Gängige Werkstoffe für Automobilgetriebe und ihre Anwendungen in Fahrzeugsystemen

Warum die Materialauswahl für Zahnräder in Automobilsystemen wichtig ist?

Die Hauptfunktion des Getriebes ist die Drehmomentübertragung . Drehmoment ist die Rotationskraft im Fahrzeug; das Getriebe hilft, das Drehmoment beim Beschleunigen zu übertragen (zu regulieren). Ein niedrigerer Gang (höheres Übersetzungsverhältnis) überträgt mehr Drehmoment, was beim Bergauffahren und Ziehen schwerer Lasten hilfreich ist.

Das Zahnrad überträgt die Bewegung von der Kurbelwelle auf die Antriebswelle, die letztendlich die Räder antreibt. In Fahrzeugen können Zahnräder in Kurven auch eine umgekehrte Drehrichtung ausführen.

Die Aufrechterhaltung der Drehzahl des Antriebsstrangs ist die Hauptfunktion des Getriebes in einem Fahrzeug. Niedrigere Gänge tragen dazu bei, höhere Drehzahlen zu erreichen, und umgekehrt.

In einem Fahrzeug können zwei Arten von Getrieben verwendet werden. Die Kenntnis der Unterschiede zwischen Getrieben für hohe Belastungen und Getrieben für kleine Motoren hilft Ihnen, das Konzept zu verstehen.

• Hochleistungsgetriebe übertragen Kraft und Drehmoment in schweren Maschinen. Diese Zahnräder sind größer, mit höheren Schrägungswinkeln oder mehreren Übersetzungsverhältnissen.
• Geräte mit geringerer Leistung verwenden kleine Motorzahnräder zur Kraft- und Drehmomentübertragung. Diese Zahnräder sind kleiner und bestehen aus einfachen Stirnrädern.

Die Wahl des richtigen Materials ist entscheidend, da eine falsche Entscheidung eine Kette von Problemen in Bezug auf Mechanik, Sicherheit, Leistung und Wirtschaftlichkeit in Automobilsystemen auslösen kann. Die Folgen sind oft gravierend, kostspielig und mitunter gefährlich. Bei der Auswahl des Zahnradmaterials ist es wichtig, Herstellbarkeit, Kosten und mechanische Eigenschaften in Einklang zu bringen.

Das Fahrzeuggetriebe muss so zuverlässig sein, dass es Millionen von Schaltzyklen ohne Beschädigung übersteht und somit Reparatur- und Austauschkosten vermeidet. Durch die Verwendung von Schrägverzahnung anstelle von Stirnradverzahnung wird eine Geräuschreduzierung erreicht, was den Geräuschpegel im Innenraum senkt. Das Getriebe muss eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen, um seine Lebensdauer zu verlängern und die Wartungskosten zu reduzieren.

Werkstoffe für Zahnräder in der Automobilindustrie

Für die Herstellung von Fahrzeuggetrieben können verschiedene Materialien verwendet werden. Die Details zu all diesen Materialien lauten wie folgt:

• Zahnräder aus Stahllegierung: Festigkeit und Haltbarkeit

Das gebräuchlichste Fertigungsmaterial für Zahnräder ist Stahl und seine Legierungen. Es bietet hohe Widerstandsfähigkeit, Festigkeit, Zähigkeit und Hitzebeständigkeit.

• Der Kohlenstoffgehalt von Stahl bestimmt seine Festigkeit. Die Kohlenstoffkonzentration liegt bei etwa 0,3–0,6 %. Kohlenstoffstahl ist eine kostengünstige Lösung für Langlebigkeit, Festigkeit und Hitzebeständigkeit.
• Die Legierung 20CrMnTi enthält Chrom, Titan und Mangan. Sie zeichnet sich durch hohe Härtbarkeit, Dauerfestigkeit und Verschleißfestigkeit aus.
• Die Legierung 18CrNiMo7-6 ist so konstruiert, dass sie hohen Belastungen standhält und eine hohe Leistung erbringt.

