{"id":27559,"date":"2021-03-29T00:01:03","date_gmt":"2021-03-28T22:01:03","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=27559"},"modified":"2021-03-29T09:47:07","modified_gmt":"2021-03-29T07:47:07","slug":"extrem-verschleissfeste-kunststoffzahnraeder-dank-3d-druck","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/extrem-verschleissfeste-kunststoffzahnraeder-dank-3d-druck\/","title":{"rendered":"Extrem verschlei\u00dffeste Kunststoffzahnr\u00e4der dank 3D-Druck"},"content":{"rendered":"

Seit Jahrhunderten finden Zahnr\u00e4der Anwendung in einer Vielzahl von Gegenst\u00e4nden des allt\u00e4glichen Gebrauchs. Auf Grund ihrer Funktion stellen sie die am h\u00e4ufigsten verwendete Getriebeart dar. Damit bei der \u00dcbertragung der Leistung m\u00f6glichst wenig Reibungsverluste erzeugt werden, gilt es ein besonderes Augenmerk auf das Zahnrad-Design zu legen. Neben diesem ist auch das Material f\u00fcr eine optimale \u00dcbertragung der Leistung entscheidend. Traditionelle Fertigungsmethoden lassen da nur bedingt Spielraum, da es zu aufwendig w\u00e4re, kundenspezifische Zahnr\u00e4der anzufertigen. Das liegt vor allem daran, dass mehrere einzelne Schritte durchgef\u00fchrt und gegebenenfalls passende Werkzeuge erstellt oder angeschafft werden m\u00fcssten. Eine L\u00f6sungsm\u00f6glichkeit bietet <\/span>Selektives Lasersintern (SLS)<\/span><\/a>, bei welchem das Zahnrad in einem St\u00fcck und ohne zus\u00e4tzliches Werkzeug gefertigt werden kann. In Kombination mit den von igus entwickelten iglidur\u00ae Hochleistungspolymeren<\/strong> entstehen beliebige Kunststoffzahnr\u00e4der, welche mit einer erh\u00f6hten Lebensdauer und geringeren Reibwerten<\/strong> punkten k\u00f6nnen. Neben der hohen Lebensdauer bestechen die gedruckten Zahnr\u00e4der aus iglidur\u00ae durch einen besonders hohen Wirkungsgrad, welcher nur minimal geringer ist als der von geschmierten Metallzahnr\u00e4dern. Die Kunststoffzahnr\u00e4der k\u00f6nnen auf<\/span> der <\/span>igus Webseite<\/span><\/a> im kostenlosen CAD-Konfigurator erstellt und anschlie\u00dfend \u00fcber den 3D-Druckservice von igus, bereits ab einem St\u00fcck, bestellt werden.\u00a0<\/span><\/p>\n

3D-gedruckte Kunststoffzahnr\u00e4der aus iglidur<\/b>\u00ae<\/span><\/h3>\n

Wie bereits erw\u00e4hnt, k\u00f6nnen mittels SLS ma\u00dfgeschneiderte Kunststoffzahnr\u00e4der deutlich einfacher hergestellt werden. Grunds\u00e4tzlich kann jedes beliebige Zahnrad mit einer minimalen Wandst\u00e4rke von 0,5 mm<\/strong> hergestellt werden. Der Bauraum des<\/span> SLS-Druckers<\/span><\/a> stellt dabei die einzige Einschr\u00e4nkung dar. Unabh\u00e4ngig davon, kann die Designfreiheit beispielsweise dazu genutzt werden, eine Gewichtsreduzierung zu erreichen. Im Gegensatz zur mechanischen Fertigung k\u00f6nnen durch den effizienteren Einsatz von Material und durch eine k\u00fcrzere Druckzeit, Kostenvorteile erzielt werden. Au\u00dferdem kann das Design ma\u00dfgeblich f\u00fcr die Lebensdauer des Produktes sein. Im Vergleich zur mechanischen Fertigung oder zum Spritzguss m\u00fcssen die Geometrien des Zahnrades nicht vereinfacht werden, sondern k\u00f6nnen im Druck-Modell optimal angepasst werden. Somit kann eine h\u00f6here Widerstandsf\u00e4higkeit und eine geringere Wellenberechnung<\/strong> im Endprodukt erreicht werden.\u00a0<\/span><\/p>\n

