Hochleistungskunststoff

Annina Schopen,

Kunststoffzahnräder im Verbrennungsmotor

Evonik hat eine PEEK-Formmasse (Polyetheretherketon) entwickelt, mit der es möglich ist, Metallzahnräder in Verbrennungsmotoren zu ersetzen. Diese Kunststoffzahnräder sind nicht nur kostengünstiger, sie weisen auch geringere Reibungsverluste auf und sind wesentlich geräuschärmer.

Evonik hat eine PEEK-Formmasse entwickelt, mit der es möglich ist, Metallzahnräder in Verbrennungsmotoren zu ersetzen. © Evonik

Zum ersten Mal werden Vestakeep-PEEK-Kunststoffzahnräder in einem Massenausgleichsgetriebe 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.

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 Grad Celsius ausgesetzt. Bisher kamen in dieser Umgebung nur Metallzahnräder zum Einsatz.

Weniger Reibung, geringerer Energieverbrauch, niedrigere Kosten

Evonik bietet mit Vestakeep PEEK 5000 G ein 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.

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Bei der Entwicklung profitierte 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 bis 260 Grad Celsius prüfen, sowohl im trockenen wie auch geschmierten Zustand.“

Dr. Steffen Kanzler, bei Evonik verantwortlich für Vestakeep für Transportation, wertet den Einsatz des Hochleistungskunststoffs unter den schwierigen Bedingungen eines Massenausgleichsgetriebes als weiteren Schritt in der Erfolgsgeschichte des Materials: „Wir zeigen hier die außerordentlichen Eigenschaften von Vestakeep. Diese sind auch für andere anspruchsvolle Anwendungen relevant, für die wir der geeignete Entwicklungspartner für neue Projekte sind. Unsere Kunden werden qualifiziert unterstützt, von der Materialauswahl über die computerunterstützte Simulation bis hin zur technischen Umsetzung mit unserer Anwendungstechnik.“

Die Hochleistungspolymere der Marke können aufgrund hoher Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit und hoher Duktilität Metallbauteile ersetzen, um beispielsweise anspruchsvolle Leichtbauanwendungen zu ermöglichen.

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