Vorteile

• Die Stahllegierung besitzt eine hohe Zugfestigkeit, was bedeutet, dass sie Drücken von mehr als 1080 MPa standhält.
• 18CrNiMo7-6, 20CrMnTi und Kohlenstoffstahllegierungen zeichnen sich durch hohe Haltbarkeit und große Hitzebeständigkeit aus.

Anwendungen

• Am häufigsten werden Zahnräder aus Stahllegierung in den Eingangs- und Ausgangswellen eingesetzt.
• Die Tellerrad- und Ritzelsätze in Kfz-Differenzialen werden aus Stahllegierungen hergestellt.
• Diese Zahnräder werden in Geräten mit hohem Drehmoment wie Turbinen, Getrieben für die Luft- und Raumfahrt sowie Bergbaumaschinen verwendet.

Herstellungsprozess

• Für die präzise Fertigung von Stirnrädern, Zähnen und Formteilen wird die CNC-Bearbeitung eingesetzt.
• Die Härte und Zähigkeit des Materials bleiben durch Wärmebehandlungen wie Abschrecken und Aufkohlen erhalten.

• Zahnräder aus Edelstahllegierung: Korrosionsbeständigkeit und lange Lebensdauer

Automobilzahnräder erfordern Edelstahllegierungen mit Korrosionsbeständigkeit, Langlebigkeit und langer Lebensdauer. Der Chromgehalt bildet eine schützende Oxidschicht, die Rost, Oxidation und chemische Einflüsse abwehrt. Daher eignen sich diese Legierungen optimal für feuchte und im Freien eingesetzte Fahrzeugsysteme. Die verfügbaren wärmebehandelten Sorten sind hochfest, ermüdungsbeständig und verschleißfest.

Vorteile

• Hohe Beständigkeit gegen Korrosion und Rost.
• Hohe Belastbarkeit und Langlebigkeit.
• Lange Lebensdauer und geringer Wartungsaufwand.

Anwendungen

• Zahnräder der Schiebedach- und Fensterheber
• Spiegelfaltmechanismen
• HVAC-Stellantriebssysteme
• EV-Hilfsantriebssysteme

Herstellung

Festigkeit, Genauigkeit und reibungsloser Zahneingriff werden durch CNC-Bearbeitung, Wärmebehandlung, Oberflächenveredelung und Präzisionsschleifen gewährleistet.

• Technische Kunststoffzahnräder: Geräuschreduzierung und Kosteneffizienz

Der Einsatz von Konstruktionstechniken ist in der Automobilindustrie weit verbreitet. Zahnräder für Verstellsysteme werden aus diesen Materialien gefertigt. Gängige Konstruktionstechniken, die bei der Herstellung von Zahnrädern Anwendung finden können, sind folgende:

• Es handelt sich um einen kristallinen technischen Thermoplast, der in der Formenbauindustrie zur Herstellung von Zahnrädern eingesetzt werden kann. Er weist eine geringe Reibung (0,2–0,3) und selbstschmierende Eigenschaften auf.POM weist eine Schrumpfungsrate von (2-3,5%) und eine sehr geringe Feuchtigkeitsaufnahme (0,2-0,5%) auf.
• Es handelt sich um einen teilkristallinen thermoplastischen Kunststoff mit hoher Verschleißfestigkeit. Nylon besitzt eine hohe Feuchtigkeitsaufnahmekapazität von etwa (bis zu 3 % oder mehr).
• Durch die Zugabe von Glasfasern und anderen Materialien wird die Festigkeit des Materials erhöht.

Vorteile

• Die wichtigsten Merkmale von technischen Kunststoffen sind ihr geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Festigkeit und Verschleißfestigkeit.
• Diese Kunststoffe weisen eine ausgezeichnete Dämpfungseigenschaft auf, wodurch der Lärm reduziert wird.
• Dieses Material bleibt gegenüber aggressiven Chemikalien und Feuchtigkeit unempfindlich.

