TRIBOCOMP® Zahnräder - Epic Polymers

TRIBOCOMP® Zahnräder
Intelligente Lösungen – EPIC Polymers Ltd.

Werkstoffi nnovationen haben über Jahre dazu geführt,
dass Kunststoff zahnräder bei einfachen Antrieben mit
niedrigen Belastungen bis zu komplexen Getrieben mit
hohem Drehmomentdurchsatz zum Einsatz kommen.
Diese Entwicklung wurde vor allem vorangetrieben durch
Vorteile gegenüber Metallzahnrädern. Die wichtigsten
Vorteile sind Kostenreduktion (Großserienfertigung), Gewichtsreduktion,
Geräuschreduktion und ein geringerer
Wartungsaufwand.
Im Folgenden werden die wichtigsten Getriebegeometrien,
■ Stirnradgetriebe mit gerader Verzahnung
■ Stirnradgetriebe mit Schrägverzahnung
■ Schneckengetriebe
■ Planetengetriebe
die aus Kunststoff en gefertigt werden, erläutert.
Stirnradgetriebe
mit gerader Verzahnung
Stirnradstellgetriebe für E-Gas Aktuator. Das Zahnrad soll hohe Drehmomente
übertragen, darf aber aufgrund der umliegenden Elektronik nicht extern
geschmiert werden. TRIBOCOMP® PA66 GF40 TS5 bringt eine Kombination von
hoher mechanischer Leistung, guter Ermüdung und geringem Verschleiß.
Anhand dieser einfachsten Zahnradform ist bereits zu
sehen, wie komplex die Belastungen sind und wie entgegengesetzt
die Werkstoff anforderungen: Biege- und
Scherbelastung:
A= A Verschleiß, B=Herzsche Pressung ,
C/D=Biegespannung
C
(Schemadarstellung: (
Gear Stress)
Ein belasteter Zahn kann betrachtet werden als einen kurzer, einseitig
eingeklemmter Balken. Für eine hohe Drehmomentübertragung
ist sowohl eine hohe Biegefestigkeit, als auch eine hohe Ermüdungsfestigkeit
ausschlaggebend.
Herzsche Pressungen:
Diese entstehen an der Kontaktlinie zwischen den Zähnen. Vor allem
kurz unter der Oberfl äche entstehen hohe Druck- und Scherbelastungen,
die im Extremfall dazu führen, dass lokal Teile aus der Oberfl
äche gerissen werden (Pitting oder Grübchenbildung). Ein niedriger
E-Modul bewirkt, dass der Linienkontakt in einen Flächenkontakt übergeht,
was zu einer deutlichen Reduzierung dieser Spannungen führt.
Der optimale Werkstoff hat also eine hohe Druck- und Scherfestigkeit,
aber einen niedrigen E-Modul.
Gleitbelastung:
vor allem an der Zahnspitze entstehen Geschwindigkeitsunterschiede
zwischen den beiden Zahnoberfl ächen und somit Wärmeaufbau und
Verschleiß. Wichtige Materialparameter sind hier niedriger Reibkoeffi
zient, hoher Verschleißwiderstand und gute Wärmeleitfähigkeit.
Nicht alle Basispolymere eignen sich für Zahnräder,
hauptsächlich werden POM (bis ca. 100 °C), hochkristalline
Polyamide (abhängig von PA Type: 100-160 °C), PPA
(bis 180 °C) oder PEEK (bis 200 °C) eingesetzt.
Bei höherer Belastung und Temperatur sind Verstärkungen
notwendig. Glasfasern sind die am häufi gsten eingesetzten
Fasern. Im Gegensatz zu Glasfaserverstärkung
hat die Langglasfaserverstärkung einen deutlich geringeren
Verschleiß und erlaubt höhere Drehmomentübertragung
(die Kombination POM mit Glasfasern ist sehr
abrasiv und wird nur in Ausnahmesituationen verwendet).
Für maximale Drehmomentübertragung werden
Kohlenstoff faser und lange Kohlenstoff faser eingesetzt.
Die Faseranteile müssen präzise gewählt werden.
Zu niedrige Faseranteile ergeben zu geringe Festigkeit,
während zu hohe Faseranteile eine zu hohe Steifi gkeit
und Verschleiß erzeugen.
Die TRIBOCOMP® Produkte enthalten Schmierstoff systeme,
die je nach Betriebsbedingungen ausgewählt werden.
TS0, TS5 und TS12 werden am häufi gsten für Stirnräder
eingesetzt. Schmierstoff system, Faserverstärkung und
Basispolymer werden aufeinander eingestellt.
Eine besondere Form des Stirnradgetriebes ist das Zahnstangengetriebe,
wobei die Zahnstange als ein Zahnrad
mit Radius unendlich betrachtet wird. Dieses Getriebe
wandelt eine rotierende in eine lineare Bewegung um.
Da die Zahnstange eine hohe Steifi gkeit benötigt um die
Durchbiegung in Grenzen zu halten, werden hier hochfeste
Werkstoff e mit geringer Abrasivität eingesetzt, wie
zum Beispiel STRATOR® C-6 oder STRATOR® TA 10-5.
Zahnstangengetriebe

