Zahnriemenscheiben – Vergleich von Nylon und Aluminium

Bei jeder Anwendung, bei der es eine Antriebs-, Abtriebs- oder Umlenkrolle gibt, müssen Ingenieure und Konstrukteure die Eigenschaften der Materialien berücksichtigen, die bei der Konstruktion von Zahnriemenscheiben verwendet werden, bevor sie sich auf eine endgültige Konstruktion festlegen. Nylon und Aluminium sind die beiden gängigsten Konstruktionsmaterialien für Zahnriemenscheiben. Beide Materialien haben je nach Anwendung ihre Vor- und Nachteile.

Synchronriemenscheiben aus Nylon sind leicht und bieten eine hervorragende Trägheitskontrolle, was wiederum zu Energieeinsparungen führt. Sie zeichnen sich durch gute Verschleißeigenschaften, inhärente chemische Beständigkeit, Materialkosteneinsparungen und keine Oxidationsprobleme aus.

Zahnriemenscheiben aus Aluminium gelten ebenfalls als leicht, obwohl sie schwerer als Nylon sind. Sie haben eine moderate Trägheitskontrolle und zeigen hervorragende Verschleißeigenschaften. Sie sind mechanisch haltbar, haben aber einige Oxidationsprobleme, wenn sie unbehandelt sind (Klarlack oder Eloxierung).

Additive für das Nylon können dem Endverbraucher wichtige und manchmal notwendige Eigenschaften verleihen, einschließlich Materialien, die UL94-V0 flammhemmend, FDA- und RoHS-konform oder nicht leitfähig für elektrostatisch empfindliche Prozesse sind. Nylon-Riemenscheiben, ob zeitgesteuert oder nicht, haben keine magnetische Signatur. Je nach Anwendung ist die Zugfestigkeit von Nylon zwar geringer als die von Aluminium oder Stahl, aber für Antriebssysteme mit geringer oder geringer PS-Leistung oft mehr als ausreichend.

Bei Konstruktionen, bei denen Zahnscheiben Temperaturen von über 120 Grad Celsius (250 Grad Fahrenheit) aushalten müssen, sind Nylon-Riemenscheiben mechanisch einwandfrei, nähern sich jedoch einer Temperatur, bei der eine Materialverformung möglich ist. Die meisten Synchronzahnriemen haben eine maximal empfohlene Betriebstemperatur von etwa 82 Grad Celsius (180 Grad Fahrenheit). Obwohl Kosteneinsparungen eine Riemenscheibe aus Nylon attraktiv machen, kann Aluminium in Hochtemperaturanwendungen die klügere Wahl sein. In jedem Fall ist der begrenzende Faktor die Temperatur, bei der der gewählte Riemen versagt.

Nylon ist etwas weniger als 2,5-mal leichter (g/cc) als Aluminium, wenn man feste Formen vergleicht. Aber wenn es um richtig konstruierte Zahnriemenscheiben geht, kann Nylon bis zu fünfmal leichter sein als Aluminium und dennoch in der Lage sein, die gleichen Drehmoment- und Geschwindigkeitsanforderungen zu erfüllen.

Wie ist das möglich? So wie die meisten Aluminium-Autoräder vier bis sechs Speichen haben, um Kosten und Gewicht zu sparen, ohne die Festigkeit, Ausgewogenheit oder Leistung zu beeinträchtigen, gelten die gleichen Prinzipien, wenn es um die Konstruktion und Formgebung von Nylon-Riemenscheiben geht.

Der Steg der Riemenscheibe und die Nabe sind auf Festigkeit, Materialeinsparung und Kosteneinsparung ausgelegt. Bei einigen Riemenscheibenprofilen aus Nylon wird ein Aluminiumsteg verwendet, um eine Durchbiegung zu vermeiden, die Festigkeit zu erhöhen und das Verformungspotential während des Kühlzyklus nach dem Formen zu minimieren. Synchronriemenscheiben aus Nylon können komplett aus Kunststoff oder aus Kunststoff mit einem umspritzten Metalleinsatz geliefert werden. Diese Metalleinsätze können aus Aluminium, Stahl und Edelstahl bereitgestellt werden und können gekeilt, geräumt, verzahnt oder mit Stellschrauben versehen sein, genau wie eine massive Aluminium- oder Stahlriemenscheibe.

Sowohl Nylon- als auch Aluminiumriemenscheiben können mit ein- oder zweireihigen Radiallagern ausgestattet werden, die in die Naben eingepresst werden. Beide können auch mit Einzel- oder Doppelflanschen geliefert werden und bieten eine Vielzahl der gängigsten Zahnprofile. Nylonscheiben können als Stufenscheiben ausgeführt werden, wenn zwei oder mehr unterschiedliche Teilkreisdurchmesser auf eine gemeinsame Buchse gepresst und verstemmt werden.

Aufgrund des kontinuierlichen Strebens nach Effizienz und Kosteneinsparungen in der Automobil- und anderen Industrien findet man Kunststoffriemenscheiben häufig unter der Motorhaube Ihres Autos, in Ihrer Tischkreissäge oder sogar beim Fahren Ihres Rasenmähers. Die Kunststoffindustrie hat in den letzten zwanzig Jahren einen langen Weg zurückgelegt. Jetzt sind neue Additive und Fasern verfügbar, die eine Feinabstimmung der Materialeigenschaften für spezifische Anwendungen in einer Vielzahl von Branchen ermöglichen. In vielen Fällen bieten sie die gleiche oder bessere Leistung als ihre Gegenstücke aus Metall.

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