Anwendung

• POM- und Nylon-Zahnräder werden aufgrund ihrer geräuscharmen Montage häufig in elektrisch anklappbaren Außenspiegeln verwendet.
• Der Verstellmechanismus der Sitzlehne im Fahrzeug verwendet häufig Zahnräder aus technischen Kunststoffen.
• Das Headset und die Fensterheber verfügen ebenfalls über diese Zahnräder.

Herstellung

• Das Verfahren zur Massenproduktion von POM- und Nylonzahnrädern ist das Spritzgießen, das präzise Ergebnisse liefert.
• Bei kleinen Serien mit kundenspezifischen Anpassungen erfolgt die CNC-Fertigung anhand von Prototypen.

• Zahnräder aus Aluminiumlegierung: Leichtbau und Effizienz

Aluminiumlegierungen finden breite Anwendung in Automobilgetrieben, wo geringes Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und ein ansprechendes Aussehen gefragt sind. Ihre natürliche Oxidschicht bietet einen hohen Korrosionsschutz und ermöglicht so einen langjährigen Einsatz in Fahrzeugsystemen. Aluminiumzahnräder sind zudem gewichtssparend, da sie eine geringe Dichte aufweisen, und eignen sich für Elektrofahrzeuge sowie Komfortsysteme mit niedriger bis mittlerer Last. Ihre hervorragende Bearbeitbarkeit ermöglicht eine präzise und effiziente Fertigung.

Vorteile

• Bahnbrechende Leichtbauweise
• Hohe Korrosionsbeständigkeit
• Hervorragende Bearbeitbarkeit
• Gute Wärmeleitfähigkeit
• Ästhetische Oberflächenbeschaffenheit

Anwendungen

• Sitzverstellmechanismen
• Fensterheber
• Komfort- und Hilfssysteme von Elektrofahrzeugen
• Intern montierte Aktuatorbaugruppen
• Niedriglast-Motorgetriebesysteme

Herstellung

Hochpräzise Zahnräder werden mittels CNC-Fräsen und -Drehen hergestellt. Oberflächenbearbeitung und Anodisierung verbessern die Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, und die Präzisionsbearbeitung sorgt für reibungslosen Eingriff und geräuscharmen Lauf.

• Zahnräder aus Messinglegierungen: Leichtgängige Bewegung und Verschleißkontrolle

Zahnräder aus Messinglegierungen sind aufgrund ihrer hohen Verschleißfestigkeit, gleichmäßigen Reibung und Korrosionsbeständigkeit weit verbreitet. Durch die Zugabe von Zink, Kupfer, Magnesium und Aluminium werden die mechanische Festigkeit und die Hitzebeständigkeit erhöht. Messing bietet eine kontrollierte, gleichmäßige Reibung und ist daher ideal für Synchronringe, die ein sanftes Schalten ermöglichen.

Vorteile

• Die Verschleiß- und Reibungsbeständigkeit ist hoch.
• Sehr gute Korrosionsbeständigkeit.
• Höhere thermische und elektrische Leitfähigkeit.
• Reibungslose Gangwechsel und Kraftübertragung.
• Komplexe Teile sind sehr gut bearbeitbar.

Anwendungen

• Synchronringe für Getriebesysteme.
• Ventile, Zementierarmaturen und Verbindungsstücke des Kraftstoffsystems.
• HVAC-Steuerungsmechanismen
• Ladeschnittstellen und Hochspannungsstecker für Elektrofahrzeuge.
• Komponenten von Elektro- und Beleuchtungssystemen.

Herstellung

Die CNC-Bearbeitung von Messingzahnrädern dient der Erzielung hoher Maßgenauigkeit und präziser Geometrien. Durch präzises Drehen, Fräsen und Schlichten werden glatte Oberflächen, enge Toleranzen und eine stabile, dauerhafte Leistung gewährleistet.

Anwendungen in Fahrzeugsystemen

Automobilzahnräder aus verschiedenen Materialien werden in diversen Bereichen eingesetzt. Einige Beispiele sind:

• Verstellzahnräder für den Sitzmotor

Die Sitzverstellung ermöglicht eine multidirektionale Sitzverstellung. Sie ist bis zu einem Gewicht von 136 kg belastbar. Die Verstellung im Sitz sorgt für ein sanftes und kontrolliertes Zurücklehnen.

