Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Berechnungsverfahren zur Vorhersage der lastabhängigen Verzahnungsverluste von Kegelrad- und Hypoidgetrieben basierend auf hochgenauen

Verlustmomentmessungen

Effizienzsteigerungen in der Antriebstechnik können einen erheblichen Beitrag zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen und damit zum Erreichen der globalen Klimaschutzziele leisten.

Im Forschungsvorhaben Kegelrad- und Hypoideffizienz sollen daher die Verluste von Kegelrad- und Hypoidgetrieben untersucht werden. In den Forschungsvorhaben FVA Nr. 516 (Hypoidgraufleckigkeit) und FVA Nr. 519 (Hypoidfressen) werden unterschiedliche Methoden zur Bestimmung der lastabhängigen Verzahnungsverluste angewandt, deren Ergebnisse Abweichungen aufweisen. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung eines lokalen und eines normfähigen Berechnungsverfahrens zur Bestimmung der lastabhängigen Verzahnungsverluste und des Verzahnungswirkungsgrades.

Hierzu werden die lastabhängigen Verzahnungsverluste an einem neu zu entwickelnden Wirkungsgradprüfstand für Kegelrad- und Hypoidgetriebe, basierend auf hochgenauer Verdrehwinkelmessung, exakt bestimmt. Das Versuchsprogramm beinhaltet die Variation der Parameter „Betriebsbedingungen“, „Verzahnungsgeometrie“ und „Schmierung“.

Die Versuchsergebnisse und die daraus abgeleiteten Berechnungsverfahren sind anschließend zu interpretieren und in den Stand des Wissens einzuordnen. Die Differenzen in den Verfahren aus FVA Nr. 516 und FVA Nr. 519 sind zu untersuchen und mit den neu entwickelten Berechnungsverfahren zu vergleichen. Das vereinfachte, globale Berechnungsverfahren ist so aufzubereiten, dass dieses gegebenenfalls Eingang in die internationale Normung finden kann.

Die Ergebnisse stehen den Endanwendern unmittelbar nach der Projektlaufzeit und ohne finanziellen Mehraufwand zur Verfügung. Mithilfe der neuen Berechnungsverfahren ist eine wirtschaftlichere und effizientere Verzahnungsauslegung möglich, die die Wettbewerbsfähigkeit kleiner und mittelständischer Unternehmen, die in der Regel aus wirtschaftlichen Gründen keine grundlegende Forschung betreiben können, im internationalen Umfeld stärkt.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Wirkungsgradverhalten von Kegelrad- und Hypoidverzahnungen durchgeführt.

Mittels experimenteller Untersuchungen wurden die Grundlagen für die Entwicklung der Berechnungsmethodiken geschaffen. Hierbei wurden umfangreiche Untersuchungen an einem im Rahmen des Vorhabens neu entwickelten Kegelrad-Wirkungsgradprüfstand durchgeführt. Zur hochgenauen und belastbaren Bestimmung der Verzahnungsverluste wurden darüber hinaus die verwendeten Lager am FZG-Lagerverlustleistungsprüfstand hinsichtlich ihres Wirkungsgradverhaltens untersucht. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen dienen als Basis zur Validierung der entwickelten Berechnungsansätze und ermöglichen eine Quantifizierung unterschiedlicher Einflussgrößen auf den Wirkungsgrad von Kegelradverzahnungen.

Im Rahmen der theoretischen Untersuchungen wurde entsprechend des Ziels des Forschungsvorhabens die Entwicklung erweiterter Berechnungsansätze zur Bestimmung der lastabhängigen Verzahnungsverlustleistung von Kegelradverzahnungen durchgeführt. Die Entwicklung des lokalen Berechnungsansatzes stützt sich dabei auf Ergebnisse grundlegender theoretischer Betrachtungen zum Verzahnungswirkungsgrad. Diese wurden aus Gründen der Anschaulichkeit exemplarische an der Geometrie eines geradverzahnten Stirnrads durchgeführt. Die vereinfachte Berechnungsmethodik basiert auf einer genormten Ersatz-Stirnradverzahnungsgeometrie und es wurde im Rahmen der Entwicklung der Anschluss an bereits bestehende, teils genormte Berechnungsverfahren zur Abschätzung des Tragfähigkeitsverhaltens von Kegelradverzahnungen sichergestellt.

Mit Abschluss dieses Forschungsvorhabens können den Getriebeentwicklern somit experimentell abgesicherte Berechnungsmethoden zur Verfügung gestellt werden, mit deren Hilfe der Wirkungsgrad von Kegelrad- und Hypoidverzahnungen zuverlässig und exakt bestimmt werden kann.