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Verschleißfeste Zahnräder aus Carbon PEEK
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Verschleißfeste Zahnräder aus Carbon PEEK

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PEEK-Zahnräder und Carbon-PEEK-Zahnräder mit hoher Festigkeit ermöglichen leichte Konstruktionen und dienen als Kunststoffersatz für Stahl. Sie verfügen über selbstschmierende Eigenschaften, arbeiten ohne Reibungsgeräusche und weisen eine hervorragende Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen, Verschleiß und Ermüdung auf. Ihre überlegene mechanische Leistung gewährleistet einen stabilen Betrieb unter Hochdruck- und Hochgeschwindigkeitsbedingungen und verlängert gleichzeitig die Lebensdauer. Diese Getriebe werden häufig in der Automobil- und Drohnenindustrie eingesetzt.


Getriebe spielen in der modernen Automobilindustrie eine entscheidende Rolle. Ob in Getriebesystemen oder Lenksystemen, die Leistung von Zahnrädern wirkt sich direkt auf die Effizienz, Stabilität und Haltbarkeit des gesamten Systems aus. Herkömmliche Metallzahnräder werden typischerweise durch Prozesse wie Schneiden und Schleifen hergestellt, die häufig zu erheblichen Bearbeitungsfehlern, hohen Kosten und Installationsschwierigkeiten führen. Darüber hinaus neigen sie aufgrund der Reibung zu einer hohen Geräuschentwicklung und sind im täglichen Gebrauch anfällig für Schäden. Um diese Herausforderungen zu meistern, ist die Suche nach leistungsstarken Getriebematerialien zu einem wichtigen Trend in der Automobilindustrie geworden.


Das Material PEEK (Polyetheretherketon) hat aufgrund seiner außergewöhnlichen Eigenschaften zunehmend Aufmerksamkeit erregt.

Im Vergleich zu herkömmlichen Metallwerkstoffen bietet PEEK bei der Herstellung von Zahnrädern folgende Vorteile:


1, ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit:

PEEK-Material hat eine hohe Glasübergangstemperatur und einen hohen Schmelzpunkt, wodurch es Arbeitsbedingungen bei hohen Temperaturen standhalten und gleichzeitig eine stabile Leistung beibehalten kann. Seine langfristige Betriebstemperatur im Leerlauf kann 260 °C erreichen, mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von 143 °C und einer Schmelztemperatur (Tm) von 343 °C.


2, hervorragende mechanische Eigenschaften:

Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften von PEEK sorgen dafür, dass daraus hergestellte Zahnräder unter Hochdruck- und Hochgeschwindigkeitsbedingungen stabil arbeiten können. Es weist eine hohe Kriech- und Ermüdungsbeständigkeit auf und verlängert so die Lebensdauer von Getriebekomponenten.


3, ausgezeichnete Flammhemmung:

PEEK erreicht eine UL94 V-0-Einstufung, ohne dass flammhemmende Zusätze erforderlich sind. Aufgrund seiner selbstverlöschenden Eigenschaften und der geringen Rauchentwicklung ist es für strenge Sicherheitsstandards geeignet und wird häufig in Luft- und Raumfahrt- sowie militärischen Verteidigungsanwendungen eingesetzt.


4, Selbstschmierende Eigenschaften:

Die hervorragenden selbstschmierenden Eigenschaften von PEEK machen es ideal für Anwendungen, die niedrige Reibungskoeffizienten und Verschleißfestigkeit erfordern. Dies reduziert Reibung und Verschleiß, minimiert Energieverluste und Geräuschentwicklung, verlängert die Lebensdauer des Getriebes und senkt die Wartungskosten.


5, Fahrzeugleichtbau:

Mit einer Dichte von nur 1,3 g/cm³ ist PEEK deutlich leichter als herkömmliche Metalle. Im Vergleich zu Metallgetrieben tragen PEEK-Zahnräder dazu bei, das Gesamtgewicht und die Trägheit der Ausrüstung zu reduzieren und so die Effizienz und Leistung zu verbessern.


Reduzierte Herstellungskosten: PEEK ist einfach zu verarbeiten und durch Spritzguss können komplexe Zahnräder hergestellt werden, wobei eine hohe Präzision und Qualitätskontrolle gewährleistet ist. Dies bietet eine größere Flexibilität bei der Getriebekonstruktion.


