Kettenräder im 3D-Druck bringen E-Bikes zum Flüstern

• Was wurde benötigt: Kunststoff-Ritzel
• Herstellungsverfahren: selektives Lasersintern
• Anforderungen: hohe Verschleißfestigkeit, gute Gleiteigenschaften, hohe Lebensdauer
• Material: iglidur I3
• Branche: Fahrradindustrie
• Erfolg durch die Zusammenarbeit: schnelle Konfiguration des Bauteils im online 3D-Druck-Service, leisere Laufgeräusche als mit Metall

Die Anwendung auf einen Blick:
E-Bikes werden immer leichter und zudem extrem leise. Im Fahrbetrieb nimmt man fast keine Motorengeräusche mehr wahr. Findige Tüftler wie Lars Hartmann aus Reichshof geben sich damit jedoch nicht zufrieden. Ihm war die zu hohe Geräuschkulisse in der Fahrradkette ein Dorn im Auge. Ein metallisches Kettenrad fungierte hier als Umlenkrolle an der Kette, damit diese nicht mit dem Gestell kollidiert, verursachte dabei jedoch immense Laufgeräusche. Auf der Suche nach Abhilfe erinnerte er sich an das Angebot von igus, das er auf einer Messe kennengelernt hat: Der 3D-Druck-Service, mit dem individuelle Bauteile kostengünstig im 3D-Drucker angefertigt werden.
 

Das 3D-gedruckte Kunststoffritzel aus iglidur I3 im Einsatz

Problem

Das Standard-Kettenrad aus Metall sorgte am Elektrofahrrad für sehr laute Laufgeräusche. Das Kettenrad war die Umlenkrolle der Kette, damit diese nicht an das Gestell geriet. Die Reibungsgeräusche machten aus dem E-Bike aber auditiv gefühlt einen Traktor. Dementsprechend machte sich Lars Hartmann auf die Suche nach einem Material, das zwar die gleichen Laufeigenschaften wie das Metall-Kettenrad hat, jedoch deutlich leiser ist. Weitere Anforderungen an das Material waren gute Gleiteigenschaften und eine hohe Lebensdauer, sowie eine hohe Verschleißfestigkeit im Spiel mit Metall.

Lösung

Im Rahmen seiner Tätigkeit für die VMA Getzmann GmbH, Hersteller von Rühr-, Dispergier- und Feinmahlsystemen, wurden Maschinenteile getestet, die mit dem 3D-Druck-Service von igus gefertigt wurden. Die Ergebnisse fielen so gut aus, dass Lars Hartmann auch für sein E-Bike an die gedruckten Teile dachte. Für den Hobbybastler die perfekte Lösung: „Der Standard-Ritzel aus Metall erzeugte hohe Laufgeräusche. Wir haben es abgezeichnet und bei igus aus iglidur I3 drucken lassen. Der Weg zum Teil war einfach und schnell. Wir haben den 3D-Druck-Service genutzt, um die entsprechenden Daten hochzuladen, das Material ausgewählt und die Anzahl bestellt.“ Das Kettenrad befindet sich seit mehreren Monaten in zwei Rädern im Einsatz – und die Geräuschkulisse sei deutlich minimiert, freut sich Hartmann.

Optimale Verschleißwerte und Festigkeit

Das eingesetzte Material iglidur I3 bietet sich selbstverständlich auch für den industriellen und serienmäßigen Einsatz an. Es besticht mit seinen guten Verschleißwerten sowie hoher Festigkeit und wird mittels selektivem Lasersintern (SLS) verarbeitet.

Für besonders hohe Anforderungen an die Verschleißfestigkeit und für eine hohe Lebensdauer hat igus darüber hinaus den Werkstoff iglidur I6 entwickelt. Der Hochleistungskunststoff schlägt dabei im Test gefräste Zahnräder aus gängigen Materialien wie POM und PBT. Geprüft wurde ein Schneckenrad mit 5 Nm Drehmoment und 12 U/min. Das Zahnrad aus dem Lasersintern-Material iglidur I6 zeigte auch nach einer Million Zyklen (Versuchsabbruch) lediglich einen geringen Verschleiß und war noch voll funktionsfähig. Damit konnte es sich deutlich gegenüber gefrästen Zahnrädern behaupten – wiesen doch Zahnräder aus POM bereits nach 621.000 Zyklen einen totalen Verschleiß auf; gefräste Zahnräder aus PBT brachen schon nach 155.000 Zyklen. Ebenfalls im Test: ein Zahnrad aus dem Lasersintern-Material PA12. Dies blieb aufgrund des hohen Reibwerts jedoch schon nach 521 Zyklen stehen.

Links: POM Zahnrad, Ausfall nach 621.000 Zyklen
Rechts: iglidur® I6 Zahnrad, geringer Verschleiß bei 1 Mio. Zyklen

Spielend leicht zu konfigurieren

Gleichzeitig profitieren Konstrukteure auch vom igus Zahnradkonfigurator. Damit lassen sich individuelle Zahn- oder Kettenräder auch in Sonderabmessungen konfigurieren. In wenigen Schritten muss der Anwender dafür nur die Daten seines Zahnrads angeben (wie Zahnmodul, Zähnezahl, Breite und Innendurchmesser). Daraufhin entsteht automatisch ein 3D-Modell, das als STEP-Datei exportiert werden kann. Mit Upload der Datei im igus 3D-Druck-Service lässt sich das konfigurierte Zahnrad aus dem extrem langlebigen SLS-Material iglidur I6 für Zahnräder direkt bestellen. Mit einem Mausklick kann der Anwender sein Zahnrad ab Stückzahl 1 in Auftrag geben oder ein Angebot anfordern. Bereits innerhalb von drei Tagen ist das individuelle Teil versandbereit.

 

Einfache Konfiguration von Zahnrädern mit dem igus Zahnrad-Konfigurator