Getriebestufe - Materialpaarung

[rocket-tom]

Hallo zusammen,

hab da als "Stromer" mal eine Frage an die Metaller / Werkstoffkundler...

In den meisten Helis ist die Getriebestufe in Stahl (Motor) Kunststoff (Rotorwelle) ausgeführt. Warum auch immer.
(Die Frage des Gewichts der Getriebestufe möchte ich völlig ausser acht lassen)

Jetzt kam im Bekanntenkreis die Diskussion auf, man könne doch grundsätzlich statt Kunststoff auch Metall einsetzen. Vorrausgesetzt das Zahnflankenspiel ist sauber eingestellt, die Zahnräder eiern nicht etc.. sollte das soch problemlos möglich sein ?

Einwände kamen in Richtung Gleitverhalten zwischen den Zähnen bei Metall/Metall oder Kunststoff/ Metall.

Ebenso die Modulgröße wurde diskutiert.
Modul 1 in Kunststoff wäre nicht so "anfällig" für Karies wie bspw. Modul 0,5

Dann zum Material, einerseits, Stahl auf Stahl, bzw hochfestes Alu (HZR) und Stahl (Motor). Ich dachte hier dass dies die selben "Probleme" bzw. das selbe Verhalten ähnlich Kunsttoff / Stahl Paarung mit sich bringt und Stahl / Stahl die bessere Wahl wäre.

Klar es kommt natürlich auch immer auf die zu übrtragende Leistung an und man kann das sicherlich nicht pauschalieren. Aber nehmen wir als Hausnumer doch einfach mal 20 kg Heligewicht und 5kW Antriebsleistung um eine Größenordnung des Getriebes anzunehmen.

Lange Rede kurzer Sinn...

Welche Paarung würde eurer Meinung / Erfahrung hier eher passen ?
Stahl (Motor) / hochfestes Alu (HZR) oder eher Stahl / Stahl ?

Vielen Dank für Durchhalten beim Lesen und für die folgende Diskussion.

Grüße
Tom

[Exocet]

AW: Getriebestufe - Materialpaarung

Tach.

Ich würde die Kombination Stahlritzel und Kunststoffhauptzahnrad wählen. Bewährt und pflegeleicht.

Bei der Kombi Stahl/Stahl sehe ich als größtes Problem die Schmierung an.
Bei einem geschlossenem Getriebe, mit ßlbad, muss das Getriebe abgedichtet sein. Ich weiß nicht ob die Wellendichtringe die Belastung lange aushalten. Sind die Wellendichtringe defekt läuft das ßl raus.

Bide.

[uboot]

AW: Getriebestufe - Materialpaarung

Nach meiner Kenntnis benötigt die Paarung Metall/Metall immer eine dauerhafte Schmierung. Je nach Konstellation ist diese Paarung dann mehr oder weniger empfindlich, muß aber immer geschmiert werden. (Fetten oder "mal etwas draufsprühen" reicht nicht)
Mir fällt außer Stahl/Kunststoff keine Alternative ein.
Reichen für hohe zu übertragende Leistungen normale Kunststoffzahnräder nicht mehr aus, würde ich faserverstärkte Kunststoffe nehmen.
Für besondere Anforderungen gibt es sicher auch Sonderentwicklungen aus der Luft- und Ramfahrt. Die Kosten sind dann aber auch ein besonderes Thema.

[Polten Sepp]

AW: Getriebestufe - Materialpaarung

Beim SAB Comet ist eine Stahl/ Stahl- Kombination dabei. Dieses Stahl- HZR gibt gibt es auch als Zubehör für den 700er/ 770er Goblin. Aber ob das gut funktioniert, weiss ich auch nicht. Man muss auf jeden Fall gut schmieren.
Wie währe es mit Messingritzel und Stahl- HZR?

[uboot]

AW: Getriebestufe - Materialpaarung

Wie währe es mit Messingritzel und Stahl- HZR?

Das könnte funktionieren; wie lange, weiß ich nicht.

[Exocet]

AW: Getriebestufe - Materialpaarung

Tach.

Bei einem Messingritzel ist eine Abnutzung sehr wahrscheinlich. Selbst bei einer Kombi Messing/Kunststoff, habe ich gesehen, ging das Messingritzel kaputt. Hätte ich nicht für möglich gehalten.

Bide.

