Konstruktion und drucken eines Evolventen- Zahnrades

[AtlonXP]

Hallo zusammen,
schon sehr lange besteht bei mir der Wunsch, ordentliche Zahnräder nach Norm drucken zu können.
Doch leider ist die Konstruktion vor allem des Evolventen- Zahnrades nicht so einfach.

Auch stellte ich mir ewiglange die Frage, ob der RF1000 ein geeignetes Druckergebnis liefern kann.

Hier möchte ich ein paar Versuche von mir vorstellen.
Gedruckt wurde mit einer 0,4 mm Düse (EW 0,4) und LH 0,1 mm.
Aus ABS Material.

Für normale Zahnräder nicht zu fein mit der Zahngröße, eignet sich ABS hervorragen.
Es ist selbstschmierend und zäh genug, normale Belastungen auszuhalten.

Doch leider, wenn der Durchmesser kleiner und die Zähne feiner werden sollen,
empfiehlt es sich eine Düse <= 0,2 mm zu verwenden.
Ich habe hierzu bei ABS bedenken, dass das Material bei kleinen Düsen Ärger machen könnte.
ABS setzt gerne im Hitzebrecher und im Düsenschafft Ablagerungen ab.
Das will ich mir nicht antun!

Mein PA12 ist hierfür geeigneter.
Auch habe ich noch eine original verpackte Rolle POM hier liegen.
Zu POM kann ich noch nichts sagen…


Gesamt Überblick.

Bild 1:

Bild_1.jpg

Hier sieht man schön was eine Evolvente am Zahnrad sein soll.
Es ist eine Krümmung der Zahnflanken, damit das Zahnrad einen ruhigen lauf hat und immer ein Kraftschluss vorhanden ist.

Bild 2:

Bild_2.jpg

Hier noch mal das Ganze nur in kleiner.
Wie man sieht, werden durch die 0,4 mm Düse nicht alle Ecken homogen ausgefüllt.
Hier ein paar Daten zu dem kleinen Zahnrad:

ZN = 16
Modul 1
Höhe = 5
Achse = 3,2

Kopfkreisdurchmesser da [mm] 18
Teilkreisdurchmesser d [mm] 16
Fußkreisdurchmesser df [mm] 13.5
Teilung P [mm] 3.14

Zahnstange:
L 80
M1
B 5
H 4,5

Bild 3:

Bild_3.jpg

Und weil so schön war, das ganz Kleine in ganz groß!
Die Bahnbreite von 0,4 mm sollte gut zu erkennen sein und die Löcher auch!

Bild 4:

Bild_4.jpg

Die Zahnräder haben von mir einen Extender verpasst bekommen für weitere Verwendungen.
Bis jetzt sind es nur Machbarkeitsstudien.

LG AtlonXP

[Digibike]

Hi,

funktionieren schon. Nicht ganz ohne ist es auch noch... Hab mich hier durchgekaut. Hat, wie man am Ende gesehen hat, auch funktioniert. Die Dinger laufen tadellos! Also, Drucken geht. Aber jetzt gleich die Einschränkung! Es sind keine Spritzguss-Teile und es wird Kraft übertragen. Dabei entsteht Reibung. Reibung erzeugt Wärme. Im Flightdeck meines Sohnes ist das kein Problem. Werden die Zahnräder aber kontinuierlich angetrieben (Elektromotor o.ä.), werden Sie nicht wirklich lang halten. Schon recht geringe Drehzahlen lassen die Materialien schnell kolabieren - da empfiehlt sich ein geschlossenes Gehäuse und ein Fett-/Ölbad, in dem Sie laufen. Das schließt jedoch einige Kunststoffe wiederrum aus. Am geeignetsten dürfte, ohne es jetzt überprüft zu haben, wohl das Igus dafür sein - allerdings auch am liederlichsten zu drucken... Auf Youtube hat mal einer vor gar nicht so langer Zeit dazu versuche mit PLA, PETG und ABS gemacht. Finde den Beitrag aber gerade nicht. War ernüchternd... Ohne Schmierung waren teilweise keine 5 min. zu erreichen, je nach Drehzahl.

Bei den Modulen ist halt auch zu beachten, dass nicht unter 17 Zähne gegangen wird, ansonsten wird es problematisch mit Unterschneidungen bei den Zähnen... Diese sind zwar konstruktiv einbringbar, bedeuten aber eine Schwächung der Zähne, was hier nochmals negativ zur Belastbarkeit einwirken würde. Da die Druckauflösung eine weiter Begrenzung darstellt, wird, je nach Übersetzung, das Getriebe auch schnell recht groß. Ich kann zwar eine kleiner Düse montieren, aber auch hier sind Physikalische Grenzen gesetzt. Ist schon eine kleine Wissenschaft für sich - für niedrige Drehzahlen und wenig Kraft realisierbar, aber nach oben hin, geht schnell die "Luft" aus. Verbesserungen könnte es bezüglich Schrägverzahnung geben. Dadurch wird die Kraft kontinuierlich eingeleitet und über mehrere Flanken verteilt. Allerdings ist der Konstruktionsaufwand dann auch höher und eine Schmierung sollte man trotzdem einplanen...

