Der Kern der Materialauswahl für Kunststoffzahnräder besteht darin, die Belastungs-, Temperatur- und Verschleißfestigkeitsanforderungen des vorgesehenen Einsatzszenarios anzupassen. Sie sind hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: Allzweckkunststoffe, technische Kunststoffe und Hochtemperatur-Spezialkunststoffe. Die verschiedenen Kategorien unterscheiden sich erheblich in Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und Kosten und erfordern eine Auswahl auf der Grundlage spezifischer Anforderungen.
Allgemeine-Kunststoffe
Allzweckkunststoffe bieten eine hohe Kosten-effizienz und lassen sich leicht spritzgießen, ihre Festigkeit und Verschleißfestigkeit sind jedoch im Allgemeinen durchschnittlich, sodass sie nur für Anwendungen mit geringer -Belastung und kurzer-Lebensdauer geeignet sind. Nylon (PA, Polyamid) verfügt über gewisse Zähigkeits- und Selbstschmiereigenschaften und ist schlagfest, seine Tendenz zur Wasseraufnahme führt jedoch zu Dimensionsinstabilität. Unverstärkte Versionen haben eine geringere Festigkeit und werden häufig durch die Zugabe von Glasfasern (PA+GF 10 %-30 %) modifiziert, um die Festigkeit und Verschleißfestigkeit zu verbessern. Es ist ein häufig verwendetes Zahnradmaterial unter den Allzweckkunststoffen und eignet sich für Spielzeugzahnräder, Hilfsgetriebe in einfachen Haushaltsgeräten und Zahnräder für leichte Büromaterialien. Polypropylen (PP) ist kostengünstiger und beständig gegen Säure- und Alkalikorrosion, weist jedoch eine geringe Steifigkeit auf, verformt sich leicht bei hohen Temperaturen (Temperaturbeständigkeit kleiner oder gleich 90 Grad) und weist eine geringe Verschleißfestigkeit auf. Es eignet sich für Einwegausrüstungszahnräder und Zierzahnräder mit niedriger Geschwindigkeit und keinen Lastanforderungen.
Technische Kunststoffe
Technische Kunststoffe bieten im Vergleich zu Allzweckkunststoffen eine überlegene Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Temperaturbeständigkeit, wodurch sie für die meisten herkömmlichen Getriebeanwendungen geeignet sind und ein gängiges Material für Kunststoffzahnräder sind. Polyoxymethylen (POM, allgemein bekannt als „Acetal“) weist eine hervorragende Gesamtleistung auf, mit guter Selbstschmierung, hoher Steifigkeit, hoher Dimensionsstabilität, Temperaturbeständigkeit kleiner oder gleich 120 Grad, besserer Verschleißfestigkeit als Nylon und keinen Problemen mit der Wasseraufnahme. Es bietet außerdem eine hohe Übertragungspräzision und ist das am weitesten verbreitete Material für Kunststoffzahnräder. Es deckt fast alle konventionellen Anwendungen mit geringer bis mittlerer Belastung ab, wie z. B. Getriebegetriebe für Drucker, Innengetriebe für Kraftfahrzeuge, Kerngetriebe in Haushaltsgeräten und Getriebe in Bürogeräten. Darüber hinaus kann durch die Zugabe spezieller Gleitadditive zum POM-Harz die Geräuschentwicklung von Zahnrädern verbessert werden, sodass sie sich für Anwendungen wie Büroautomatisierungsgeräte eignen, bei denen ein leiser Betrieb von entscheidender Bedeutung ist. Polycarbonat (PC) bietet eine hohe Transparenz und starke Schlagfestigkeit, jedoch eine geringe Verschleißfestigkeit und Anfälligkeit für Spannungsrisse. Seine Temperaturbeständigkeit beträgt höchstens 130 Grad und eignet sich daher für Getriebe, die eine sichtbare Übertragung erfordern, sowie für Anwendungen mit geringer{9}Belastung und Schlagfestigkeit. ABS-Harz verfügt über ein ausgewogenes Verhältnis von Steifigkeit und Schlagfestigkeit und lässt sich leicht einfärben, weist jedoch eine geringe Temperaturbeständigkeit (weniger als oder gleich 80 Grad) und eine schlechte Verschleißfestigkeit auf. Nach längerem Gebrauch ist es anfällig für Verschleiß und Verformung. Es eignet sich für Getriebe mit niedriger-Geschwindigkeit und geringer-Last sowie für Hilfsgetriebe für nicht-Kerngetriebe.
Hochtemperatur-Spezialkunststoffe
Hochtemperatur-Spezialkunststoffe bieten eine hohe Festigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit und halten mittleren bis hohen Belastungen und rauen Umgebungen stand, sind jedoch kostspielig und schwierig zu verarbeiten. Polyetheretherketon (PEEK) weist eine hervorragende Leistung auf, mit einer Temperaturbeständigkeit von bis zu 250 Grad, hoher Festigkeit, hoher Verschleißfestigkeit, Beständigkeit gegen Öl- und chemische Korrosion und guter Dimensionsstabilität. Es ist jedoch kostspielig, erfordert hohe Temperaturen und Drücke für die Verarbeitung und ist schwierig zu formen. Es eignet sich für Hilfsgetriebe rund um Automobilmotoren, Hochlastgetriebe in Industrieanlagen und Getriebe in medizinischen Geräten. PEEK-Material hat eine geringe Dichte (ca. 1,32 g/cm³), gute Selbstschmiereigenschaften und eine hervorragende Verschleißfestigkeit. Unter bestimmten Testbedingungen ist die Verschleißrate geringer als bei Zahnrädern aus Stahl. Darüber hinaus können seine Dämpfungseigenschaften Vibrationsenergie absorbieren und so eine geräuschlose Übertragung ermöglichen. Polyphenylensulfid (PPS) hat eine Temperaturbeständigkeit von weniger als oder gleich 220 Grad, Festigkeit und Verschleißfestigkeit nahe an PEEK und ist beständig gegen Säuren, Laugen und Ölflecken bei hohen Temperaturen. Die Kosten sind niedriger als bei PEEK. Es wird oft durch Zugabe von Glasfasern oder mineralischen Füllstoffen modifiziert, um die Steifigkeit und Temperaturbeständigkeit zu verbessern, wodurch es für Anwendungen wie Hilfszahnräder in Automobilgetrieben, industriellen Wasserpumpenzahnrädern und Zahnrädern in Hochtemperaturzonen in elektronischen Geräten geeignet ist. Polyimid (PI) weist eine hohe Temperaturbeständigkeit auf, ist jedoch spröde, schwer zu verarbeiten und teuer. Es eignet sich für Spezialgetriebe in Umgebungen mit extrem hohen Temperaturen und ist im zivilen Bereich nur begrenzt einsetzbar.
