Mehr Leistung durch Antriebskomponenten aus technischer Keramik

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Antriebskomponenten realisieren, die vorher nicht möglich waren

Durch der Einsatz von Zahnrädern und Lagerungen aus Keramik im Zusammenspiel mit hochlegierten MIM-Bauteilen lassen sich Lösungen an hochbelasteten Funktionen realisieren. Durch die enge Verknüpfung der CIM- und MIM-Technologien mit der Produktentwicklung fließt das Know-How bereits in der Ideenphase in das Produkt ein. So sind bereits Produkte entstanden, die bisher nur mit großem mechanischen Aufwand zu realisieren bzw. überhaupt nicht machbar waren.

Mit Keramik als Lagerwerkstoff für Zahnräder wird die Leistung von Getrieben deutlich gesteigert, da auch nach langer Laufzeit nur minimaler Verschleiß auftritt. Bauteile wie Hohlzahnräder oder Zahnradsätze, die bisher zusammengesetzt wurden, können in MIM einteilig hergestellt werden. Keramikzahnräder steigern zum Beispiel in der Medizintechnik die Zahl möglicher Sterilisierzyklen. Miniatur-Planetenträger, bisher aus fünf Stahlteilen zusammengesetzt, werden durch einen einteiligen keramischen Planetenträger ersetzt. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer der Getriebe.

Außerdem können dank einer Keramikwelle von 0,8 mm Durchmesser in einem mechanisch kommutierten Gleichstromkleinstmotor die Kollektorsegmente direkt auf die nichtleitende Welle aufgelegt werden. Dabei steigt auch die Lebensdauer der Lagerung deutlich an.

Im Gegensatz zu herkömmlich gepressten Sinterteilen ist der Druck zum Verdichten des Grünlings bei CIM und MIM viel gleichmäßiger verteilt und auch die Wandreibung beim Pressen und Entformen des Grünlings ist von sehr viel geringerer Bedeutung. Auf Grund dieser Vorteile gelingt es, Verzahnungen mit einem Modul von 0,12 herzustellen.

Überbestimmung im Planetenträger verhindern und Leistungsfähigkeit im Getriebe erhöhen

Mit Pulverspritzguss lassen sich Lösungen umsetzen, die zuvor technisch bzw. wirtschaftlich nicht möglich waren. In den meisten Planetengetrieben im feinwerktechnischen Umfeld sind die Planetenräder eng auf den Lagerachsen geführt, um ein möglichst geringes Spiel des Getriebes zu gewährleisten. Durch diese enge Führung gehen auch die Fertigungstoleranzen der Verzahnungsbauteile stark in die Präzision und Laufgüte des Getriebes ein. Durch die präzise Führung der Planetenräder auf den Lagerachsen und die zusätzliche Führung durch den Sonnenradeingriff entsteht in der Getriebestufe eine Überbestimmung, die sich in ungünstigen Fällen in erhöhtem Verschleiß und höherer Geräuschentwicklung äußern. Dies lässt sich verhindern, indem man den Planetenrädern auf dem Planetenträger in radialer Richtung Spiel gibt, sie in tangentialer Richtung jedoch weiterhin eng führt, und das Getriebespiel somit weiterhin gering hält.

Mit herkömmlichen Fertigungsverfahren lässt sich diese Lösung nur mit sehr hohem Aufwand realisieren. Maxon motor fertigt diese Bauteile im Pulverspritzguss in MIM oder für besondere Anforderungen auch in CIM. Da die Achsen der Planetenträger im Pulverspritzguss gefertigt eine formgebundene Geometrie haben, kann die unrunde Form der Achsen direkt im Spritzguss realisiert werden. Diese Art der Planetenradlagerung hat maxon patentiert und erfolgreich eingesetzt. Das Auflösen der Überbestimmung im Planetenträger erhöht die Leistungsfähigkeit des Getriebes und somit die Leistungsfähigkeit des gesamten Antriebsstrangs.

Pulverspritzgusstechnologie und Getriebeentwicklung arbeiten eng zusammen

Die Entwicklungen weiterer Lösungen mit pulverspritzgegossenen Bauteilen aus Stahl und Keramik ist in vollem Gange. Da bei maxon die Pulverspritzgusstechnologie (CIM und MIM), die Getriebeentwicklung und die Getriebefertigung unter einem Dach am selben Standort eng zusammenarbeiten, werden die Möglichkeiten dieser Fertigungstechnologie optimal ausgeschöpft.

Die Verwendung von Pulverspritzguss zeigt exemplarisch wie neue Technologien die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens entscheidend stärken. Wir beliefern unter anderem auch Kunden aus der Medizintechnik, Uhrenindustrie und Messtechnik mit CIM- und MIM-Bauteilen. (mi)

* Walter Kuhn ist Product Manager bei der maxon motor GmbH in Sexau

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