Problemstellung: Verminderte Festigkeiten von POM-Zahnstangenführungen

Spritzgegossene Zahnstangen aus Polyoxymethylen (POM) unterliegen im Einsatz - insbesondere im Bereich der Zahnflanken, in Folge der Interaktion mit einem entsprechenden Zahnrad - einer erhöhten mechanischen Beanspruchung. Kundenreklamationen beschrieben frühzeitig ausfallende Zahnstangenelemente, bei denen Zähne im Einsatz abbrechen. Durch geeignete Untersuchungen sollen die Ursachen eingekreist werden. 

Methodik: Mikroskopische Gefügeanalyse der Zahnstangen

  • Mikrotomdünnschnitte bei Raumtemperatur am Rotationsmikrotom
  • Gefügeuntersuchung unter Einsatz von polarisiertem Durchlicht

Ergebnis: Kalte Randschichten im Bauteil

Die Dünnschnittuntersuchungen erlauben Aussagen zur Homogenität der kristallinen Überstrukturen über der Wanddicke. Im vorliegenden Fall sind insbesondere im beanspruchten Zahnbereich so genannte feinkristalline, sogenannte „kalte“ Randschichten zu beobachten. POM reagiert sehr empfindlich auf eine zu niedrige Schmelze- bzw. Werkzeugtemperierung. Die Formmasse erstarrt dann schlagartig bei Kontakt zur Werkzeugwand und hat nicht genügend Zeit, Sphärolithe auszubilden. Die vorliegende Geometrie begünstigt dies zusätzlich durch eine vergrößerte Kontaktfläche zum Werkzeug (schneller Wärmeentzug im Zahnbereich). Derartige Randschichten verhalten sich erfahrungsgemäß deutlich spröder als das Kernmaterial, welches mehr Zeit zur Abkühlung aus dem Schmelzezustand hatte. Durch eine Erhöhung der Werkzeugtemperatur konnte hier Abhilfe geschaffen werden, da die Sphärolithe durch das langsamere Abkühlen Zeit zum Wachstum besitzen.

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Christoph Zekorn

Mikroskopische Analyse Laborleiter Mikroskopische Analyse +49 241 80-28341 christoph.zekorn@ikv.rwth-aachen.de

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