Hochleistungs-Kunststoff für das Motor-Tuning

igu-blog-adm | 27. November 2018

Kennen Sie die Formel-1? Natürlich! Weniger bekannt, aber auch spannend, ist die Formula Student Germany – ein Konstruktionswettbewerb, bei dem Studententeams mit sogenannten Monoposto auf der Piste gegeneinander antreten. Das sind kleine Rennwagen mit freistehenden Rädern und einem einzigen Sitz in der Wagenmitte. Zu den Konstrukteuren eines solchen Flitzers zählt das Formula Student Team aus Weingarten bei Ravensburg.

Beim Motor schlagen die angehenden Ingenieure folgenden  Weg ein. Sie bohren den Motorradmotor PC40-Vierzylinder von Honda mit 86 PS von 600 ccm auf 636 ccm auf. Doch damit der Motorradmotor in den Rennwagen passt, sind Umbauten nötig. Das Team experimentiert dabei mit zahlreichen Sonderbauteilen – unter anderem mit Kunststoff-Ritzeln, die als Kettenspanner im Kettentrieb zum Einsatz kommen. Das Problem: Ritzel mit Maßen jenseits der Serienfertigung haben lange Lieferzeiten. Die klassische Herstellung mit Fräsen ist zeitintensiv, so dass bis zur Lieferung mehrere Wochen vergehen können. Ein Dämpfer für die Experimentierfreude und das Rapid Prototyping.

Doch zum Glück haben die Studenten eine Lösung gefunden: Den 3D-Druckservice des Kölner motion plastics Spezialists. Mit dessen Hilfe sind Sonderbauteile aus Hochleistungskunststoff in weniger als 72 Stunden gefertigt. „Dank des 3D-Drucks entfallen das übliche Drehen und Fräsen mit entsprechender Zeichnungsabteilung“, erklärt Richy Göser vom Formula Student Team Weingarten. „Wir können somit zeitsparender mit Sonderbauteilen experimentieren.“

 3D-Drucker fertigt das Ritzel in wenigen Stunden

Um den 3D-Druck nutzen zu können, haben die Studenten im ersten Schritt ein digitales 3D-Modell des Ritzels am Computer konstruiert – mit Hilfe einer sogenannten Computer-Aided-Design (CAD) Software. Mit diesem 3D-Modell haben die 3D-Drucker dann ihre Arbeit aufgenommen. Die Geräte arbeiten mit dem sogenannten Selektiven Lasersintern (SLS). Ein Beschichter breitet dabei eine hauchdünne Schicht Kunststoffpulver auf einer Bauplattform aus. Der Drucker verschmilzt daraufhin mit einem Laser das Pulver überall dort, wo laut 3D-Modell das Bauteil entstehen soll. Anschließend senkt sich die Plattform um eine Schichtstärke ab und der Prozess beginnt erneut. Nach wenigen Stunden ist das Ritzel fertig gedruckt. Und die Fertigungsart ist nicht nur schneller als das Fräsen. Göser: „Wahrscheinlich ist die Fertigung mit dem 3D-Drucker auch wirtschaftlicher bei geringen Stückzahlen.“

Tribopolymer iglidur I3 macht Ritzel robust

Doch ist ein Ritzel aus Kunststoff tatsächlich robust genug, um als Kettenspanner im Kettentrieb des Motors zum Einsatz zu kommen? Ja, denn die 3D-Drucker von igus nutzen keine gewöhnlichen Polymere als Druckmaterial. Stattdessen kommen Hochleistungskunststoffe zum Einsatz, sogenannte Tribopolymere, welche das Unternehmen für dynamische Anwendungen in der Industrie entwickelt hat. Neben iglidur I3 geht auch das iglidur I6 ins Rennen und ist ebenfalls verschleißfester als gängige Kunststoffe für den SLS-Druck. Das beweisen Langzeittests im hauseigenen Labor. Die Experten haben dabei ein Schneckenrad mit 5 Nm Drehmoment und 12 U/min. getestet. Das Zahnrad aus Polyamid 12, ein klassisches Material für den SLS-Druck, blieb wegen des hohen Reibwerts bereits nach 521 Zyklen stehen. Anders das Zahnrad aus iglidur I6. Es zeigte auch nach einer Millionen Zyklen lediglich einen geringen Verschleiß und war voll funktionsfähig. „Solche Tests zeigen uns, dass wir uns auf das Material verlassen können“, sagt Göser. „Die bisher verwendeten Kugellager im Kettentrieb haben kaum mehr als 20 Kilometer gehalten – was ungünstig ist, weil unser längstes Rennen 22 Kilometer lang ist. Von den 3D-gedruckten Ritzeln von igus versprechen wir uns in der Saison 2019 deutlich höhere Robustheit.“