Ersatz-Zahnräder halten hoher Belastung im Einsatz stand

• Was wurde benötigt: Belastbare Sonderzahnräder für die Instandsetzung von Stellmotoren in den Dachwerfern von Großflughafenlöschfahrzeugen 
• Herstellungsverfahren: Lasersintern
• Anforderungen: Kostengünstig, stark belastbar
• Material: iglidur i3
• Branche: Nutzfahrzeuge
• Erfolg durch die Zusammenarbeit: Die Zahnräder halten den hohen Belastungen stand und wurden für die Instandsetzung weiterer Fahrzeuge eingesetzt. Das Unternehmen konnte dadurch den kostenintensiven Austausch der kompletten Stellmotoren vermeiden.

Die Werkfeuerwehr der Fraport AG sorgt für den Brandschutz auf dem Flughafen Frankfurt am Main. Ihre Großflughafenlöschfahrzeuge verfügen über Dachwerfer, die über einen Stellmotor den Winkel der Sprühdüse verändern. Da diese Höhenveränderung auch erfolgt, während Wasser abgegeben wird, lastet auf dem Stellmotor eine hohe Belastung. Nach zehn Jahren in Gebrauch sind die darin verbauten Zahnräder abgenutzt, weshalb die Dachwerfer instandgesetzt werden müssen.
 

Für die Instandsetzung der Dachwerfer von Großflughafenlöschfahrzeugen benötigte die Werkfeuerwehr der Fraport AG individuelle Zahnräder, die hohen Belastungen standhalten können.

Problem

Die im Stellmotor des Dachwerfers eingesetzten gefrästen Kunststoffzahnräder waren nach zehn Jahren im Einsatz abgenutzt und mussten ausgewechselt werden. Der Hersteller empfiehlt, den kompletten Stellmotor zu erneuern, was allerdings sehr kostenintensiv ist. Die Fertigung von Sonderzahnrädern mit herkömmlichen Herstellungsverfahren ist häufig unwirtschaftlich und wegen der komplexen Geometrien nicht immer möglich. 

Lösung

Mit dem SLS-Kunststoff iglidur I3 fanden die Wartungstechniker der Werkfeuerwehr der Fraport AG eine ideale Lösung: 3D-Druck als Herstellungsverfahren bietet die Möglichkeit, Einzel- und Sonderteile kostengünstig und schnell zu produzieren. Die speziell für den anspruchsvollen Einsatz in Maschinen entwickelten iglidur Kunststoffe enthalten Festschmierstoffe, was sie langlebiger macht und den Wartungsaufwand reduziert. Die gedruckten iglidur-Zahnräder erfüllten die Erwartungen und werden nun in weiteren Fahrzeugen auf dem Flughafengelände eingesetzt. 

Die Zahnräder sind in einem Stellmotor im Dachwerfer verbaut. Dieser verändert den Winkel der Sprühdüse.

Dachwerfer von Großflughafenlöschfahrzeugen müssen unter Wasserabgabe intensiver Belastung standhalten

Der Flughafen Frankfurt ist der größte deutsche Verkehrsflughafen. Auch international zählt er im Passagier- und Cargo-Verkehr zu den führenden Airports in Europa. Mit annähernd 81.000 Beschäftigten in etwa 450 Unternehmen die größte lokale Arbeitsstätte in Deutschland und attraktiver Anziehungspunkt für weitere Unternehmen im ökonomisch bedeutsamen Rhein-Main-Gebiet. Bei der hohen Dichte von Flugzeugen, Nutz- und Privatfahrzeugen ist bei der Flughafenfeuerwehr immer viel los. Um die gesetzlich vorgeschriebenen Eingreifzeiten einzuhalten, muss die Feuerwehr innerhalb von drei Minuten jeden Ort auf dem Vorfeld erreichen können. Entsprechend wichtig ist die personelle und technische Ausstattung der drei auf dem Gelände des Flughafens situierten Feuerwachen.

Zu den mehr als 115 Feuerwehr-Fahrzeugen auf dem Flughafengelände gehören auch vierzehn Großflughafenlöschfahrzeuge. Sie können mit ihren Dachwerfern in nur einer Minute mindestens 5.300 Liter Wasser mehr als 80 Meter weit werfen. Entsprechend groß ist die Belastung auf den Stellmotoren dieser Dachwerfer, da sie durch Veränderung des Winkels die Höhe des Wasserstrahls steuern. 