Aber schöne Studie! Mal gespannt, wo Sie zur Anwendung kommen...!?

Gruß, Christian

[AtlonXP]

Hallo Christian,
Kunststoffzahnräder haben durchaus ihre Grenzen.

Bei 100 000 U/min kommt jedoch jeder Werkstoff an diese.
Der Einsatzzweck bestimmt die Konstruktion.

Ich beschäftige ich mich mit dem Thema Zahnrad schon seit Jahren.
Nur waren damals meine CAD Kenntnisse noch unterirdisch…

Kunststoffzahnräder benötigen normalerweis keine Schrägverzahnung.
Der Kunststoff läuft auch so geschmeidig und mit einer guten Evolventen- Verzahnung ist das auch so ok.
Bei höher Krafteinwirkung druckt man die Zahnräder einfach breiter.

Auch für mich wäre ein Praktischer Test interessant,
wie weit man es mit Kunststoffzahnräder treiben kann.
Das Thema Kraft / Temperatur ist wohl maßgebend.

So neben bei, das Igus Material ist POM!
Mein POM Material ist nicht von Igus und darum ist es auch nur halb so teuer.
Mancher Hersteller gibt während der Polymerisation von POM,
noch zusätzlich etwas Schmieröl mit hinzu.
Die Reibung soll somit nochmals minimiert werden!

Ob das für unser Betthaftung von Vorteil ist, möchte ich bezweifeln.

Wenn man die Zähne so wie ich druckt,
kommen die schon annähernd an die Spritzguss Qualität ran.

Du schreibst bei 17 Zähnen gibt es eine Grenze.
Mein Zahnrad hat aber nur 16 Zähne und jetzt?

Wir treffen uns vielleicht irgendwo bei 8 Zähnen und dem falschen Modul dazu.

Auf jeden Fall wird hier das Sommerloch etwas gestopft!

LG AtlonXP

[af0815]

Kuststoffzahnräder können nicht so schlecht sein. Ein ehemals großer Konzern hat die bei Kassettenlaufwerken und Videorekorder im großen Stil verwendet. Spitzguß natürlich, mehrfachfallend. War gar nicht so einfach das zu optimieren, das der Guß auch wirklich Rund ist und vor allen (fast) kein Abfall entsteht. Ich habe mir damals leider nicht gemerkt, welche Materialien das waren. Es wurden aber oft 2 verschiedene Materialien kombiniert. Ein Zahnrad das härtere Material, das andere eher weicher. Das weichere Material war relativ schlecht zum verarbeiten, wir haben damals gewitzelt, ein Tropfen Blut dazu und es läuft von alleine weg Die Kombination hat auch dazu beigetragen, das die Laufruhe entsprechend gegeben war, weil das sich ja sonst im Bandlauf auch niedergeschlagen hätte. Bei den später hergestellten DCC (Digitale Compakt Kasetten) Laufwerken wurde wieder mehr Metall verwendet.

Die Frage ist, wieviel Kraft wirkt auf die Zahnflanke ein, das ist sicher der Faktor, nicht die Zähneanzahl.

[AtlonXP]

Zu der Zahnrad Kombination gibt es ein paar Faustregeln:
- Das kleinere Zahnrad sollte aus Verschleißfesterem Material bestehen.
- Die Zähne des Kleineren, sind viel öfter im Eingriff und die Zahnflanken können wegen des kleineren Durchmessers geschwächt sein. (Christans Befürchtung trifft natürlich hier zu).

- Es empfiehlt sich eines der beiden Zahnrad mit einer ungeraden Zähne Zahl zu wählen.
Somit greifen die Zähne bei mehrfacher Umdrehung nicht immer an der gleichen Stelle ineinander ein.

In der Industrie kommen meistens die beiden Kunststoffe PA und POM zum Einsatz.
Beide Kunststoffe werden als Lagermaterial bezeichnet.
Ich bin selber gespannt wie sich POM verhält und wie es sich verdrucken lässt.
Mein PA12 eignet sich auf jeden Fall gut für Zahnräder.

Ich muss meine Aussage, dass in POM bei der Polymerisation Öl eingelagert wird revidieren!

