Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Tribologisch optimierte Auslegung von Innenverzahnungen

Innenverzahnungen bieten, im Gegensatz zu Außenverzahnungen, die Möglichkeit den Wälzpunkt C außerhalb der Eingriffsstrecke der Verzahnung zu legen. Damit können, je nach Auslegung, entweder am Planeten oder am Hohlrad negatives spezifisches Gleiten vollständig vermieden bzw. die Beträge des negativen spezifischen Gleitens deutlich reduziert werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Grauflecken-, Grübchen- und Verschleißtragfähigkeit von Innenverzahnungen gezielt zu beeinflussen. Ergebnisse systematischer Untersuchungen zu diesen Einflussgrößen liegen bisher allerdings nicht vor. Die Tragfähigkeitsreserven der Werkstoffe im Bereich positiven spezifischen Gleitens sind nicht quantifiziert und existierende Berechnungsverfahren zur Flankentragfähigkeit sind für Verzahnungen mit einem außerhalb der Eingriffsstrecke liegenden Wälzpunkt nicht verifiziert.

Im hier beantragten Forschungsvorhaben sollen daher umfangreiche theoretische und experimentelle Untersuchungen zum Einfluss der Lage des Wälzpunktes und der Gleitverhältnisse auf der Zahnflanke an Innenverzahnungen durchgeführt werden. Es werden anhand der Ergebnisse Tragfähigkeitskennwerte und Grenzbelastbarkeiten für verschiedene praxisrelevante Werkstoffpaarungen abgeleitet. Darauf basierend werden die bestehenden Berechnungsverfahren zur Grauflecken-, Grübchen- und Verschleißtragfähigkeit überprüft und ggf. erweitert. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden somit die Grundlage für eine Erweiterung bestehender Normberechnungsverfahren. Durch Erweiterung der bestehenden Berechnungsverfahren besteht im Anschluss an dieses Vorhaben vor allem für KMUs die Möglichkeit, die gewonnenen Ergebnisse schnell in die praktische Anwendung umzusetzen, da auf die Durchführung von zeit- und kostenintensiven Prüfstandversuchen u.U. fast vollständig verzichtet werden kann.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen umfangreicher theoretischer und experimenteller Untersuchungen wurde der Wissenstand zur Flankentragfähigkeit von Innenverzahnungen maßgeblich erweitert:

- Es stehen erweiterte theoretische Grundlagen zum Einfluss der Gleitverhältnisse auf die Flankentragfähigkeit von Innenverzahnungen zur Verfügung, mit denen experimentelle Untersuchungen vorbereitet und abgeglichen wurden. Außerdem bilden diese Grundlagen die Basis zur Überprüfung und Erweiterung der Modellvorstellungen zur Schadensentstehung und -entwicklung.

- Abgeleitete Kennwerte zur Grübchentragfähigkeit auf Basis der Versuchsergebnisse für unterschiedliche Werkstoffpaarungen und unterschiedliche Gleitverhältnisse erlauben eine zuverlässige Auslegung von Innenverzahnungen.

- Vergleichswerte zum Grauflecken- und Verschleißverhalten von Innenverzahnungen der Werkstoffpaarung Eh/V, Eh/N und Eh/Eh sowie mit unterschiedlichen Gleitverhältnissen können herangezogen werden, um die Lebensdauer von Getrieben zuverlässig abzuschätzen.

- Die Ergebnisse erlauben weitergehende Korrelationen zwischen Zahnradtragfähigkeit und Werkstoff- sowie Geometrieeigenschaften sowie die Weiterentwicklung grundlegender Modellvorstellungen zum Schadensgeschehen.

- Die Anwendbarkeit der Berechnungsverfahren wurde überprüft, teilweise wurden Erweiterungsmöglichkeiten bzw. Empfehlungen für die Auslegung entsprechender Verzahnungen ausgearbeitet, die eine quantifizierte Berücksichtigung des Einflusses der Gleitverhältnisse auf die Flankentragfähigkeit erlaubt. Die Ausarbeitung erfolgte auch im Hinblick auf das Einfließen in die Normungsarbeit, sodass eine schnelle Erweiterung gängiger Normen zur Zahnradtragfähigkeit möglich ist.

- Tragfähigkeitspotenziale von Verzahnungen mit unausgeglichenen Gleitverhältnissen wurden zusammengestellt und Empfehlungen zur tribologisch optimierten Auslegung von Innenverzahnungen abgeleitet.

- Die Ergebnisse wurden bereits vor einem breiten Fachpublikum vorgestellt und diskutiert.