Erstaunlich gute Qualität der Oldtimer Ersatzteile im 3D-Druck

• Was wurde benötigt: Ersatz-Schnecke im Tacho eines Oldtimers
• Herstellungsverfahren: selektives Lasersintern mit SLS Pulver
• Anforderungen: Lange Haltbarkeit, Präzision, günstiger Preis
• Material: iglidur I6
• Branche: Automobilbranche
• Erfolg durch die Zusammenarbeit: Hohe Präzision, kein Abrieb, schnelle und kostengünstige Fertigung, keine Schmierung

Die Anwendung auf einen Blick:
Ersatzteile für Oldtimer zu finden ist meistens schwierig bis unmöglich. Besonders für exotische Fahrzeuge und seltene Modelle ist die Ersatzteilversorgung ein bekanntes Problem. Dr. Jörg Pühler, der Besitzer eines Stanley 750B aus dem Jahr 1924, suchte nach einem Ersatzteil für den Meilenzähler im Tacho.
Das Originalteil war durch Verschleiß und die Nacharbeit des Vorbesitzers komplett ruiniert. Der online 3D-Druck-Service von igus schaffte Abhilfe: Die benötigte Welle mit Schnecke und Zahnrad konnte kostengünstig und in kurzer Zeit aus dem abriebfesten SLS-Kunststoff iglidur I6 gedruckt werden.
 

Vergleich metallische Schnecke (alt) und 3D-gedruckte Kunststoff-Schnecke aus iglidur I6 (neu). Quelle: Dr. Jörg Pühler

Problem

In einem Tacho von Stewart-Warner war das mit der Schnecke auf der Eingangswelle im Eingriff stehende Zahnrad auf der ersten Zwischenwelle nicht mehr einsatzfähig. Das Ritzel stand nicht mehr im Eingriff mit der Schnecke. Durch die Nacharbeit des Vorbesitzers war es unmöglich, die korrekten Maße abzunehmen. Die Fertigung eines Ersatzteils erforderte mehrere Anläufe und einen Werkstoff, der stabil ist, eine hohe Präzision ermöglicht und für den Dauerlauf geeignet ist. 

Lösung

Mit iglidur I6 und dem igus 3D-Druck-Service konnte ein optimal laufendes Ersatzteil hergestellt werden. Dank der schnellen und kostengünstigen Fertigung im Lasersinter war es dem Oldtimer-Besitzer ohne Weiteres möglich, mehrere Varianten der Konstruktion im Einsatz zu testen. Dank des eingesetzten Hochleistungskunststoffes mit inkorporierten Festschmierstoffen muss das Bauteil nicht mehr geschmiert werden. Auch nach über 2000 Meilen im Einsatz ist noch kein Verschleiß zu erkennen. 

Wie kam es zu dem Zahnrad-Verschleiß im Tacho?

Der Tacho eines Stanley 750B Oldtimers aus dem Jahr 1924 funktionierte nicht mehr - der Meilenzähler war defekt. Als Fehlerursache konnte der Besitzer das auf der ersten Zwischenwelle befindliche Zahnrad, welches mit der Schnecke auf der Eingangswelle im Eingriff steht, identifizieren. Durch die Abnutzung stand das Ritzel nicht mehr im Eingriff mit der Schnecke.

Das Problem wurde durch das dreistellige Tageszählwerk verursacht: Die Ziffernscheiben hatten etwa 0,2 mm Axialspiel und es gab keine Federscheibe, die die Scheiben gegeneinanderdrückte. Gelegentlich rutschte ein kleines Übertragszahnrad zwischen die Scheiben und blockierte das Zählwerk. Das Axialspiel konnte durch eine an der Seite eingebrachte, leicht gebogene, 0,1 mm dicke Messingscheibe beseitigt werden, sodass keine Blockade mehr beobachtet werden konnte.

