Ersatz-Zahnrad aus dem 3D-Drucker – kleine Veränderung, große Wirkung

Was wurde benötigt: Ersatz-Zahnrad für einen Traktoren-Motor
Herstellungsverfahren: selektives Lasersintern
Anforderungen: hohe Verschleißfestigkeit, gute Gleiteigenschaften, gute mechanische Kennwerte
Material: iglidur i3
Branche: Nutzfahrzeuge
Erfolg durch die Zusammenarbeit: 10-mal günstigere Fertigungskosten als bei herkömmlichen Fertigungsverfahren, komplexes Bauteil in einem Stück gefertigt, verbesserte Abriebfestigkeit

Die Anwendung auf einen Blick:
Das igus Reinigungsteam setzt für seine Arbeiten, wie z.B. Streu- und Transportarbeiten, einen Traktor ein. Das Zahnrad, das als Anlasser für den Motor des Traktors diente, war nach einiger Zeit so verschlissen, dass der Traktor nicht mehr starten konnte. Der Hersteller konnte nicht für Ersatz sorgen und so blieb der Traktor außer Betrieb. Nach etwa einem Jahr ohne Traktor sollte dieser verschrottet werden. Doch das igus 3D-Druck-Team kam kurz vorher ins Spiel und konnte das verschlissene und gebrochene Zahnrad nachzeichnen und in wenigen Stunden drucken. Der Traktor läuft nun wieder zuverlässig dank des Zahnrads aus iglidur i3, das wesentlich bessere Gleiteigenschaften und eine höhere Verschleißfestigkeit aufweist als das zuvor eingebaute Zahnrad aus regulärem Kunststoff.

Ersatzteile vom Originalhersteller zu bekommen ist oft nicht so einfach, wie man es vermuten würde. Auch im Fall des Traktors, der vom igus Reinigungsteam für diverse Arbeiten, wie das Streuen des Geländes, benutzt wurde, konnte der Hersteller kein neues Zahnrad zur Verfügung stellen. Das kaputte Zahnrad dient als Anlasser für den großen Zahnkranz des Motors. Die Belastung, die beim Anlassen des Motors jedes Mal aufs Zahnrad einwirkt, war für das Bauteil aus regulärem Kunststoff zu hoch und der Verschleiß und Bruch setzte schnell ein. Es musste also ein spezielles Zahnrad her, das passgenau und verschleißfest ist und gute Gleiteigenschaften besitzt.

Das 3D-Druck-Team nahm sich dem Problem an und konnte eine Zeichnung des Originals anhand des kaputten Zahnrads anfertigen. Diese wurde als STEP-Datei umgesetzt und anschließend im selektiven Lasersintern mit iglidur i3 gedruckt. Die Kosten des werkzeuglosen 3D-Drucks waren mit 28€ pro Stück gut 10mal günstiger als die mechanische Fertigung, die mehr als 300€ gekostet hätte. Für die additive Fertigung ist die Sonderform des Zahnrads mit der Spindelgeometrie im Inneren kein Problem. Außerdem verspricht das gedruckte Zahnrad dank der hohen Abriebfestigkeit des Materials eine höhere Lebensdauer als das zuvor eingesetzte Zahnrad. Somit konnte der Traktor vor der Verschrottung gerettet und wieder voll funktionsfähig eingesetzt werden.

Einer der größten Vorteile beim 3D-Druck ist die nahezu grenzenlose Freiheit im Design der gewünschten Bauteile. Es gibt kaum eine Form, die nicht in einem Durchgang gefertigt werden kann. Wenn es also darum geht, ein Ersatzteil herzustellen, das entweder nicht mehr vom Hersteller geliefert werden kann oder eine besondere Bauform hat, ist der Weg zum 3D-Drucker der richtige. Oft werden Ersatzteile nur in geringer Stückzahl benötigt. Auch in diesem Fall ist es deutlich günstiger, die Bauteile im additiven Verfahren herstellen zu lassen. Durch die werkzeuglose und ressourcensparende Fertigung ergeben sich kostengünstigere Stückzahlen. Im Falle des Traktors wurde nur ein Zahnrad benötigt. Dieses hätte bei der mechanischen Fertigung mehr als 300€ gekostet - im 3D-Druck kostete das Stück 28€.

Bei igus gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, ein Zahnrad drucken zu lassen. Konstrukteur:innen können beispielsweise mit dem igus Zahnrad-Konfigurator die benötigten Zahnräder konfigurieren und diese anschließend direkt bei igus bestellen. Wie genau das funktioniert, wird hier erklärt. Alternativ kann ein bereits existierendes CAD-Modell im 3D-Druck-Service hochgeladen werden und mit dem passenden igus Material und Fertigungsverfahren in Auftrag gegeben werden.

Im igus Testlabor werden unterschiedliche Belastungstestst durchgeführt. Dabei werden alle igus Produkte auf Herz und Nieren geprüft, um die Online Tools zuverlässig und aussagekräftig zu gestalten. Eines dieser Tools ist der Lebensdauerrechner für Zahnräder, mit dem je nach anwendungsspezifischen Belastungsdaten die Lebensdauer von Zahnrädern aus iglidur i3 oder iglidur I8 berechnet werden kann. Damit kann auf einfache Art und Weise überprüft werden, ob das Material für die eigene Anwendung passend ist und wann man das Zahnrad wechseln sollte, bevor es zum Ausfall kommt.