Suchen

Spritzgießen Wie das Spritzgießen den Verschleiß bei Zahnrädern reduziert

| Autor/ Redakteur: Dietmar Drummer und andere / Josef-Martin Kraus

Für das Spritzgießen von Zahnrädern wurden Strategien entwickelt, die den Zahnverschleiß senken. Ein Ansatz liegt im Zweikomponenten-Spritzgießen, um eine abriebfeste Schicht aufzuspritzen. Ein zweiter Ansatz ist die hochdynamische Temperierung der Kavität, damit sich die kristalline Werkstoffstruktur bis in die Flanken erstreckt.

Firmen zum Thema

Gerade bei Zahnflanken, die in der Regel hochbelastet werden, haben bei Kunststoffzahnrädern die schwächsten mechanischen Eigenschaften. Aus diesem Grund wurden Spritzgießstrategien entwickelt, um diese Bauteilrandzonen gezielt zu verbessern. (Bild: LKT)
Gerade bei Zahnflanken, die in der Regel hochbelastet werden, haben bei Kunststoffzahnrädern die schwächsten mechanischen Eigenschaften. Aus diesem Grund wurden Spritzgießstrategien entwickelt, um diese Bauteilrandzonen gezielt zu verbessern. (Bild: LKT)

Gezielte Werkstoff-, Konstruktions- und Prozessanpassungen steigern die Leistungsfähigkeit von thermoplastischen Zahnrädern, wie sie in den Bereichen Automotive, Medizintechnik, Unterhaltungselektronik und „Weiße Ware“ eingesetzt werden. So führt eine Werkstoffmodifikation mit Verstärkungsfasern zu verbesserten mechanischen Eigenschaften (Steifigkeit, gegebenenfalls Festigkeit), eine tribologische Modifizierung, zum Beispiel mit PTFE, mindert die Reibung beziehungsweise den Verschleiß. Auch der Verarbeitungsprozess bietet Potenzial, das tribologische Leistungsvermögen von Zahnrädern zu verbessern.

Rasche Abkühlung der Randschichten reduziert die Verschleißbeständigkeit

Die Abkühlgeschwindigkeit der Schmelze beeinflusst den Kristallisationsgrad teilkristalliner Kunststoffe. Bei schneller Abkühlung, wie sie im Kontaktbereich mit dem Werkzeug an der Randschicht des Zahnes vorliegt, bleibt den polymeren Molekülketten nur wenig Zeit, kristalline Strukturen auszubilden, woraus geringe Kristallisationsgrade resultieren. Diese Strukturen verschleißen schneller als hochkristalline Bereiche, die im Inneren des Zahnes vorliegen.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 6 Bildern

Um eine höhere Verschleißbeständigkeit zu erreichen, existieren verschiedene Möglichkeiten. Der Lehrstuhl für Kunststofftechnik (LKT) der Universität Erlangen-Nürnberg verfolgt aktuell zwei Ansätze, um eine Verbesserung des Verschleißverhaltens von Randschichten zu erreichen. Zum einem kann das Aufspritzen einer abriebbeständigen Schicht eine Verbesserung bewirken, zum andern lässt sich durch variotherme Prozessführung die Ausbildung schwacher Randschichten vermeiden (Bild 1 – siehe Bildergalerie).

Aufspritzen einer Randschicht im Zweikomponentenverfahren

Zur Erhöhung der Leistungsdichte von Kunststoffgetrieben steht besonders die Minimierung der Reibungs- und Verschleißkoeffizienten an der Zahnflanke im Fokus. Die Forderung nach tribologisch guten Eigenschaften betrifft die Zahnflanke in der Kontaktzone, für die mechanischen Eigenschaften ist maßgeblich der Zahnfußbereich verantwortlich. Der Ansatz, einen den lokalen Anforderungen entsprechend modifizierten Kunststoff im Zweikomponenten-Spritzgießverfahren zu verarbeiten, bietet daher ein enormes Optimierungspotenzial.

Am LKT wurde ein Werkzeugkonzept entwickelt, das eine haftfeste Verbindung zwischen hochfestem Kern und dünnwandiger, tribologisch funktionaler Randschicht bei einem Zweikomponenten-Zahnrad ermöglicht. Zur Anwendung kommt das Montagespritzgießen. Für die einzelnen Komponenten kann somit jeweils ein optimaler Werkstoff verwendet werden.

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 26734560)