Es wird bei PA12 während der Polymerisation eingelagert!
Siehe hier HAWAMID PA 12G + Öl:
https://www.hawacast.de/de/hawamid-pa-1 ... pa-12g-oel

Dann gibt es hier noch was PA 12C Lauramid®:
https://www.handtmann.de/kunststofftechnik/werkstoffe

Hier noch ein Nachtrag über eine neue Fabrik für PA12.
https://www.faz.net/aktuell/wirtschaft/ ... 28629.html

Kein Wunder war mein PA12 Material so teuer!

LG AtlonXP

[rf1k_mjh11]

Hallo Zahnradschnitzer,

Zuerst einmal möchte ich dem Digibike zustimmen - selbstgedruckte Zahnräder weisen für schnelllaufende Anwendungen eher eine sehr kurze Lebensdauer auf. Jedoch werden selbstgedruckte Zahnräder schon ewig verwendet. Mein erster Drucker, ein Mendel (BJ 2011), hatte beim Extruder ein gedrucktes Ritzel und Zahnrad. In den damaligen Kreisen war es üblich, sich aus Vorsicht recht früh Ersatzräder zu drucken. Ich musste meine Ersatzräder auch nach 4 Jahre des Druckens noch nicht einsetzen - also waren sie schon recht langlebig. Beachten muss man natürlich, dass die Drehzahl der Zahnradpaarung im Extruder schon sehr niedrig war, die Last ebenso. (Nach 4 Jahren kam der RF1000 und der Mendel führte nur mehr ein armseliges Dasein, bis ich ihn um €50 'verschenkte'.)
Hätte ich so eine selbstgedruckte Zahnrad Kombination damals in mein Modellauto (mit Verbrenner: ein 3.5 cm³ Pico mit bis zu 24000 U/min) eingesetzt, hätte ich vermutlich alle 100 Sekunden einen neuen Satz Zahnräder benötigt.

Zur Evolventenverzahnung:
Eigentlich gibt es sehr gute Wiki-Seiten, zum Teil mit Animationen (hier und hier).
Der Punkt, an dem sich die zwei Zahnräder berühren, läuft entlang einer Linie, der sogenannten Eingriffslinie. Diese Linie verläuft unter einem Winkel, treffenderweise Eingriffswinkel genannt. Dieser Winkel ist meist 20°, aber 14.5° und 25° sind auch üblich. Je größer der Winkel, desto mehr drücken sich die Zahnräder unter Last voneinander weg und desto größer werden die Verluste. Andererseits wird bei größeren Winkeln der Zahngrund 'dicker' und die Zähne dadurch 'robuster'. Wichtig ist, dass beide Zahnräder denselben Eingriffswinkel verwenden.
Eine Erhöhung des Eingriffswinkels ist ein Trick, mit dem man geringere Zähnezahlen ohne Unterschneidung einsetzen kann.

Bei den Modulen ist halt auch zu beachten, dass nicht unter 17 Zähne gegangen wird, ansonsten wird es problematisch mit Unterschneidungen bei den Zähnen...

Siehe einmal den letzten Satz in vorhergehenden Absatz. Das war Trick 1. Trick 2 nennt sich Profilverschiebung. Dabei wird das Profil des einen Rades nach außen, gleichzeitig das des zweiten nach innen verschoben. Damit wird ebenfalls der Zahngrund 'dicker' und 'robuster'. Das erlaubt ebenfalls geringere Zähnezahlen.
Mithilfe beider Tricks bin ich bei diesem Planetensatz bis auf 6 Zähne hinunter:

GearBrg_10-6-22.jpg

Bei der Konstruktion der Zahnräder geht es mit diesen Webseiten recht gut (Link1 Link2). Man kann mit beiden Seiten direkt sehen, wie sich die einzelnen Parameter auf die Zahnräder auswirken. Link1 erlaubt auch die Eingabe einer Profilverschiebung. Link2 erlaubt dafür die Ausgabe des Ergebnisses direkt als DXF-Datei. Steht als Ausgabe nur das SVG zur Verfügung, muss man (eventuell) die Datei in das DXF-Format umwandeln, um es in einem CAD Programm zu verwenden. Dazu eignet sich Inkscape, beispielsweise, das es auch in einer portable Version gibt (da muss man es nicht installieren).

Eines der zwei Links hatte ich verwendet, als ich den Planetensatz im obigen Bild konstruierte.

Bei 100 000 U/min kommt jedoch jeder Werkstoff an diese.

Der Winkeltrieb im Zahnarztbohrer kommt aber schon sehr knapp hin (falls da ein Winkeltrieb überhaupt drin ist).

Gesundheit allerseits!

mjh11