[Polten Sepp]

AW: Getriebestufe - Materialpaarung

Selbst bei einer Kombi Messing/Kunststoff, habe ich gesehen, ging das Messingritzel kaputt.

Dann war das höchstwahrscheinlich ein Kunststoff mit Glas- oder Karbon- Fasern drinn.
Mit Nylon- HZR hat bei mir das Messinritzel ewig gehalten.

[rocket-tom]

AW: Getriebestufe - Materialpaarung

Tach.

Bei einem Messingritzel ist eine Abnutzung sehr wahrscheinlich. Selbst bei einer Kombi Messing/Kunststoff, habe ich gesehen, ging das Messingritzel kaputt. Hätte ich nicht für möglich gehalten.

Bide.

Das kann ich bestätigen.
Kleines Getriebe, Motor Kunststoff, Abtrieb Messing, dauerhaft geschmiert.
Messingzahnrad machte die Grätsche. War in einem RC-Car verbaut.

Die Kombi Metall / Kunststoff erschien mir auch als die beste.
Aber 3 Kollegen auf unterschiedlichen Kontinenten haben unabhängig voneinander genau den Fall gehabt, dass es ihnen in einer bestimmten Mechanik das Kunststoff HZR gestrippt hat und alle sagten dass sie nun Metall einsetzen.

Warum das Kunststoff-Zahnrad gestrippt wurde ist mir unklar.
Keine großen Lastwechsel, Zahnflankenspiel ist fix und nicht veränderbar.
Solange das Kunststoffzahnrad nicht warm wird sollte doch nix passieren ?
Aber wie gesagt, es passierte wohl trotzdem...
Vermutlich weil die zu übertragende Kraft doch zu hoch war und das Material dann doch nicht fest genug ?

Deshalb war der Gedanke HZR aus Metall in den Raum geworfen worden.

Die Frage nach der Schmierung ist m.E. mehr oder weniger zu vernachlässigen, da wir von Betriebszeiten kleiner 15 min sprechen und da dürfte ein Teflonspray vor Betrieb sicher gute Dienste verrichten.


Grüße
Tom

[Polten Sepp]

AW: Getriebestufe - Materialpaarung

Mann könnte ja auch einfach das Kunststoff- HZR grösser dimensionieren. Auserdem sind gefräste Kunsstoff- Zahnräder aus POM oder PEEK oder so, besser, als diese gegossenen Nylondinger.

[rocket-tom]

AW: Getriebestufe - Materialpaarung

Mann könnte ja auch einfach das Kunststoff- HZR grösser dimensionieren. Auserdem sind gefräste Kunsstoff- Zahnräder aus POM oder PEEK oder so, besser, als diese gegossenen Nylondinger.

Eine ßnderung der Dimensionierung ist leider nicht machbar.
Auch ein doppelstöckiges Zahnrad geht nicht.

POM , PEEK ist haltbarer als Nylon ?

[echo.zulu]

AW: Getriebestufe - Materialpaarung

Ich würde auf jeden Fall zu einer Stahl/Kunststoff Kombination greifen. Die meisten Metall-Kunststoff-Getriebe sind selbstschmierend und sind somit fast wartungsfrei.

Nylon oder Polyamid als Kunststoff gehen meiner Erfahrung nach leider nur bei moderater Belastung. Besser ist POM (Delrin) geeignet.

Nylon und PA sind nicht gut maßstabil, das heißt sie weisen eine relativ starke Ausdehnung bei Erwärmung und durch Wasseraufnahme auf. Der Wasseranteil im Kunsstoff ist aber notwendig, damit er nicht spröde wird. Beim Fräsen neigen die Materialien außerdem zum Schmieren/Kleben.

POM ist hingegen wesentlich wärmefester, nimmt weniger Wasser auf und ist sehr gut spanabhebend bearbeitbar.

[Polten Sepp]

AW: Getriebestufe - Materialpaarung

Eine ßnderung der Dimensionierung ist leider nicht machbar.
Auch ein doppelstöckiges Zahnrad geht nicht.

POM , PEEK ist haltbarer als Nylon ?

Ich denke schon das Delrin, POM oder PEEK haltbarer, vor allem bei höheren Temperaturen sind. Nicht umsonst haben bessere Helis diese Zahnräder.
Vor allem ist die Masshaltigkeit bei gefrästen Teilen besser, als bei gegossenen Teilen, was auch wiederum der Stabilität zu gute kommt.

