In unzähligen Geräten
werden heute Verzahnungen aus Kunststoff eingesetzt. Die
Vorteile liegen
klar auf der Hand:-
geringes Gewicht
- keine Abhängigkeit vom Profil des Wälzfräser
- geräuscharm
- schmierungsfreie Situationen häufig möglich
- kostengünstige Serienherstellung im
Spritzgießverfahren
- korrosionsbeständig
- nicht elektrisch leitend
Die Liste kann beliebig
weitergeführt werden, klar ist aber mit diesen
Argumenten bereits folgendes:
Die Vielzahl der allgemeinen Vorzüge sollten in den
konkreten Anwendungsfällen nicht unbeachtet bleiben,
wenn´s leicht, wartungsarm und kostengünstig in der
Massenfertigung sein soll.
Gegenüber den
herkömmlichen Werkstoffen müssen auch einige Faktoren
besonders beachtet werden:
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| Beispiel In einer Verzahnung soll untersucht
werden, ob eine bestehende Übersetzung zweier Stahl -
Zahnräder alternativ mit PA ausgelegt werden könnte.
Diese Überlegung resultiert in der Praxis
häufig aus wirtschaftlichen Gründen. Aus
technologischer Sicht ist der Einsatz von Kunststoffen
zum Beispiel für die Geräuschminderung, den
schmierungsfreien Betrieb und auch zur
Gewichtsersparnis indiziert.
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| Der Einfluß der
Temperatur Die zu
untersuchende Paarung hat recht hohe Leistung bei einem
Modul von mn= 1mm zu übertragen.
Die Leistung und die Geometrie sind somit zu großen
Teilen festgelegt. Variabel sind Werkstoff und
Schmiersituation.
Zur Bestimmung der Tragfähigkeit der PA-Paarung, ist die
Erwärmung des Zahnes, besonders der
Zahnflanke, das ausschlaggebende Kriterium. Der E-Modul
von PA ist unter ca. 800N/mm² und damit
oberhalb von ca. 70°C in der Praxis ungebräuchlich. Das
Ziel muß also sein, diese Temperaturgrenze
möglichst weit zu unterschreiten.
Im Beispiel hier ist eine reine PA-Verzahnung nicht
möglich, da die Zahnflankentemperatur am Rad 2
selbst bei Dauerschmierung oberhalb von 90°C liegt.
Eine PA-Stahl-Kombination stellt eine mögliche Variante
dar, die Zahnflankentemperatur am Rad 1 mit
52°C ist einsetzbar. Jetzt kann im Anschluß eine
aussagekräftige Lebensdauerberechnung (z.B. nach
Niemann/Winter) vorgenommen werden.
Für StarGear können neben dem Modul zur
Temperaturermittlung als Erweiterung der Tragfähigkeits-
berechnung auch Werkstoffdaten diverser Kunststoffe zur
Verfügung gestellt werden.
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| Humidity Zusätzlich zum Temperaturverhalten
ist die Humidity und damit die Wasseraufnahme bei
Kunststoffen
besonders zu beachten.
Die Auswirkungen auf den E-Modul veranschaulicht das
folgende Diagramm. Hinzu kommt die Ausdehnung
des Werkstoffes mit zunehmendem Wassergehalt.
Grundsätzlich sind daher die Toleranzfelder einer
Kunststoffverzahnung nicht so eng auszulegen wie bei
Metallen.

Diagramm E-Modul -
Temperatur eines PA-Werkstoffes.
Kurve 1 mit 9,0% Wasser, Kurve 2 mit 3,18% Wasser
und Kurve 3 mit 0,4% Wasser.
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| Kunststoffe bei
Schneckengetrieben: Bei
einer Stirnradpaarung mit Kombination von Stahl und
Kunststoff (z.B. PA, POM) sind die
bekannten Rechenansätze geeignet, durch
Profilverschiebung unterschiedliche Zahndicken zu
erhalten.

Dargestellt ist ein
profilverschobenes Schneckengetriebe
mit PA/Stahl-Kombination. Darstellung mit mittlerem
Flankenspiel
gemäß der Toleranzrechnung.
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Bei Schneckenradsätzen
könnte oftmals das teure Bronzerad durch deutlich
kostengünstigere
Kunststoffe ersetzt werden, jedoch sieht die DIN eine
Profilverschiebung bei Schnecken nicht vor.
Mit StarGear lassen sich ein- und mehrgängige Schnecken
profilverschieben.
Diese Möglichkeit erweitert einerseits das konstruktive
Spektrum erheblich und außerdem
lassen sich deutlich günstigere Getriebe fertigen. |