Pressemitteilung 2022-07-27 Metall und Kunststoff, eng verzahnt

Metall und Kunststoff, eng verzahnt

Mit neuen Entwicklungen schafft Morat Swoboda Motion innovative Lösungen für die Mikromobilität von morgen

2 Millionen verkaufte E-Bikes allein in Deutschland* und ein Wachstum von 65,9% beim Absatz von Cargo Bikes in Europa** sprechen eine deutliche Sprache: 2021 war erneut ein Rekordjahr für die Mikromobilität. Mit einem Ende des Trends ist nicht zu rechnen, zumal sich der Fahrkomfort durch neue Entwicklungen in der Getriebetechnik weiter verbessern wird. Auf dem Weg zu leistungsfähigeren Getrieben forscht Morat Swoboda Motion auch an der Kombination neuer Fertigungsverfahren im Kunststoff- und Metallsegment – mit positiven Aussichten.

Mikromobilität bedeutet höchste Ansprüche auf kleinstem Raum

Kein Mobilitätssegment stellt derart hohe Anforderungen an die Getriebetechnik, wie die Mikromobilität. So sind der Bauraum und das mögliche Gewicht der Getriebe stark begrenzt, zugleich muss jedoch eine möglichst hohe Leistungsdichte und Effizienz bei minimaler Geräuschentwicklung erreicht werden; Anforderungen, die sich grundsätzlich entgegenstehen. Denn effiziente mehrstufige Getriebe können nicht beliebig verkleinert werden. Auch eine Reduzierung des Gewichtes durch eine Verschlankung des Bauteils bringt neue Herausforderungen mit sich, da beispielsweise ein dünnwandiges Gehäuse einem Aufschwingen der Festkörperstrukturen (Stichwort: Körperschall) und somit zu einer höheren Geräuschentwicklung führt. Doch gerade diese ist im E-Bike-Segment zu vermeiden, da einer großen Laufruhe eine hohe Relevanz bei der Kaufentscheidung vieler Kunden zukommt. Neue Innovationen sind gefragt.

Trend zu Kunststoffen für geräuschärmere Getriebe

Als eine Hauptursache für die Geräuschentwicklung im Getriebe gilt der sog. Eingriffsstoß. Aufgrund der hohen Belastung der sich im Eingriff befindlichen Zähne, verformen sich diese elastisch. Ein effektiver Versatz zu den nicht im Eingriff befindlichen Zähne entsteht. Dieser Versatz führt zum Eingriffsstoß des nächstfolgenden – noch unbelasteten – Zahnpaars. Da die Geräuschentwicklung bei Metallrädern vergleichsweise hoch ist, sieht Morat Swoboda Motion erhebliches Potential im Einsatz technischer Kunststoffe. So forscht das junge Unternehmen an Getriebekonzepten und Verzahnungsauslegungen, die die Substitution von Metall durch Kunststoff ermöglichen, sodass das Getriebe insgesamt deutlich leiser agieren kann. „Der Einsatz von Kunststoffen im Leistungsstrang an besonders geräuschsensitiven Stellen hat enormes Potential. Getriebekonzept und Verzahnungsauslegung müssen dabei zum Kunststoff passen. Es gilt, die verzahnungsspezifischen Kenngrößen für Kunststoffe noch besser kennenzulernen. Wir sind uns aber sicher, dass wir damit auf einem guten, zukunftsweisenden Weg sind“, so Bastian Gloeden aus dem Technologieteam.

Bis zu 30 % leistungsfähiger: Stärkere Stahlzahnräder durch alternative Produktionsverfahren

Wie können Bauteile kleiner und somit leichter werden, ohne dadurch Einbußen bei der Leistungsfähigkeit zu verursachen? Morat Swoboda Motion hat sich dieser Frage gestellt und dabei nicht nur im Kunststoffbereich, sondern auch im Metallsegment nach neuen Fertigungsmöglichkeiten geforscht. Mit dem Kaltfließpressen konnte dabei eine ebenso effiziente wie vielversprechende Lösung in der Stahlfertigung gefunden werden. Denn während beim konventionellen Fräsen von Zahnrädern der Faserverlauf des Stahls durchbrochen und Brüche somit provoziert werden, wird der Stahl beim Kaltfließpressen in eine entsprechende Negativform gepresst. Dadurch werden durchgängige äquidistante Faserverläufe zur Oberfläche und eine Kaltverfestigung generiert. Im Kaltfließpressverfahren gefertigte Zahnräder sind somit bis zu 30 % leistungsfähiger als konventionell gefräste Räder. So ist ein Leistungsplus auch mit leichteren Stahlbauteilen möglich.

Im Zuge der technologischen Weiterentwicklung erweitert der Verzahnungs- und Getriebespezialist seine Kernkompetenzen ständig um neue Bearbeitungsverfahren. Durch das Wälzschälen lässt sich die Verzahnungsqualität je nach Bauteilgeometrie im Vergleich zum Räumen oder Stoßen um ein bis zwei Qualitäten verfeinern. Darüber hinaus lassen sich Mikro-Modifikationen an der Verzahnung, wie eine Breitenballigkeit, erzielen. Somit werden Kantenträger vermieden, die durch übermäßige Belastung der Zahnkanten zu Zahnschäden oder einem Bruch führen können. Im Gegensatz zum Stoßen ist beim Wälzschälen auch eine Hartbearbeitung möglich. Durch kurze Taktzeiten und die hohe Flexibilität zeichnet sich das Wälzschälen als außerordentlich wirtschaftliches Verfahren aus.

Innovationen brauchen Expertise – von der Entwicklung bis zur Serienfertigung

Die hohen Anforderungen an die Getriebe von morgen bringen große Herausforderungen für den Entwicklungs- und Produktionsprozess mit sich, die nur mit einer umfassenden Expertise gelöst werden können. Morat Swoboda Motion investiert daher in die Forschungsbereiche Kunststoff und Metall, um durch die intelligente Verbindung der beiden Werkstoffe bestmögliche Resultate in der Getriebeentwicklung zu erzielen. Durch eine engmaschige Verzahnung von Entwicklung und Serienfertigung gewährleistet Morat Swoboda Motion überdies eine hochqualitative Produktion leistungsstarker Getriebelösungen, die auch den gestiegenen Material- und Leistungsanforderungen zukünftiger E-Bike-Innovationen gerecht werden können.

* Zahlen basierend auf dem Jahresbericht des ZIV (Zweirad-Industrie-Verband: Zahlen – Daten – Fakten zum deutschen Fahrrad- und E-Bike Markt 2021, 16.03.2022)
https://www.ziv-zweirad.de/fileadmin/redakteure/Downloads/Marktdaten/PM_ZIV_Fahrrad-_und_E-Bike_Markt_2021.pdf

** Quelle: Statista – Wachstumsrate beim Absatz von Lastenfahrrädern in Europa von 2019 bis 2021 (im Vergleich zum Vorjahr, in Prozent)
https://de.statista.com/statistik/daten/studie/1166113/umfrage/absatz-von-lastenraedern-in-europa/