Die im Sitz integrierten Verstellzahnräder für den Motor bestehen üblicherweise aus Stahl oder selbstschmierendem, verstärktem Kunststoff. Sie werden im Spritzgussverfahren hergestellt, wodurch Reibung und Geräuschentwicklung reduziert werden. Zudem sind sie kostengünstig.

Die Bearbeitungsgenauigkeit ist erforderlich, um verschlissene Zahnradteile auszutauschen. Hochpräzise Bearbeitung reduziert Geräusche und erhöht die Lebensdauer der Bauteile.

Üblicherweise bestehen die Zahnräder in den Sitzmotoren aus technischem Kunststoff und weisen mit der Zeit bestimmte Verschleißerscheinungen auf:

• Festgefahren in der niedrigsten und höchsten Neigungsposition
• Klickgeräusch
• Der Motor läuft, aber der Sitz bewegt sich nicht.

Honscn fertigt Zahnräder aus Stahl und Messing, die wiederholtem Neigen und Bewegen von Gewichten standhalten. Ihre Produkte sind verschleißfrei und entwickeln erst nach einigen Zyklen Geräusche. Diese Messing- und Stahlzahnräder eignen sich für den Einsatz in SUVs und LKWs. Sie verlängern die Lebensdauer des Motors und bieten eine hohe Belastbarkeit.

• Zahnräder für Fensterhebermotoren

Die in Fensterhebern verwendeten Getriebe müssen bestimmte Betriebsanforderungen erfüllen. Sie müssen tausende Auf- und Abwärtszyklen aushalten. Die Getriebe müssen intermittierende Belastungen bewältigen, korrosionsbeständig sein und präzise arbeiten. Außerdem müssen die Fensterhebergetriebe im Betrieb geräuscharm sein.

Der Einsatz von POM-Zahnrädern in Fenstermotoren ist ideal, da sie kostengünstig und selbstschmierend sind. Die Anforderungen an die Geräuschreduzierung der Fensterhebermotoren machen POM zu einem idealen Werkstoff. Die teurere, aber langlebigere Alternative sind Zahnräder aus Stahllegierungen, die eine höhere Widerstandsfähigkeit bieten und hohen Belastungen standhalten.

• Schiebedachmotorzahnräder

Vor dem Einbau der Beschläge für das Schiebedach ist es wichtig, die Anforderungen an das Material während des Einbaus zu prüfen. Das Schiebedach ist Feuchtigkeit, Nässe und Staub ausgesetzt. Das Material der Beschläge muss daher korrosions- und verschleißfest sein.

Das Getriebe des Schiebedachmotors muss aus technischem Kunststoff oder Edelstahl bestehen. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch hohe Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit aus. Nylon sorgt für das geräuscharme Öffnen und Schließen des Schiebedachs. Auch die hohe Festigkeit und Duktilität des Stahls sind für das Getriebe des Schiebedachmotors erforderlich.

• Spiegelklappgetriebe

Die Nutzungshäufigkeit ist sehr hoch, daher muss das Getriebematerial leicht sein und Millionen von Schaltzyklen standhalten. Nylon und POM sind ideale Materialien, da sie ein geringes Drehmoment und eine kompakte Bauweise ermöglichen. Bei Lkw und SUVs werden aufgrund ihrer Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit häufig Zahnräder aus Stahl, Messing und Aluminium verwendet.

• Heckklappen-/Kofferraummotorzahnräder

Das im Kofferraum verwendete Getriebematerial muss sehr hohe Belastbarkeit und Festigkeit aufweisen. Meist bestehen die Zahnräder aus einer Stahllegierung, die Lasten von mehreren Tonnen tragen kann. Der Kohlenstoffgehalt des Stahls bestimmt die Festigkeit und Lebensdauer der Zahnräder. Hochkohlenstoffhaltige Stahllegierungen bieten eine bessere Lastverteilung im Getriebe des Kofferraummotors. Die Kombination von Stahl- und Kunststoffzahnrädern kann die gleichen Ergebnisse zu geringeren Kosten erzielen. Präzise Bearbeitung ist für die Langlebigkeit und zur Vermeidung von Leckagen erforderlich.

