Polymer-Zahnräder im elektrifizierten Antriebsstrang: Veränderte Dynamik auf dem Transportmarkt

"The squeaky wheel gets the grease", aber in Wirklichkeit könnte das quietschende Zahnrad einen Spritzer Innovation gebrauchen. Als einfache Konstruktion nutzen Zahnräder Rotationskräfte, um die Welt zu bewegen.

Historisch gesehen wurden die ersten dokumentierten Zahnräder als astronomische Messgeräte oder als Uhren zur Zeitmessung verwendet. Zu den verschiedenen heute gebräuchlichen Konstruktionen gehören Planeten- und Sonnenräder, Stirnrad-, Koaxial-, Kegelrad- und Schneckengetriebe. Im Laufe der Jahre sind verschiedene Größen von Zahnrädern aus unterschiedlichen Materialien hinzugekommen und wieder verschwunden, doch geblieben ist unser Wunsch, Zahnräder zu nutzen, um unsere immer mobiler werdende Gesellschaft zu ermöglichen. Aus diesem Grund ist zu erwarten, dass Polymerzahnräder eine bedeutende Rolle bei der Bewältigung der Mobilitätslösungen von morgen spielen werden.

Die Welle neuer Produkte, die dem Wunsch der Verbraucher und der Gesetzgeber nach Reisen mit geringerem CO2-Fußabdruck gerecht werden sollen, rollt schnell an.1 Die Welle neuer Produkte, die dem Wunsch der Verbraucher und der Gesetzgeber nach Reisen mit geringerem CO2-Fußabdruck gerecht werden sollen, rollt schnell an.1 Mobilere und umweltbewusstere Kunden in Kombination mit dem Einfluss staatlicher Regulatoren haben die Dynamik des Transportmarkts verändert. Das Ergebnis ist eine Welle von OEM-Fahrzeugeinführungen bei E-Bikes2, E-Scootern3, Elektrobussen4, eVTOL5, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen (PHEV) und batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen (BEV)6. Allein bei den Elektrofahrrädern wird ein Wachstum von über 6 % CAGR erwartet, wobei das größte Wachstum in Asien zu verzeichnen ist. Andere E-Mobilitätslösungen, die mit UBER vergleichbar sind, wie z. B. die Revel-Elektromopeds7, verzeichnen einen Nachfragezuwachs und kommen schneller als erwartet in die Städte. Es wird erwartet, dass BEVs und PHEVs bis 2025 mit einer jährlichen Steigerungsrate von über 21 % wachsen werden. Das bedeutet eine Verdopplung der Zahl der Fahrzeuge alle 3,5 Jahre, und wir können davon ausgehen, dass bald mehr und mehr Elektroautos auf den Straßen unterwegs sein werden!8-10

Zu den wesentlichen Vorteilen für die Verbraucher gehören bessere Mobilitätsangebote mit geringerer CO2-Belastung beim Pendeln oder auf Reisen. Zu den Vorteilen für Städte und Behörden gehören mehr Transportmöglichkeiten zur Vermeidung von Verkehrsstaus sowie eine Entlastung der Umwelt. Diese Vorteile werden für die Regulierungsbehörden immer dringlicher, da sich die Mega-Cities auf der ganzen Welt immer weiter ausbreiten.

Vielfältige Herausforderungen für Zahnraddesigner 

Es wird erwartet, dass Zahnräder eine zentrale Rolle dabei spielen, die neuen Transportmöglichkeiten von heute und ihre Vorteile für Verbraucher und Behörden Wirklichkeit werden zu lassen - und das gilt insbesondere für Polymer-Zahnräder. Autofahrer wünschen sich Fahrzeuge, die leise und komfortabel sind und ihre individuellen Mobilitätswünsche unterstützen. Die Gesetzgeber suchen nach effizienteren CO2-Lösungen. Polymerzahnräder können die Lücke zwischen den Interessen der Verbraucher und denen der Regulierungsbehörden schließen, indem sie den Konstrukteuren bei der Produktentwicklung kosteneffiziente Lösungen zur NVH Reduzierung bieten.

1. Kostengünstige Lösungen
2. Leisere Fahrzeuge, verbesserte NVH Werte
3. Besserer Umweltschutz durch effizientere Lösungen
4. Langlebige Komponenten für höherdrehende Motoren
5. Greater driver & user comfort
6. Manufacturing versatility with streamlined supply chains

Das richtige Gleichgewicht zwischen Zeit, Kosten und Qualität finden...