Da die Höhenveränderung auch unter Wasserabgabe erfolgt, lastet auf den Zahnrädern eine hohe Belastung.

Gedruckte Zahnräder aus iglidur I3: Erfolgreich im Einsatz in den Großflughafenlöschfahrzeugen

Im Stellmotor sind zwei Sonderzahnräder aus robustem Kunststoff verbaut. Nach zehn Jahren im Einsatz waren diese abgenutzt, was eine Wartung der Dachwerfer erforderlich machte. Der Fahrzeughersteller legte den Wartungstechnikern nahe, den gesamten Stellmotor auszutauschen - was allerdings mit hohen Kosten verbunden war. Statt den kompletten und im Übrigen völlig funktionsfähigen Stellmotor auszuwechseln, entschieden sich die Konstrukteure dafür, neue Wege einzuschlagen: Nach einer Internet-Recherche entdeckten sie die Möglichkeit, langlebige Zahnräder im 3D-Druck bei igus herzustellen und entschlossen sich den verschleißfesten Kunststoff iglidur I3 zu testen. Für die Konstruktion der Zahnräder wurde der online frei verfügbare CAD-Konfigurator für Zahnräder verwendet, mit dem schnell und einfach Vorlagen für 3D-Druck-Zahnräder konstruiert werden können.

Die Herstellung im SLS-Verfahren dauerte weniger als 3 Tage, sodass die Feuerwehr schnell dazu übergehen konnte, die neuen Zahnräder zu testen. Die Tests zeigten, dass die iglidur I3 Zahnräder den hohen Belastungen gewachsen waren. Entsprechend konnten die Wartungstechniker Zahnräder für weitere Fahrzeuge nachbestellen. Begeistert von der Qualität der Werkstoffe und dem schnellen und unkomplizierten Service ließen sie direkt ein weiteres Bauteil, das die pneumatischen Türen der Großflughafenlöschfahrzeuge steuert, drucken und testen - mit Erfolg. Auch diese gedruckte Anwendung entsprach den Anforderungen und befindet sich jetzt im Einsatz in der Feuerwehrflotte auf dem Flughafen Frankfurt.

Für den 3D-Druck von Zahnrädern gibt es kaum Einschränkungen hinsichtlich der Geometrie. In unserem 3D-Druck-Service können Zahnräder in Mengen von 1 bis 10.000 kosteneffizient in 1 bis 3 Tagen gedruckt werden.

Warum Zahnräder aus iglidur I3 drucken?

Die speziell für die Fertigung von beweglichen Maschinenteilen entwickelten iglidur Kunststoffe zeichnen sich durch eine besonders hohe Abriebfestigkeit und die inkorporierten Festschmierstoffe aus. Sie werden für die Produktion von Bauteilen mittels Spritzguss, additiver Fertigung und mechanischer Bearbeitung von Halbzeugen benutzt. iglidur I3 wurde als Kunststoffpulver für die Fertigung im Lasersinter entwickelt und zeichnet sich durch hohe Verschleißfestigkeit und Festigkeit aus. Nicht umsonst ist dieser Werkstoff der unumstrittene Bestseller unter den 3D-Druck-Materialien von igus.

Dank seiner mechanischen Eigenschaften eignet sich iglidur I3 besonders gut für Stirnräder und Kegelräder sowie für alle weiteren Arten von Zahnradformen. Nur für 3D-geruckte Schneckenräder empfiehlt sich iglidur I6, da dieser Kunststoff für eine erhöhte Gleitfähigkeit entwickelt wurde. Wie lange ein gedrucktes Zahnrad aus iglidur I3 unter den gegebenen Anwendungsparametern hält, kann schnell und einfach online im Zahnrad-Lebensdauerrechner ermittelt werden. Die besonders hohe Lebensdauer von Zahnrädern aus iglidur I3 im Vergleich zu gewöhnlichen Kunststoff-Zahnrädern wurde in unserem Testlabor getestet und bewiesen. 

Einer der größten Vorteile darin, Zahnräder im 3D-Druck herzustellen, ist die Flexibilität hinsichtlich der Zahnfußgeometrie. Der Zahnfußradius kann optimiert und somit die Lebensdauer des Zahnrads verbessert werden. Bei der mechanischen Fertigung ist eine solche Optimierung bedingt durch die Werkzeuggröße in der Regel nicht möglich. Um Zahnräder direkt mit dem optimierten Zahnfußradius zu konstruieren, empfiehlt sich unser kostenloser CAD-Konfigurator.