Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Tragfähigkeit von Schneckengetrieben mit kleinen Achsabständen

Im Forschungsvorhaben sollen Schneckengetriebe mit kleinen Achsabständen (a < 65 mm) untersucht werden. In diesen Baugrößen ist Verschleiß die maßgebliche Schadensart durch die die Lebensdauer begrenzt wird. Die aktuelle Norm DIN 3996 zur Berechnung der Tragfähigkeit von Schneckengetrieben ist für Achsabstände a < 65 mm nicht abgesichert. In der Praxis zeigen sich bei diesen Baugrößen meist deutliche Abweichungen zwischen Berechnung und Realität und die Verschleißtragfähigkeit von kleinen Schneckengetrieben wird unterschätzt. Eine bedarfsgerechte Auslegung solcher Getriebe ist somit gegenwärtig nicht möglich.

Zur Untersuchung des Verschleißes an kleinen Schneckengetrieben soll daher eine möglichst allgemeingültige Simulationsmethodik entwickelt werden. Dazu wird ein energetischer Verschleißberechnungsansatz verwendet, der mit einer Berechnung von lokalen Kontaktgrößen, wie Pressung und Reibungszahl, gekoppelt wird. Durch gezielte experimentelle Untersuchungen werden Werkstoffkennwerte und Einflussparameter ermittelt und die Berechnung validiert. Zudem werden Versuchsdaten aus vorherigen Forschungsvorhaben ausgewertet und berücksichtigt, um einen weiten Gültigkeitsbereich der Simulationsmethodik zu gewährleisten. Auf Basis der entwickelten Simulationsmethodik werden Näherungsgleichungen für eine praxisgerechte Anwendung der Forschungsergebnisse abgeleitet.

Somit steht der Industrie eine Berechnung zur Vorhersage von Verschleiß zur Verfügung, die auch für kleine Schneckengetriebe gültig ist. Es kann ein rechnerischer Tragfähigkeitsnachweis erbracht werden und Prüfstandsversuche, die vor allem für KMU einen hohen Aufwand darstellen, können reduziert werden. Durch eine optimierte Auslegung auf Basis der Forschungsergebnisse kann die Leistungsdichte der Getriebe erhöht werden und ein Wettbewerbsvorteil für die KMU erzielt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel des Forschungsvorhabens waren die Entwicklung von Methoden zur Verschleißvorhersage von Schneckengetrieben mit kleinen Achsabständen mittels Verschleißmodellen. Deren Verschleißverhalten war bislang nicht ausreichend untersucht worden. Dadurch sind Schneckengetriebe in kleinen Baugrößen in der aktuellen Normberechnung nicht berechenbar.

Im Forschungsvorhaben wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen durchgeführt. In den theoretischen Arbeiten wurde die Verschleißtragfähigkeitsberechnung für Schneckengetriebe nach DIN 3996 für kleine Achsabstände erweitert. Darüber hinaus wurde das energetische Verschleißmodell von Fleischer auf Schneckenverzahnungen übertragen, sodass ein alternatives Verschleißmodell zur Verfügung gestellt werden konnte. Dies wurde dazu genutzt, eine Näherungsmethode zur Verschleißberechnung auf Basis eines Verschleißkennfeldes sowie einfache handhabbare Gleichungen abzuleiten.

Die Basis für die Normerweiterung sowie die Entwicklung des energetischen Verschleißansatzes bildeten die experimentellen Untersuchungen zum Einlauf- und Dauerlaufverhalten sowie Laststufenversuche zum Verschleiß.

Darüber hinaus konnten Bedingungen für einen günstigen Einlauf von Schneckenverzahnungen hinsichtlich einer schnellen Erreichung eines vollen Tragbilds sowie Oberflächen mit günstigem tribologischen Verhalten herausgearbeitet werden.