Ersatz-3D-Zahnräder für ein E-Bike: Erhöhte Leistung mit tribologisch optimierten Werkstoffen

• Was wurde benötigt: neue Zahnräder für ein Planetengetriebe eines Elektrofahrrads
• Herstellungsverfahren: selektives Lasersintern
• Anforderungen: Detailgenauigkeit, Passgenauigkeit, Abriebfestigkeit
• Material: iglidur i3
• Branche: Fahrradindustrie
• Erfolg durch die Zusammenarbeit: 30-mal verbesserte Abriebfestigkeit als bei herkömmlichen SLS-Materialien, hohe Verschleißfestigkeit, höherer Wirkungsgrad

Die Anwendung auf einen Blick:
Für die stark verschlissenen Zahnräder eines Planetengetriebes im E-Bike wurden Ersatz-Zahnräder benötigt. Da der Hersteller des Elektrofahrrads keine Zahnräder nachliefern konnte, fand der Kunde die Lösung bei der 3D-Druck-Abteilung der igus SE & Co. KG aus Köln. Die neuen Zahnräder konnten anhand der alten, verschlissenen Bauteile nachgezeichnet und im Lasersinterverfahren gedruckt werden. Der Kunde konnte die Zahnräder nach Erhalt sofort einbauen und merkte bereits nach kurzer Zeit eine Leistungsverbesserung des Getriebes.

Das Getriebe eines Elektrofahrrads erbrachte nicht mehr die anfängliche Leistung und ein kurzer Blick in das Planetengetriebe zeigte den Grund: Die Zahnräder waren stark verschlissen. Originale Ersatzteile konnten vom Hersteller nicht geliefert werden, weswegen sich der Kunde anderweitig nach Ersatz-Zahnrädern umschaute. Dabei sollten die Zahnräder passgenau im Getriebe sitzen und eine deutlich höhere Abriebfestigkeit haben als die vorherigen Bauteile, um den Belastungen standhalten zu können.

Der Kunde wandte sich an die 3D-Druck-Abteilung der igus SE & Co. KG. Hier konnte er die verschlissenen Zahnräder einsenden, um diese nachzeichnen und drucken zu lassen. Die Zahnräder wurden aus dem tribologisch optimierten Material iglidur i3 im Lasersinterverfahren hergestellt. Bauteile aus iglidur i3 sind sehr detailgenau und haben gute mechanische Kennwerte. Ausschlaggebend für dieses Projekt war die 30-mal verbesserte Abriebfestigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Materialien für das Lasersintern. Neben der geringen Verschleißrate haben die Zahnräder eine hohe Festigkeit. Schon nach kurzer Zeit berichtete der Kunde von einer gesteigerten Leistung des Getriebes.

Einer der größten Vorteile der additiven Fertigung ist die hohe Geschwindigkeit, mit der Bauteile gefertigt werden können. Gemeinsam mit den niedrigen Fertigungskosten für geringe Stückzahlen ist der 3D-Druck ein unschlagbares Werkzeug bei der Herstellung von Prototypen in der Testphase vieler Anwendungen. So war es auch in diesem Fall möglich, die Zahnräder des Planetengetriebes in kurzer Zeit nachzuzeichnen, zu drucken und dem Kunden zuzusenden. Die gedruckten Zahnräder klemmten allerdings anfangs auf den Haltebolzen weswegen bei erneutem Ausbau ein Ritzel brach. Nach kurzer Rücksprache konnte das CAD-Modell angepasst und in kürzester Zeit gedruckt werden. Die neuen Zahnräder passten genau auf die Bolzen im Getriebe und erfüllten die Anforderungen. Der Kunde berichtet von einer erhöhten Leistung und größter Zufriedenheit.

plastics for longer life® - das Ziel für jedes Bauteil und Material, das die igus-Pforten verlässt, ist es, die Technik zu verbessern und idealerweise dabei die Kosten zu senken. Das gilt auch für die Materialien, die eigens für den 3D-Druck entwickelt wurden, um gleitoptimierte Bauteile zu fertigen. Neben SLS-Pulvern bietet igus mit verschiedenen Filamenten eine große Auswahl an Werkstoffen, die für jede Anwendung individuelle Optimierungen mitbringen. So ist iglidur i3 für Gleitanwendungen und Zahnräder das geeignete Material. Das SLS-Pulver lässt sich detailgenau mit exakten Oberflächen verarbeiten und weist einen äußerst geringen Verschleiß bei höchster Festigkeit auf. Die Ergebnisse aus dem igus-Testlabor sprechen für sich: Im Vergleich zu herkömmlichen SLS-Materialien haben Bauteile aus iglidur i3 eine bis zu 30-mal verbesserte Abriebfestigkeit. Sowohl für Zahnräder als auch für Rollen, Zahnstangen, Stirnräder und Kegelräder ist dieses Material sehr gut geeignet. Neben iglidur i3 eignet sich auch das SLS-Pulver iglidur i6 für jegliche Gleitanwendungen. Das Material zeichnet sich dadurch aus, dass es neben einer hohen Abriebfestigkeit und einer hohen Zähigkeit eine zertifizierte Lebensmittelkonformität nach FDA und EU-Verordnung 10/2011 hat. Der Werkstoff eignet sich besonders für Schneckenräder und für kundenindividuelle Anwendungen in der Lebensmittelbranche.