, Sensorik, E-Motoren, Lenkung, Parkbremsen, Fensterhebern oder in Massenausgleichsgetrieben im Fahrzeugbau, Kraftstoffpumpen in der Luftfahrtindustrie oder in Druckern. Die Anforderungen an die Zahnräder bestehen in der Präzision, geringes Geräuschniveau, beständig gegen Umwelteinflüsse, Medien und Temperaturschwankungen.
In einer Automobilanwendung geht es im Thermomanagement darum, den großen und kleinen Kühlkreislauf entsprechend der Kühlwassertemperatur zu schließen oder zu öffnen. In der Vergangenheit wurden oftmals reine Wachselemente für eine Temperaturregelung eingesetzt. Durch dieses Modul und die wesentlich schnellere und genauere Temperaturregelung im Kühlkreislauf wird der Kraftstoffverbrauch und die Emission gesenkt und so die Umwelt geschont.
Die Temperatur im Kühlwasser wird gemessen und ein Signal erzeugt. Dieses Eingangssignal wirkt auf ein entsprechendes Modul, daß durch ein Getriebe aus verschiedenen Zahnrädern den Kreislauf entsprechend öffnet oder schließt. Aufgrund der entsprechend hohen Temperaturen im Automobil zwischen - 40°C und ca. 150°C und der zu übertragenden Momente wirkt ein metallisches Zahnrad auf ein Zahnrad aus gleitmittelmodifiziertem PEEK. Das Abtriebszahnrad wirkt auf ein entsprechendes Zahnrad aus einem hochtemperaturbeständigen und verstärkten Polyamid. Zusätzlich zur Umgebungstemperatur kommt es im Einsatz durch Reibung zu einer weiteren Temperaturerhöhung.
Die Anforderung besteht darin den Verschleiß über Lebensdauer möglichst gering zu halten. Um die hohen Temperaturen in einem Getriebe ohne zusätzliche Schmierung möglichst gering zu halten, wird ein speziell durch die AKRO-PLASTIC GmbH entwickeltes tribologisch modifiziertes PEEK eingesetzt. Das Material bietet zusätzlich den Vorteil, dass es nicht zu der oft für PTFE modifizierte Compounds üblichen Ablagerung auf dem Bauteil oder im Werkzeug kommt. Die gewählte Materialkombination hat die notwendigen Erprobungen überstanden und wird erfolgreich in Serie eingesetzt.
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