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Jedes beliebige Zahnrand mit einer minimalen Wandst\u00e4rke von 0,5 mm kann mit SLS gefertigt werden. (Bildnachweis: igus)<\/p><\/div>\n

Das verwendete Material stellt ein weiteres Qualit\u00e4tsmerkmal dar – insbesondere weil <\/span>Kunststoff<\/span><\/a> nicht gleich Kunststoff ist. igus konnte mit den iglidur\u00ae Materialien Kunststoff-Gleitlager entwickeln, welche aufgrund der tribologischen Eigenschaften gute Reibwerte und einen geringen Verschlei\u00df aufweisen. Aus diesem Grund eignet sich iglidur\u00ae hervorragend f\u00fcr bewegte Anwendungen, wie beispielsweise Zahnr\u00e4der. Dennoch eignen sich einige iglidur\u00ae Materialien f\u00fcr bestimmte Anwendungen besser als andere. Dies konnte igus in zahlreichen Tests bereits unter Beweis stellen. So zeichnet sich<\/span> iglidur I3<\/span><\/i> durch eine h\u00f6here Festigkeit aus und eignet sich daher speziell f\u00fcr Stirn- und Kegelr\u00e4der. <\/span>iglidur I6<\/span><\/i> weist im Vergleich eine optimierte Gleitf\u00e4higkeit auf und eignet sich aus diesem Grund besonders f\u00fcr Schneckengetriebe. Sind jedoch ESD-Eigenschaften erforderlich, eignet sich <\/span>iglidur I8-ESD<\/span><\/i>. Da die Lebensdauer aber auch immer von den Anwendungsparametern abh\u00e4ngig ist, schafft der kostenlose Lebensdauerrechner<\/strong> auf der igus Website unter Ber\u00fccksichtigung der gew\u00e4hlten Anwendungsparameter eine \u00dcbersicht \u00fcber die voraussichtliche Lebensdauer der zu fertigenden Kunststoffzahnr\u00e4der.<\/span><\/p>

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Die Experten von igus raten dazu, die Wahl zwischen einer Fertigung von Zahnr\u00e4dern im 3D-Druck und der Produktion im Spritzguss anwendungsspezifisch zu treffen. Als Daumenregel gilt, dass es wirtschaftlicher sein kann, einen Auftrag \u00fcber 10.000 Zahnr\u00e4der mit einer Spritzgussform zu fertigen. In diesem Fall kann der 3D-Druck zur Herstellung der ersten Prototypen und zur Fertigung der Form dienen, mit welcher im Anschluss eine gro\u00dfe Menge von Zahnr\u00e4dern mit vergleichbaren Materialeigenschaften produziert werden k\u00f6nnen. Diese Option eignet sich auch f\u00fcr Zahnr\u00e4der, die aus einem speziellen Kunststoff mit besonderen Eigenschaften (z. B. brandhemmend) gefertigt werden sollen. Mit dieser Flexibilit\u00e4t kann igus Kunden eine kosteng\u00fcnstige, individuelle Serienfertigung von Sonderteilen anbieten.\u00a0<\/span><\/p>\n

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Wirkungsgrad der verschiedenen Herstellungsverfahren im Vergleich (Bildnachweis: igus)<\/p><\/div>\n

3D-gedruckte Kunststoffzahnr\u00e4der im Einsatz<\/b><\/h3>\n

Unter einer Vielzahl von Anwendungsbeispielen findet sich auch das <\/span>Formula Student Team <\/span><\/i>aus Weingarten, welches f\u00fcr den Bau eines Rennwagens auf einen individualisierten Kunststoff-Ritzel angewiesen war. Diese werden in diesem Beispiel als Kettenspanner im Kettentrieb eingesetzt. Um den langen Fertigungs- und Lieferzeiten von industriell gefertigten Einzelteilen zu entgehen, hat sich das Team dazu entschlossen, sich an igus zu wenden und das Bauteil drucken zu lassen. Innerhalb von weniger als 72 Stunden wurde das Ritzel mit <\/span>iglidur I6<\/span><\/i> im SLS-Verfahren gefertigt. Das Team pocht dabei vor allem auf eine l\u00e4ngere Lebensdauer, wie Richy G\u00f6ser vom Formula Student Team Weingarten erkl\u00e4rt:\u00a0 <\/span>\u201eDie bisher verwendeten Kugellager im Kettentrieb haben kaum mehr als 20 Kilometer gehalten \u2013 was ung\u00fcnstig ist, weil unser l\u00e4ngstes Rennen 22 Kilometer lang ist. Von den 3D-gedruckten Ritzeln von igus\u00ae versprechen wir uns […] eine deutlich h\u00f6here Robustheit.\u201c<\/span><\/i><\/p>\n

