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Metallersatz bei Zahnrädern im Verbrennungsmotor

Metallersatz im Umfeld von Verbrennungsmotoren ist besonderes herausfordernd. Im Bild ein Kunststoffzahnrad für ein Massenausgleichsgetriebe, dessen äußerer Zahnradkranz aus Vestakeep PEEK besteht. Foto: Evonik

Erstmals werden Zahnräder aus Kunststoff in einem Massenausgleichsgetriebe für Verbrennungsmotoren eingesetzt. Sie ersetzten Zahnräder aus Metall.

Zum ersten Mal werden als Metallersatz Vestakeep PEEK-Kunststoffzahnräder in einem Massenausgleichsgetriebe für Verbrennungsmotoren eingesetzt. Evonik hat für den Einsatz in der harschen Umgebung eines Verbrennungsmotors eine PEEK-Formmasse (Polyetheretherketon) mit sehr guten tribologischen Eigenschaften und hoher Beständigkeit entwickelt, um Metallzahnräder zu ersetzen. Das Serienbauteil wird von IMS Gear hergestellt und kommt bei der Mercedes-Benz in unterschiedlichen Modellen zum Einsatz.

Ruhigerer Lauf eines Verbrennungsmotors

Massenausgleichsgetriebe sorgen für den ruhigen Lauf eines Verbrennungsmotors, indem die durch die Kolben verursachten Schwingungen auf umgebende Strukturen verringert werden. Teile für Massenausgleichsgetriebe kommen mit Motoröl in Kontakt und sind daher maximalen Temperaturen bis 130 °C ausgesetzt. Bisher kamen in dieser Umgebung nur Metallzahnräder zum Einsatz.

Evonik bietet mit Vestakeep PEEK 5000 G ein geeignetes Material mit hoher Beständigkeit und Leistungsfähigkeit, um diese Metallzahnräder zu ersetzen. Dabei bieten Kunststoffzahnräder neben der geforderten Schwingungsdämpfung weitere Vorteile: Sie sind mechanisch und tribologisch hoch belastbar. Im Vergleich zu herkömmlichen Metallzahnrädern weisen sie geringere Reibungsverluste auf und sind wesentlich geräuschärmer. Durch das geringere Massenträgheitsmoment wird Energie eingespart. Zahnräder aus Vestakeep PEEK werden kostengünstig im Spritzguss hergestellt und ersparen die bislang beim Einsatz von Metall erforderliche umfangreiche Nacharbeit.

Eigenen Zahnradprüfstand bei Evonik

Bei der Entwicklung in enger Abstimmung mit dem Kunden profitiert Evonik von seinem eigenen Zahnradprüfstand. „Wir können so spezifische Materialdaten generieren, mit denen die Zahnräder aus unseren Hochleistungskunststoffen optimal ausgelegt werden können“, beschreibt Philipp Kilian, Leiter Tribology Development High Performance Polymers bei Evonik, die Vorteile. „Wir können in einem Temperaturbereich von -20 °C bis 260 °C prüfen, sowohl im trockenen wie auch geschmierten Zustand.“

Dr. Steffen Kanzler, bei Evonik verantwortlich für Vestakeep für Transportation, sagt: „Wir nutzen und demonstrieren mit dieser Anwendung die außerordentlichen Eigenschaften von PEEK. Unser Kunde IMS Gear wurde bei seinem Wunsch, die Metall- durch Kunststoffzahnräder zu ersetzen, qualifiziert unterstützt, von der Materialauswahl über die computerunterstützte Simulation bis hin zur technischen Umsetzung mit unserer Anwendungstechnik.“

Metallersatz für Leichtbauanwendungen

Die PEEK-Hochleistungspolymere der Marke Vestakeep, wie etwa das für das Zahnrad verwendetet Vestakeep PEEK 5000 G, können dank hoher Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit und hoher Duktilität Metallbauteile ersetzen, um beispielsweise anspruchsvolle Leichtbauanwendungen zu ermöglichen.

mg