Wichtige Aspekte eines erfolgreichen Antriebskonzepts auf Basis thermoplastischer Zahnräder (Teil 2)

In Teil 1, haben wir einige Kriterien eines erfolgreichen Antriebskonzepts auf Basis thermoplastischer Zahnräder betrachtet, einschließlich NVH-Verbesserungen und Reduzierung von Gewicht und Trägheit. Teil 2 des Blogs widmet sich wirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkten

Rentabilität

Dass Leistungsvorteile zu wettbewerbsfähigen Kosten erbracht werden müssen, steht außer Zweifel. Zu den Schlüsselfaktoren bei Fahrzeugantrieben zählen:

• Bereitstellen der Leistung: Dies umfasst die Herstellung der Getriebekomponente, ihre Lieferung zum Montagepunkt und ihre Montage in das System, in dem der Leistungsvorteil realisiert wird. Um dies im Einklang mit anderen kritischen Bausteinen einer erfolgreichen Anwendung konsequent zu erreichen, ist es wichtig, dass alle Bausteine im frühesten Konstruktionsstadium berücksichtigt und während des gesamten Entwicklungsprozesses integriert werden.

• Überzeugender Systemvorteil: Hier sind zwei entscheidende Nutzenaspekte gegeneinander abzuwiegen: der Nutzen des Leistungsvorteils und die Gesamtkosten der gelieferten Lösung. Es sollte selbstverständlich sein, dass für ein erfolgreiches Projekt der erste Aspekt wichtiger ist als der zweite.

Bei einem Fahrzeugantrieb lässt sich der Leistungsvorteil einer Lösung am häufigsten durch die alternativen Mittel quantifizieren, die eingesetzt werden müssten, um das angebotene Leistungsniveau erreichen zu können. Beispielsweise ist die bessere Akustik eines Fahrzeugs ein Ergebnis sowohl der Geräuscherzeugung als auch des Geräuschübertragungswegs. So kann eine Getriebekomponente durch NVH-Reduzierung einen Vorteil im Vergleich zu einer Metallkomponente liefern. Sie muss aber auch einen Vorteil im Vergleich zu einem zusätzlichen Geräuschschutz bieten, der die NVH-Übertragung reduzieren und zu einer ähnlichen Wahrnehmung der gesamten Fahrzeugakustik führen kann. Auf diese Weise lässt sich der Wert der Gesamtlösungsleistung häufig quantifizieren.

Auch die Kosten müssen ganzheitlich bewertet werden, um die Gesamtkosten der Komplettlösung und nicht nur die eines gefertigten Bauteils zu erfassen. Das schließt die Komponentenkosten ein; es müssen aber auch Lieferung, Montage und der Einsatz oder die Einsparung von Systemkomponenten berücksichtigt werden. Dies ist (leider) eine Lektion, die ich bei einem meiner ersten Zahnradprojekte selbst lernen musste, als ein erheblicher Nachrüstungsbedarf, der erst spät in der Entwicklung entdeckt wurde, einen scheinbar attraktiven Komponentenpreis zunichtemachte.

Technische Machbarkeit

Egal wie attraktiv Nutzen und Leistung auch erscheinen mögen, letztendlich muss eine Zahnradlösung technisch machbar sein, und dies auch zuverlässig und dauerhaft. Für eine thermoplastische Zahnradlösung ist das oft der schwierigste Aspekt, der ein Höchstmaß an technischer Kompetenz über den gesamten Entwicklungsprozess erfordert.

• Lebensdauer: Im Gegensatz zu Leistungskriterien ist Lebensdauer binär und ein absolutes Muss. Bezogen auf das Material, liefern sogar hochfeste VICTREX™ PEEK-Zahnradtypen, wie z. B. aus VICTREX HPG™ 240, das zu den belastbarsten verfügbaren Thermoplasten gehört, bei Betriebstemperaturen eines Verbrennungsmotors weniger als 25 Prozent der Festigkeit eines typischerweise verwendeten Stahls. Doch eine thermoplastische Zahnradkonstruktion, die auf die erhöhte Fertigungsflexibilität beim Spritzgießen, die charakteristischen mechanischen Eigenschaften von Thermoplasten und die spezifische Betriebsumgebung zugeschnitten ist, kann häufig die erforderliche Lebensdauer mit maßgeblichen Sicherheitsfaktoren bieten.
• Zuverlässigkeit: Zuverlässigkeit setzt voraus, dass die Leistung von Zahnradlösungenüber den gesamten Systembetriebsbereich, in allen Baugruppen und über die gesamte Lebensdauer des Produkts hinweg gegeben ist. Bei thermoplastischen Zahnrädern bedarf es dabei zwangsläufig einer sorgfältigen Betrachtung, um Auswirkungen von Fertigungsschwankungen und den Einfluss extremer Betriebsbedingungen einschließlich vorhersagbarer Überlastsituationen zu minimieren. Zusätzlich gilt es, mittels Simulation das Alterungsverhaltens mit jahrelangen Testdaten zu korrelieren.

In einem mit der Fachzeitschrift „just-auto“ durchgeführten Webinar haben wir diese Aspekte ausführlicher behandelt, einschließlich NVH- sowie Testdaten zur Lebensdauer und Beständigkeit..

Ihr Weg zu künftigen Zahnrad-Innovationen?

Stellen Sie den Status quo infrage: Um die Lösung für komplexe Konstruktionsherausforderungen zu finden, muss die Zahnrad-Innovation gleich von Beginn an mitgedacht werden. Die Anforderungen aus unterschiedlichen Blickwinkeln zu erkennen und zu benennen, kann dazu beitragen, den gewünschten Wettbewerbsvorteil zu erzielen. Dies ist besonders wichtig bei der Entwicklung von thermoplastischen Hochleistungszahnrädern für Antriebskonzepte. Sind Sie bereit, das volle Potenzial von Thermoplasten für innovative Komplettlösungen auszuschöpfen? Dann starten Sie noch heute durch und schicken mir eine E-Mail.

Über den Autor

Joseph Elmquist kam 2013 als leitender Konstrukteur und technischer Leiter für die Entwicklung neuer Produkte für thermoplastische Zahnräder und thermoplastische Composite-Zahnräder zu Kleiss Gears. Nach der Übernahme von Kleiss durch Victrex im Jahr 2015 leitete er weiterhin die technische Entwicklungsarbeit für thermoplastische Antriebsanwendungen, was 2017 zur erfolgreichen Einführung der ersten VICTREX PEEK-Zahnräder für die Kraftübertragung bei Fahrzeugantrieben führte. Joseph Elmquist besitzt einen BS-Abschluss in Engineering Mechanics und einen MS-Abschluss in Mechanical Engineering mit Schwerpunkt auf nichtlineare, dynamisch-mechanische Systeme der University of Wisconsin-Madison..

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