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Dieser Rennwagen enth\u00e4lt das 3D-gedruckte Kunststoff-Ritzel (Bildnachweis: igus)<\/p><\/div>\n

Doch nicht nur im Bau eines Rennwagen-Prototypen finden die Kunststoffzahnr\u00e4der Anwendung – sie k\u00f6nnen ebenfalls f\u00fcr die Restauration eines Oldtimers genutzt werden, wie im Fall von\u00a0 Dr. J\u00f6rg P\u00fchler ersichtlich wird. Er ist Besitzer eines Stanley 750B aus dem Jahr 1924 und musste eine Ersatzschnecke im Tacho ersetzen. Da Ersatzteile f\u00fcr Oldtimer schwierig bis unm\u00f6glich zu finden sind und die Ma\u00dfe des Ersatzteils unbekannt waren, musste eine Fertigungsmethode gefunden werden, die kosteng\u00fcnstig und dennoch qualitativ hochwertig ist. Auch Herr P\u00fchler hat die L\u00f6sung im 3D-Druck gefunden. Durch die Flexibilit\u00e4t der Anpassungen am<\/span> CAD-Modell<\/span><\/a> konnten rasch mehrere Prototypen zu vergleichsweise geringen Kosten produziert werden. Als Material wurde auch hier <\/span>iglidur I6<\/span><\/i> eingesetzt, welches neben der Stabilit\u00e4t den Vorteil bietet, dass das Schmieren des Ersatzteils \u00fcberfl\u00fcssig wird, da Festschmierstoffe bereits im Kunststoff integriert sind.\u00a0\u00a0<\/span><\/p>\n

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Die 3D-gedruckte Kunststoffzahnr\u00e4der sind belastbar genug, um Anwendung bei der Feuerwehr zu finden. (Bildnachweis: igus)<\/p><\/div>\n

Die Anwendung beschr\u00e4nkt sich aber nicht nur auf Autos, wie das Beispiel der Flughafenfeuerwehr Frankfurt am Main verdeutlicht. Diese war auf der Suche nach einer kosteng\u00fcnstigen L\u00f6sung f\u00fcr die Instandhaltung der Dachwerfer-Stellmotoren ihrer Gro\u00dfflughafenl\u00f6schfahrzeuge. Markus Brummer von der Flughafenfeuerwehr Frankfurt am Main erkl\u00e4rt: <\/span>\u201cDer Werfer kann \u00fcber einen Stellmotor (in welchem die zwei Zahnr\u00e4der verbaut sind) den Winkel der Spr\u00fchd\u00fcse ver\u00e4ndern. Da diese H\u00f6henver\u00e4nderung auch unter Wasserabgabe erfolgt, haben wir eine hohe Belastung auf den Zahnr\u00e4dern. Nach 10 Jahren in Gebrauch, gehen die alten Zahnr\u00e4der nun langsam kaputt. Der Hersteller empfiehlt den kompletten Stellmotor zu erneuern, was nat\u00fcrlich sehr kostenintensiv ist.\u201d<\/span><\/i> Daher wurde die Entscheidung getroffen, die 3D-gedruckten Kunststoffzahnr\u00e4der von igus zu testen, um zu sehen, ob diese der hohen Belastung standhalten k\u00f6nnen w\u00fcrden. Nachdem dies erprobt wurde, hat die Flughafenfeuerwehr weitere Zahnr\u00e4der in Auftrag gegeben und sogar eine Empfehlung ausgesprochen: <\/span>\u201cWir w\u00fcrden igus sofort weiterempfehlen, da wir nun auch ein zweites Bauteil, welche die pneumatischen T\u00fcren unserer Gro\u00dfl\u00f6schfahrzeuge steuert, durch sie haben fertigen lassen.\u201d<\/span><\/i><\/p>\n

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