Als Konstrukteur von Zahnrädern für die Elektromobilität ist man heute aus Zeit-, Kosten- und Qualitätsgründen gezwungen, verschiedene Zahnradoptionen in Betracht zu ziehen. Sie wollen weder einen extremen Aufpreis zahlen, noch auf die Vorteile höherwertiger Lösungen verzichten. Gleichzeitig muss das Design über akkreditierte, nahtlose und qualifizierte Lieferketten verfügen, um in einer globalisierten Wirtschaft schnell verfügbar zu sein. Dieses Gleichgewicht zu finden, ist für einen Designer immer eine Herausforderung.

Wie wäre es, wenn es einen Anbieter von Material- und Bauteillösungen gäbe, der Konstrukteure bei der Lösung solcher Herausforderungen unterstützt? Victrex hat mit seinen HPG™-Polymer-Zahnrädern Konstrukteuren durch den Einsatz unserer effizienten Produktionstechniken auf der ganzen Welt geholfen, wegweisende und kostengünstige NVH-Lösungen einzuführen. Mit unserer fundierten Fachkompetenz können wir Sie bei der Entwicklung von Polymer-Zahnrädern für Ihre speziellen Anforderungen im Bereich der Elektromobilität unterstützen, indem wir die Schlüsselelemente erfolgreicher thermoplastischer Zahnräder nutzen.

Bei Victrex sind wir uns der Notwendigkeit eines überzeugenden wirtschaftlichen Geschäftsmodells bewusst, und deshalb verbinden wir dieses mit der Konstruktion von Polymer-Zahnrädern. Unsere Experten für Wertschöpfungsanalyse arbeiten mit Ihrem Team zusammen, um die Kostenvorteile aufzuzeigen, die durch den Einsatz von Polymeren in Ihrem Projekt erzielt werden können, um eine Win-Win-Lösung zu finden. Als Team verfolgen wir einen ganzheitlichen Ansatz, betrachten das gesamte System und stimmen Ihre technischen Anforderungen mit den quantifizierten Vorteilen ab, bei denen Polymergetriebe einen klaren Mehrwert in Bezug auf Wirtschaftlichkeit, NVH und Effizienz bieten können, um Ihre E-Mobilitätsanforderungen zu erfüllen.

Wecken kosteneffiziente NVH-Lösungen und zusätzliche Effizienzsteigerungen Ihr Interesse daran, die Vorzüge von VICTREX HPG™ Polymerzahnrädern zu erkunden? Dann schreiben Sie uns doch eine E-mail oder informieren Sie sich unter victrex.com/de/products/peek-parts/gear-solutions.

1. Quellen:
   [https://www.statista.com/statistics/207106/projected-growth-of-travel-expenditures-in-the-us/]
2. Ebike reference https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/e-bike-market
3. eScooter - https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/micromobility-industry-progress-and-a-closer-look-at-the-case-of-munich
4. Electric bus market - Source: Marketwatch.com
5. Evtol - Source: Marketwatch.com
6. BEV/PHEV - https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/the-road-ahead-for-e-mobility
7. Revel - https://gorevel.com/new-york/
8. https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/electric-vehicle-market-209371461.html
9. Deloitte - https://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/uk/Documents/manufacturing/deloitte-uk-battery-electric-vehicles.pdf
10. IEA - https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2019

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Über den Autor

Joseph Elmquist kam 2013 als leitender Konstrukteur und technischer Leiter für die Entwicklung neuer Produkte für thermoplastische Zahnräder und thermoplastische Composite-Zahnräder zu Kleiss Gears. Nach der Übernahme von Kleiss durch Victrex im Jahr 2015 leitete er weiterhin die technische Entwicklungsarbeit für thermoplastische Antriebsanwendungen, was 2017 zur erfolgreichen Einführung der ersten VICTREX PEEK-Zahnräder für die Kraftübertragung bei Fahrzeugantrieben führte. Joseph Elmquist besitzt einen BS-Abschluss in Engineering Mechanics und einen MS-Abschluss in Mechanical Engineering mit Schwerpunkt auf nichtlineare, dynamisch-mechanische Systeme der University of Wisconsin-Madison..

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