Auswahl der richtigen Materialien und Fertigungsprozesse

Bei der Auswahl des Werkstoffs für die Zahnräder der verschiedenen Antriebssysteme eines Fahrzeugs müssen vor einer endgültigen Entscheidung bestimmte Faktoren berücksichtigt werden:

Die Materialauswahl hängt von deren Fähigkeit ab, Drehmoment zu kontrollieren, Lasten zu übertragen und äußeren Umwelteinflüssen standzuhalten. Für hohe Belastungen muss eine Stahllegierung verwendet werden, und für die Geräuschdämpfung (NVH-Kontrolle) sind Nylonzahnräder ideal.

CNC-Bearbeitung dient der Herstellung kundenspezifischer Zahnräder, während Kunststoffzahnräder für Großaufträge im Spritzgussverfahren gefertigt werden. Pulvermetallurgie wird zur Herstellung von Sintermetalllegierungen für höhere Präzision eingesetzt.

Die Auswahl eines CNC-Lieferanten für Zahnräder gestaltet sich oft schwierig. Der Austausch von Nylon- gegen Stahlzahnräder ist im Ersatzteilmarkt weit verbreitet. Selbst geringfügige Abweichungen bei Stirnrad, Bohrungsdurchmesser und Zahngröße führen nicht zwangsläufig zu einem anderen Produkt des CNC-Bearbeitungsanbieters. Der Käufer muss daher einen Lieferanten für hochpräzise Zahnräder mit exzellentem Kundenservice wählen.

Lieferung erstklassiger Automobilkomponenten: Honscn

Wir sind seit 20 Jahren am Markt und bieten unseren Kunden eine kostenlose Materialberatung an. Sie können die Materialien anhand von Drehmoment, Belastung, Geräuschentwicklung und Kosten auswählen. Wir fertigen hochwertige Prototypen für kundenspezifische Zahnradkonstruktionen.

Unsere hochmoderne Zahnradbearbeitung umfasst 3- und 5-Achs-CNC-Fräsen/Drehen mit engen Toleranzen (+0,005–0,01 mm). Wir garantieren ein ideales Zahnprofil, reibungslosen Zahneingriff und geringes Zahnflankenspiel.

Unsere Qualitätskontrolle ist streng und umfasst hauseigene Testeinrichtungen, 100-prozentige Qualitätskontrollen sowie Zertifizierungen (ISO, IATF 16949, RoHS). Wir garantieren hohe Langlebigkeit und Zuverlässigkeit. Dank unserer beständigen Materiallieferkette vermeiden wir Lieferverzögerungen.

Abschluss

Zahnräder sind in der Automobilindustrie unerlässlich für die Kraftübertragung, Drehzahlregelung und den reibungslosen, zuverlässigen Betrieb von Fahrzeugen. Dieser Artikel verdeutlicht, inwieweit die Materialwahl – ob hochfeste Stahllegierungen, Messing, Leichtbaualuminium oder technische Kunststoffe – direkten Einfluss auf Leistung, Langlebigkeit, Geräuschdämpfung und Kosten hat. Die optimale Balance zwischen Belastbarkeit, Verschleißfestigkeit und Umweltverträglichkeit wird für jedes Fahrzeugsystem individuell angepasst. Die hochwertige Fertigung der Zahnräder, einschließlich CNC-Bearbeitung, Spritzguss und Wärmebehandlung, trägt maßgeblich zu ihrer Zuverlässigkeit bei. Für Erstausrüster (OEMs) und Kunden im Ersatzteilmarkt ist die Auswahl präziser, anpassbarer und geprüfter Zahnradlösungen entscheidend für eine lange Lebensdauer, hohe Effizienz und optimale Fahrzeugleistung. Besuchen Sie uns im Internet: https://www.cnchonscn.com/.