Stirnradgetriebe
mit Schrägverzahnung
Die Schrägverzahnung bringt eine bessere Laufruhe und
geringere Geräuschentwicklung, dafür einen schlechteren
Wirkungsgrad. Zudem entsteht durch die Schrägverzahnung
eine axiale Kraft, die durch ein Lager aufgefangen
werden muss und zu einer weiteren Reib/Verschleißstelle
führen kann.
Schrägverzahntes Zahnrad
Bei der Werkstoff auswahl für diese Art von Zahnrädern
muss berücksichtigt werden, dass höhere Gleitgeschwindigkeiten
höhere Reibung und mehr Verschleiß hervorrufen.
Für schrägverzahnte Zahnräder werden die gleichen
TRIBOCOMP® Produkte eingesetzt, identisch zu Stirnrädern,
jedoch oftmals mit einem höheren Schmierstoff -
zusatz. Je grösser die Winkel der Schrägverzahnung,
desto mehr Schmierstoff zusätze werden benötigt.
Schneckengetriebe
Ein Schneckengetriebe lenkt die Richtung der Rotation
um 90° in einem engen Bauraum. In diesen Getrieben
treten wesentlich höhere Gleitgeschwindigkeiten auf als
in Stirnradgetrieben, darum sind die eingesetzten Materialien
grundsätzlich unterschiedlich.
Eine Kunststoff schnecke gestaltet sich am schwierigsten,
da Reibungswärme hier konzentriert auftritt. Für
Kunststoff schnecken werden Kunststoff e eingesetzt
mit minimaler Reibung und hoher Temperaturbelastbarkeit,
wie zum Beispiel TRIBOCOMP® PA66 CF TS2 oder
TRIBOCOMP® PEEK CF TS0. Im Regelfall sind dies unverstärkte
Kunststoff e. Wird eine Verstärkung benötigt, so
wird diese in Kombination mit Schmiermitteln zugesetzt
um Reibkoeffi zient und Verschleiß zu minimieren.
Planetengetriebe
Schneckengetriebe
Mit Planetengetrieben lassen sich sehr hohe Übersetzungen
in engstem Bauraum realisieren. Zudem liegen
Antrieb und Antriebsachse koaxial. Durch Anordnung
mehrerer Stufen hintereinander sind die Übersetzungsverhältnisse
weiter zu steuern.
3 stufi ges Planetengetriebe
EPIC Polymers verfügt über Werkstoff e sowohl für Hohlrad,
Planetenträger, Planetenräder als auch Sonnenräder.
Wichtig ist, dass die Werkstoff e auf einander eingestellt
werden. Für Planetenräder werden eher weichere Werkstoff
e eingesetzt, während für die Planetenträger vorzugsweise
extrem steife Werkstoff e zum Einsatz kommen.

Produkteigenschaften im Überblick:
Compound Eigenschaften Anwendungen
TRIBOCOMP POM TS0 Mittlere Belastung bis 80 °C Stirnradgetriebe /Schneckengetriebe
TRIBOCOMP® PA66 GF30 TS0 Mittlere Belastung bis 120 °C Stirnradgetriebe
TRIBOCOMP® PA66 GF40 TS5 Mittlere Belastung bis 140 °C Stirnradgetriebe
TRIBOCOMP® PPA GF30 TS0 Hohe Belastung bis 160 °C Stirnradgetriebe
TRIBOCOMP® PA66 LGF30 TS0 Hohe Belastung bis 160 °C Stirnradgetriebe/Planetenträger
TRIBOCOMP® PA66 CF30 TS12 Hohe Belastung bis 160 °C Stirnradgetriebe
TRIBOCOMP® PA66 CF30 TS0 Hohe Belastung bis 160 °C Stirnradgetriebe
TRIBOCOMP® PA66 XC30 TS0 Extrem hohe Belastung bis 170 °C Stirnradgetriebe
TRIBOCOMP® PEEK CF30 TS12 Hohe Belastung bis 210 °C Stirnradgetriebe
TRIBOCOMP® POM TS5 Mittlere Belastung bis 100 °C Schneckengetriebe
TRIBOCOMP® PA66 CF TS2 Mittlere Belastung bis 140 °C Schneckengetriebe
TRIBOCOMP® PA66 CF TS5 Hohe Belastung bis 140 °C Schneckengetriebe
TRIBOCOMP® PEEK CF TS0 Hohe Belastung bis 210 °C Schneckengetriebe
STRATOR C-6 Hohe Belastung bis 160°C Planetenträger
STRATOR TA 10-5 Hohe Belastung bis 180°C Hohlrad
Gerne bieten wir Ihnen unsere Unterstützung bei der Auslegung an. Sollten Sie einen speziellen Anwendungsfall
haben, kontaktieren Sie uns. Wir informieren Sie über die ideale Werkstoff kombination.
EPIC Polymers Limited
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Die angegebenen Werte sind Richtwerte und sollen über Anwendungsmöglichkeiten informieren. Die Eignung für konkrete Anwendungszwecke wird nicht zugesichert, diese muss für jeden Einzelfall
geprüft werden. Wir verweisen auch auf unsere Liefer- u. Verkaufsbedingungen. TRIBOCOMP®, STRATOR® und STAR -THERM® sind geschützte Warenzeichen. © EPIC Polymers Limited, 2012