Für das Tacho von Stewart-Warner, Chicago, Typ M-9 konnte zunächst kein Ersatzteil im Handel gefunden werden. Quelle: Dr. Jörg Pühler

Mehrere Anläufe für ein funktionierendes Ersatzteil

Nachdem die Fehlerursache behoben war, konnte die Fertigung eines Ersatzteils angegangen werden. Mithilfe der FreeCAD Software gelang es Dr. Pühler eine CAD-Datei mit einem 3D-Modell des erforderlichen Bauteils zu erstellen. Die erste Bestellung über den igus 3D-Druck-Service lief unkompliziert vonstatten und das fertige Ersatzteil kam auch schon nach wenigen Tagen an. 

Das Material war stabil und selbst kleinste Details konnten perfekt abgebildet werden. Die Welle passte auf Anhieb in die Lager und auch die Schnecke für den Abtrieb war präzise passend. Allerdings stellte es sich heraus, dass die Abnutzung des Original-Ritzels so groß war, dass die nachkonstruierten Maße des Zahnrads zu klein gewählt wurden. 

Der Schaden am Original-Bauteil war so groß, dass nicht einmal mehr die Abmessungen korrekt abgenommen werden konnten. Quelle: Dr. Jörg Pühler

3D-gedrucktes Ersatzteil im Test: Wird es im Dauerlauf halten?

Nur ein Parameter im CAD-Modell musste geändert werden und schon konnte die zweite Version in den Druck geschickt werden. Das zweite Exemplar lief bereits recht gut und konnte einen kurzen Dauerlauf bestehen. Da es bei geringen Drehzahlen aber etwas ins Stocken geriet, musste eine dritte Version mit einem angepassten Zahnradmodul und Schrägungswinkel produziert werden. Das dritte Exemplar lief perfekt rund und hatte den richtigen Eingriff.

Ein großer Vorteil der additiven Fertigung ist die Möglichkeit, Änderungen schnell und ohne großen Aufwand umzusetzen. Sowohl die Anpassung des digitalen Modells als auch die bequeme Online-Bestellung und schnelle Fertigung machen es möglich, Anpassungen bei Prototypen und Ersatzteilen zeitnah und kostenschonend vorzunehmen.

Die Schwierigkeit bei der Anfertigung von Ersatzteilen mittels 3D-Druck liegt häufig in der Erstellung eines passenden 3D-Modells. Im Internet finden sich zahlreiche Tutorials und kostenlose Online-Tools für die CAD-Erstellung. Auch auf der igus Webseite finden sich mehrere kostenlose CAD-Konfiguratoren für Benutzer ohne Vorkenntnisse, unter anderem für Zahnräder, Lager und Trapezgewindemuttern. Wer sich diese Arbeit selber nicht machen möchte, findet Unterstützung für die Konstruktion von 3D-Druck-Ersatzteilen bei Offenen Werkstätten und anderen Reparatur-Initiativen. 

Prüfstand – 3D-gedruckte Schnecke aus iglidur I6 im Test. Quelle: Dr. Jörg Pühler

Erstaunlich gute Qualität der Oldtimer Ersatzteile im 3D-Druck

Nachdem die Welle ausgiebig auf dem Teststand geprüft wurde, konnte sie in den Tacho und dieser wieder den Oldtimer verbaut werden. Einen erheblichen Vorteil von iglidur i6 stellen die in den Kunststoff inkorporierten Festschmierstoffe dar, denn dank ihnen kann sich der Anwender das Schmieren der Bauteile ersparen - auch dann, wenn das Gegenstück aus Metall besteht. 

Nach über 2000 Meilen im Einsatz ist die gedruckte Schnecke weiterhin in bester Form und es sind keine Verschleißerscheinungen zu erkennen. Die auf dem Bild erkennbaren minimalen Metallabriebspuren stammen von der antreibenden Schnecke und entstanden in der Anfangsphase des Versuchs, im weiteren Einsatz haben sie sich nicht merklich verändert.

Auch nach 2000 Meilen ist auf der Schnecke kein Abrieb zu erkennen. Quelle: Dr. Jörg Pühler