Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Ganzheitliche Wirkungsgradoptimierung von Schneckengetrieben

Die Ziele dieses Vorhabens sind die ganzheitliche Optimierung des Wirkungsgrades von Schneckengetrieben und die Herleitung einer Konstruktionsrichtlinie und eines Konstruktionskataloges für die Praxis, um den Konstrukteuren die ausgearbeiteten Erkenntnisse zur Wirkungsgradsteigerung zur Verfügung stellen zu können. Da KMUs wegen der großen Komplexität der tribologischen Verhältnisse von Schneckengetrieben keine Möglichkeit und Kapazität haben, um systematische Projekte zur Wirkungsgradoptimierung zu betreiben, sollen die erzielten Ergebnisse, insbesondere die hergeleitete Konstruktionsrichtlinie und der Konstruktionskatalog ihnen hierzu eine Hilfestellung bieten. Die Konstruktionsrichtlinie soll die Auslegungsschritte von Schneckengetrieben mit hohem Wirkungsgrad übermitteln, wohingegen der Konstruktionskatalog konkrete gestalterische Hinweise bei verschiedenen Achsabständen und Übersetzungen geben soll. Diese Ziele können durch einen systematischen, simulativ und experimentell durchgeführten Optimierungsvorgang, der das komplette Getriebe betrachtet, erreicht werden. Zuerst werden die Einflussgrößen auf den Getriebewirkungsgrad identifiziert und quantifiziert. Basierend auf diesen Ergebnissen wird der Getriebewirkungsgrad durch kombinierte simulative und experimentelle Vorgehensweise Schritt für Schritt optimiert. Zum Abschluss werden aus den gesammelten Erkenntnissen die Konstruktionshinweise für die Praxis hergeleitet. Diese Hilfsmittel sollen besonders Konstrukteuren deutscher KMUs helfen, moderne, zuverlässige Schneckengetriebe mit hohem Wirkungsgrad auslegen zu können und so die führende Position ihrer Firmen auf dem globalen Getriebemarkt zu erhalten bzw. zu stärken. Die einzelnen Optimierungsmaßnahmen können immer passend zum Unternehmens- und Auftragsprofil des KMUs ausgewählt werden. Von den entwickelten Maßnahmen wird abhängig von Betriebspunkt, Übersetzung und Achsabstand eine Wirkungsgradverbesserung von ca. 3 bis 20 Prozentpunkten erwartet.

Ergebniszusammenfassung:

Die Ziele des vorliegenden Forschungsvorhabens waren die ganzheitliche Optimierung des Wirkungsgrades von Schneckengetrieben sowie die Erarbeitung von Hilfestellungen zur Konstruktion von effizienten Schneckengetrieben.

Anhand von Prüfstandsversuchen mit einem Referenzgetriebe und einem sukzessiven optimierten Getriebe wurden die Optimierungsmaßnahmen exemplarisch am realen Bauteil nachgewiesen. Die sukzessive Optimierung erfolgte durch die Auslegung einer wirkungsgradoptimierten Verzahnung, Maßnahmen zur Feinbearbeitung der Oberflächen der Schneckenzahnflanken, den Einsatz verschiedener Lagerkonfigurationen sowie die Variation der Schmierstoffviskosität. Durch eine Kombination mehrerer Maßnahmen sind Wirkungsgradsteigerungen je nach Betriebspunkt von mehreren Prozentpunkten möglich. Unter Nennlast betragen die erzielten Effizienzsteigerungen zwischen 3 und 5 Prozentpunkten, was bei Wirkungsgraden um 90 % eine signifikante Reduktion der Verlustleistung bedeutet.

Im Hinblick auf den Nutzen der Ergebnisse für die Praxis wurde eine Methodik zur Verzahnungsauslegung mit dimensionslosen Parametern entwickelt, welche mit einer grafischen Hilfestellung in Form von Nomogrammen nutzbar ist und in Form einer Konstruktionsrichtlinie Anwendern zur Verfügung steht. Zudem wurden die Forschungsergebnisse als Lösungssammlung zusammengefasst und eine Hilfestellung zur Auswahl der für den Getriebewirkungsgrad optimalen Viskositätsklasse des Schmierstoffes erarbeitet.