[Luckylouds]

AW: Getriebestufe - Materialpaarung

Hallo,

also grundsätzlich immer "hart" an "weich"...Sprich z.B. Stahl oder harteloxiertes Aluminium an Kunststoff. Das härtere Material ist immer am kleineren Zahnrad zu wählen ( Ritzel), da hier durch den kleineren Umfang viel mehr Eingriffe ins größere Zahnrad auftreten, was zu einem höheren Verschleiß führt.

Alles was im Moment an Stahl/ Stahl Kombinationen am Markt so herumschwirrt, ist einfach nur einer Unterdimensionierung des Kunststoffzahnrades geschuldet. Wenns net hält macht manns halt aus Stahl und verkaufts als "Competition V2 Evoluzione Master Edition"

Grüße Dino

[rocket-tom]

AW: Getriebestufe - Materialpaarung

Und in meiner "alten Heimat" auf raketenmodelbau.de habe ich eine m.E. ebenso sehr kompetente Antwort eines Namensvetters bekommen, welches ich (mit seiner Erlaubnis) auch hier bei euch posten möchte:

--------------- Zitat----------------------------------

Hallo Tom,

bei gleichem Werkstoff und ungehärteten Zahnflanken sind Zahnradpaarungen mit gleicher Härte aufgrund der Fressgefahr zu vermeiden.

Bei Gusseisen und gehärteten + geschliffenen Zahnflanken, besteht das Problem nicht mehr. Auch Paarungen aus gehärtetem und ungehärtetem Metall sind nicht mehr betroffen da das ungehärtete Rad aufgrund der Kaltverfestigung durch das ständige ßberrollen fester wird (Aluminiumlegierungen zeigen im Allgemeinen ausgeprägte Kaltverfestigungserscheinungen).

Ritzel sollten wenn möglich aus einem festeren Werkstoff sein als das Großrad (höhere Belastung des Zahnfußes)

Neben dem Nachweis für Zahnfußtragfähigkeit, welche in erster Linie von der Festigkeit der Materialien abhängt, muss auch ein Nachweis auf Grübchentragfähigkeit (Grübchenbildunng ist auch als Pitting oder "Karies" bekannt) gemacht werden. Letzterer beruht auf der Hertzschen Pressung und vergleicht die auftretende Flankenpressung mit der zulässigen Flankentragfähigkeit.
Dokumentiert sind die Nachweise z.B. in "Roloff/Matek Maschinenelemente". Im zugehörigen Tabellenbuch finden sich die Materialkennwerte für verschiedene Stähle.

Ich würde wahrscheinlich ein gehärtetes Stahlritzel und ein Großrad aus einer Aluminiumknetlegierung oder ungehärtetem Stahl verwenden. Wie breit die Zähne sein müssen und wie groß das Modul sein muss kann dann nur ordentlich mit einem Festigkeitsnachweis bestimmt werden (siehe Roloff/Matek).

Zu Kunstoff kann ich leider keine Aussage machen. Mein Werkstoffkundeprofessor meinte immer "Wer Kunstoff kennt nimmt Stahl"

Viele Grüße
Thomas

--------------Zitat Ende-----------------------

Zusammen mit euren Postings ergibt sich hier nun ein sehr schönes Gesamtbild mit fachlichem Hintergrund.

Vielen Dank an euch alle

Grüße
Tom

[uboot]

AW: Getriebestufe - Materialpaarung

Aber 3 Kollegen auf unterschiedlichen Kontinenten haben unabhängig voneinander genau den Fall gehabt, dass es ihnen in einer bestimmten Mechanik das Kunststoff HZR gestrippt hat und alle sagten dass sie nun Metall einsetzen.

Warum das Kunststoff-Zahnrad gestrippt wurde ist mir unklar.
Keine großen Lastwechsel, Zahnflankenspiel ist fix und nicht veränderbar.
Solange das Kunststoffzahnrad nicht warm wird sollte doch nix passieren ?
Grüße
Tom

War das jeweils der identische Lastfall, oder wie waren die genauen Bedingungen?
Wenn das Zahnrad aus Thermoplast ist, spielt die Temperatur eine Rolle.
Wenn aus Duroplast, dann nicht. Das Material der gängigen HZR kenne ich nicht.

Wenn ich alle posts vorher gelesen hätte, wäre dierer hier obsolet.