Datum: 11.11.2025, 111706





PEEK CF30, Zahnräder aus kohlefaserverstärktem PEEK-Material (PEEK-CF) bieten mehrere Vorteile gegenüber reinen PEEK-Zahnrädern:


1, höhere Festigkeit und Steifigkeit:

Kohlefaser hat eine extrem hohe Festigkeit und einen extrem hohen Modul. Wenn es zu PEEK hinzugefügt wird, erhöht es die Festigkeit und Steifigkeit der Ausrüstung erheblich. Dadurch können PEEK-CF-Zahnräder höheren Belastungen standhalten und Verformungen unter Hochspannungsbedingungen standhalten, wodurch Übertragungsgenauigkeit und -stabilität gewährleistet und gleichzeitig die Lebensdauer des Zahnrads verlängert wird. In einigen industriellen Getriebesystemen können PEEK-CF-Zahnräder beispielsweise ein höheres Drehmoment bewältigen als reine PEEK-Zahnräder, wodurch sie für rauere Arbeitsumgebungen geeignet sind.


2, verbesserte Verschleißfestigkeit:

Die hohe Härte und die hervorragende Verschleißfestigkeit der Kohlefaser verbessern die Verschleißfestigkeit des PEEK-Materials. Dadurch kommt es bei PEEK-CF-Zahnrädern im Langzeitbetrieb zu einem geringeren Verschleiß der Zahnoberflächen, wodurch eine bessere Zahnprofilgenauigkeit und eine stabile Übertragungseffizienz erhalten bleiben. Dadurch eignen sie sich besonders für Getriebesysteme, die häufige Starts und Stopps sowie einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb erfordern.


3, niedrigerer Wärmeausdehnungskoeffizient:

Kohlefaser hat einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. In Kombination mit PEEK reduziert es den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Zahnrads erheblich. Dies sorgt für eine bessere Dimensionsstabilität unter wechselnden Temperaturbedingungen und minimiert Verformungen und den Verlust der Eingriffsgenauigkeit aufgrund von Temperaturänderungen. Beispielsweise können PEEK-CF-Zahnräder in Präzisionsinstrumenten, die empfindlich auf Temperaturschwankungen reagieren, die Stabilität und Zuverlässigkeit verbessern.


4, höhere Wärmeleitfähigkeit:

Kohlefaser hat eine gute Wärmeleitfähigkeit, was dazu beiträgt, die Wärme im PEEK-Material effektiver abzuleiten. Dadurch können PEEK-CF-Zahnräder die Wärme während des Betriebs besser ableiten, wodurch die Arbeitstemperaturen gesenkt und eine Verschlechterung der Materialleistung sowie Schmierungsausfälle durch hohe Temperaturen verhindert werden. Dies verbessert die Getriebeeffizienz und verlängert die Getriebelebensdauer, insbesondere in Getriebesystemen mit hoher Geschwindigkeit und hoher Belastung.


5, überlegene Ermüdungsbeständigkeit:

Der Zusatz von Kohlefaser verbessert die Gesamtleistung des Materials und verleiht PEEK-CF-Zahnrädern eine bessere Ermüdungsbeständigkeit als reine PEEK-Zahnräder. Unter langfristiger zyklischer Belastung sind PEEK-CF-Zahnräder weniger anfällig für Ermüdungsrisse und Beschädigungen und gewährleisten so Zuverlässigkeit und Stabilität über längere Betriebszeiträume. Dies reduziert Wartungskosten und Ausfallzeiten.

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PEEK-Zahnräder (Polyetheretherketon) und kohlenstofffaserverstärkte PEEK-Zahnräder (PEEK-CF) werden aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften wie hoher Festigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit und Selbstschmierung häufig in verschiedenen Branchen eingesetzt. Ihre Materialeigenschaften und hohen Präzisionsanforderungen stellen jedoch einige Herausforderungen bei der Bearbeitung dar. Nachfolgend sind die wichtigsten Bearbeitungsschwierigkeiten aufgeführt:


1. Herausforderungen aufgrund von Materialeigenschaften

Hohe Zähigkeit und Härte von PEEK: PEEK und seine kohlenstofffaserverstärkten Varianten weisen eine hohe Zähigkeit und Härte auf, was bei der Bearbeitung zu Graten oder Materialverformungen führen kann.

