VICTREX® PEEK™ erschließt neue Möglichkeiten für elektrische Feststellbremse

Wie kann man durch konstruktive Auslegung und sinnvolle Werkstoffauswahl einen Aktuator mit Getriebe bei extrem hoher Leistungsdichte und geringem Gewicht wirtschaftlich herstellen?

Diese umfassende Problemstellung ergab sich für der Fa. TRW bei der Konzeptionierung einer neuen elektrisch gesteuerten Feststellbremse. Hier übernimmt ein Aktuator eine Antriebseinheit bestehend aus einem E - Motor und einer Getriebeeinheit, die Aufgabe, die Feststellbremse zu aktivieren. Die geforderte Gesamtübersetzung lag bei 150:1. Die Baugruppe sitzt direkt auf dem Bremssattel in der Felge, wodurch der zur Verfügung stehende Bauraum entsprechend begrenzt ist. Für das Getriebe verblieb nur ein Bauraum von 52mm Durchmesser und einer Höhe von 30mm.

Dementsprechend anspruchsvoll war der Anforderungskatalog der an die Getriebeeinheit gestellt wurde, da durch nur geringen Bauraum hohe Momente in chemisch aggressiver Umgebung zu übertragen waren. Die Anforderungen galten zudem auch noch bei erhöhten Temperaturen. Da der Aktuator direkt mit dem Gussgehäuse der Bremse verbunden ist, können kurzfristige Temperaturspitzen bis zu 180°C auftreten. Im folgenden eine kurze Auflistung der Hauptanforderungen:

- mechanische Belastung: Spitzenmoment: 25 Nm

Nennmoment: 15Nm

Belastungszyklen: 100.000

- Temperaturbelastung: Einsatztemperatur: -40 - +120°C

Spitzentemperatur: +180°C

- geforderte chem. Beständigkeit: Langzeit - Beständigkeit gegen sämtliche im Automobil vorkommende Betriebsflüssigkeiten wie Kraftstoffe, Öle, Bremsflüssigkeit etc. über den vorgenannten Temperaturbereich

Dieser bereits recht komplexe Anforderungskatalog wurde ergänzt durch die Forderung nach hoher Wirtschaftlichkeit.

Man entschied sich diese Entwicklung dem späteren Serienlieferanten zu übertragen. Die Wahl fiel auf die Oechsler AG, einem Anbieter von Präzisionsspritzgussteilen mit eigener Entwicklung und Werkzeugbau, der sich seit geraumer Zeit zunehmend auf die Entwicklung und Fertigung kompletter Baugruppen, insbesondere Getriebe spezialisiert. Hier traf man auf ein breites Know How in Bezug auf klassische Stirnrad- und Planetengetriebe, sowie Getriebe mit speziellen Kinematiken.

Im Rahmen eines Konzeptvergleiches wurden mehrere alternative Baukonzepte erwogen. Letztendlich fiel die Auswahl der Getriebeeinheit auf ein Taumelgetriebe, ein nicht alltägliches Getriebekonzept, das hohe Anforderungen an eine exakte Auslegung und an die richtige Werkstoffauswahl stellt. Die Gesamtübersetzung von 150:1 verteilte man auf eine Zahnriemenstufe und das Taumelgetriebe mit einer Übersetzung von 50:1.

Besondere Beachtung kam der Werkstoffauswahl der Getrieberäder zu, einem Antriebs- und einem Taumelrad. Die Höhe der zu wandelnden und übertragenden Drehmomente verlangte nach einem hochfesten Werkstoff. Des weiteren benötigt die Taumelscheibe zwei Zapfen zur Abstützung, die in entsprechenden Führungen des Metallgehäuses laufen und mechanisch sehr hoch beansprucht werden. Hohe Gleitgeschwindigkeiten in Verbindung mit einer nahezu punktförmigen Auflagefläche verlangen hier dem Werkstoff zudem noch sehr gute tribologische Eigenschaften ab, da sowohl die Abriebfestigkeit bei 100.000 Zyklen garantiert werden musste, als auch ein geringer Reibungskoeffizient zwischen Taumelrad und Metallgehäuse den Wirkungsgrad des Getriebes nicht unerheblich positiv beeinflusst.

Das Kunststoffspritzgussverfahren bietet die einzigartige Möglichkeit, eng tolerierte Sonderverzahnungen mit für die Anforderung ausreichender Festigkeit in hohen Stückzahlen wirtschaftlich herzustellen. Weitere Vorteile einer Thermoplastlösung sind Gewichtsersparnis und geräuschärmerer Lauf.

In einigen Versuchsreihen wurden mehrere Werkstoffe und Werkstoffkombinationen evaluiert. Letztendlich fiel die Wahl auf den Hochleistungsthermoplasten VICTREX® PEEK™, Polyetheretherketon, der in Europa exklusiv über die Victrex Europa GmbH mit Sitz in Hofheim im Taunus vertrieben wird und durch seine Eigenschaftskombination unter den Thermoplasten die Spitze im Preis-/Leistungsverhältnis mark

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Helen Swarbrick
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