Jede eingesetzte Paarung verändert zu Beginn ihre Eigenschaften und wird entweder mehr oder weniger adhäsiv, der Kunststoff wird härter oder weicher, degradiert oder wird zäher. Eine geeignete Systemwahl und die Belastungssteuerung können robustere Zahnradanwendungen ermöglichen. Eine spezifische Belastung ermöglich die Erzeugung eines reibungs- und verschleißmindernden Polymertransfers auf dem härteren Gegenkontakt oder einer Füllstofforientierung und Anreicherung nahe der Polymeroberfläche.
Über die Schmierstoffwahl besteht ein großer Hebel zur Optimierung und der Aktivierung gegensätzlicher Mechanismen, die beispielsweise die Neigung zur Bildung des Polymertransfer erhöhen oder verringern lassen, oder sie durch Weichmachung das Temperaturverhalten des Kunststoffs verschieben.
Anforderung an das Design von Getrieben mit Kunststoffen
Die Leistungsfähigkeit von Kunststoffen in Getrieben wird zunehmend durch den Einsatz von Schmierstoff erhöht. Bei Zahnrädern aus Kunststoff spielt die durch Prozess und Reibung erzeugte Temperatur eine für die Belastbarkeit des Bauteils entscheidende Rolle. Es wird zwischen der Zahnkörpertemperatur und der höheren Zahnflankentemperatur unterschieden. Die bei der jeweiligen Temperatur gültige Tragfähigkeit von Kunststoffzahnrädern ist mit der Wahl von Modul und Eingriffswinkel direkt beeinflussbar. Jedoch wirkt die bei der mechanischen und thermischen Belastung der Zähne auftretende Zahnverformung während des Übergangs vom belasteten zum unbelasteten Zustand des Zahns wie ein geometrischer Fehler. Hinzu kommt, dass für die Bewertung der tribologischen Lebensdauer der Verzahnung eine Übertragung des Verhaltens aus Modellversuchen mit vereinfachter Bewegung auf die reale Situation immer noch ein Feld aktiver Forschung ist. Dies liegt nur zum Teil an der Komplexität des Zahnablaufs, sondern auch an der sensiblen Abhängigkeit des Reibungs- und Verschleißverhaltens geschmierter Kunststoffsysteme. Diese zeigen im Kontakt mit technisch rauem Stahl ein spezifisches Einlaufverhalten von Reibung und Verschleiß.
Spezifische Einlaufverhalten
Teilt man die möglichen Mechanismen in
- die Entwicklung der Wirkung von Füllstoffen an der Oberfläche
- die Schmierstoffsorption und Veränderung des mechanischen Verhaltens der Polymeroberfläche
- den Polymerübertrag und die Einglättung
ein, kann man Hebel zur Optimierung des Einlaufverhaltens benennen: Veränderungen von Adhäsion, Härte und Zähigkeit der Kunststoffe im Betrieb durch den Kontakt mit Schmierstoffen ermöglichen bzw. erfordern
- die Abstimmung von Schmierstoff / Kunststoff Paarung und Einlaufbelastung: Verbesserung der Belastbarkeit, robustere Zahnradanwendungen
- eine optimale Schmierstoffwahl zur Maximierung der Effizienz: Verringerung von Reibwert und Verschleiß
Erfahrungen mit geschmierten PEEK-Thermoplasten
An tribologischen Untersuchungen von PEEK-Kompositen wurde deutlich, dass ein deutlich günstigeres Einlaufverhalten nach anfänglich erhöhter Belastung erreicht wird, wenn man ein moderates Belastungsregime nicht verlässt. Die genannten Einlaufmechanismen wurden hierbei beobachtet.