Abrasive Natur von Kohlenstofffasern: Die Kohlenstofffasern in PEEK-CF verursachen erheblichen Verschleiß an Schneidwerkzeugen, wodurch der Werkzeugverschleiß und die Bearbeitungskosten steigen.


2. Hohe Präzisionsanforderungen

Strenge Maßtoleranzen: Wichtige Abmessungen von Zahnrädern, wie Zahnprofile und Bohrungsdurchmesser, müssen innerhalb von Toleranzen im Mikrometerbereich (z. B. ± 0,005 mm) kontrolliert werden, was hohe Anforderungen an die Bearbeitungsausrüstung und -prozesse stellt.

Komplexe Geometrien: Zahnkonstruktionen, insbesondere bei Schräg- oder Spiralgetrieben, sind komplex und erfordern hochpräzise CNC-Maschinen und Spezialwerkzeuge.


3. Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit

Hohe Oberflächengüte: Getriebeoberflächen müssen eine hohe Oberflächengüte erreichen (typischerweise Ra < 0,2 µm), um Reibung und Verschleiß zu reduzieren.

Schwierigkeiten beim Entgraten: PEEK-Materialien neigen dazu, nach der Bearbeitung Grate zu erzeugen, insbesondere bei Metallen und komplexen Strukturen, was das Entgraten zu einem komplexen und zeitaufwändigen Prozess macht.



4. Thermische Verformungskontrolle

Wärmeempfindlichkeit von PEEK: PEEK-Materialien neigen zu thermischer Verformung aufgrund der Schneidhitze während der Bearbeitung, was sich auf die Maßhaltigkeit und Formstabilität auswirkt.

Kühlanforderungen: Die Bearbeitung erfordert eine strenge Kontrolle der Schnitttemperaturen und Kühlbedingungen, um eine Überhitzung zu verhindern, die die Materialleistung beeinträchtigen kann.


5. Werkzeugauswahl und Verschleiß

Hohe Anforderungen an das Werkzeugmaterial: Die Bearbeitung von PEEK und PEEK-CF erfordert Werkzeuge mit hoher Härte und Verschleißfestigkeit, wie z. B. diamantbeschichtete oder Hartmetallwerkzeuge.

Schneller Werkzeugverschleiß: Der Zusatz von Kohlenstofffasern beschleunigt den Werkzeugverschleiß und erhöht die Bearbeitungskosten und -zeit.


6. Sauberkeitskontrolle

Hohe Sauberkeitsstandards: In Branchen wie der Medizin- und Halbleiterindustrie müssen Zahnräder hohe Sauberkeitsstandards erfüllen, was die Vermeidung von Öl, Staub und anderen Verunreinigungen während der Bearbeitung erfordert.

Anforderungen an die Nachbearbeitung: Nach der Bearbeitung sind strenge Reinigung und Verpackung erforderlich, um die Sauberkeit des Produkts sicherzustellen.


7. Probleme bei der Faserorientierung in PEEK-CF

Ungleichmäßige Faserverteilung: Kohlenstofffasern in PEEK-CF können sich beim Spritzgießen oder Bearbeiten ungleichmäßig verteilen und die mechanischen Eigenschaften der Zahnräder beeinträchtigen.

Faserbruch: Kohlenstofffasern neigen bei der Bearbeitung zum Bruch, was zu einer verminderten Oberflächenqualität und Leistungseinbußen führt.


8. Herausforderungen beim Spritzgießen (für komplexe Zahnräder)

Komplexes Formdesign: Das Spritzgießen von PEEK und PEEK-CF erfordert hochpräzise Formen, und beim Formdesign müssen Materialschrumpfung und Faserorientierung berücksichtigt werden.

Prozesskontrolle: Temperatur, Druck und Abkühlraten müssen während des Spritzgießens streng kontrolliert werden, um Fehler wie Blasen und Schrumpfporen zu vermeiden.



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