Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Auslegung spritzgegossener Kunststoffzahnräder

Das Projekt zielt auf die Auslegung von Stahl-Kunststoff Zahnradpaarungen ab. Das Hauptziel dieses Vorhabens ist die Ausarbeitung eines Leitfadens zur funktions-, material- und technologiegerechten Gestaltung auf Basis eines physikalisch begründeten, experimentell validierten Ansatzes. Der zu erarbeitende Leitfaden stellt für KMU eine Hilfestellung zur zuverlässigen Auslegung von Kunststoffzahnrädern dar. Durch die im Rahmen des Vorhabens gewonnen Erkenntnisse und den Leitfaden zur Auslegung wird den KMU ermöglicht, Kunststoffzahnräder zu entwickeln, welche die Vorteile des entsprechenden Werkstoffs besser nutzen und dementsprechend eine höhere Tragfähigkeit aufweisen als bisherige Produkte.

Innerhalb der Projektlaufzeit sollen nacheinander folgende Teilziele erreicht werden:

- Erarbeitung eines multiphysikalischen Modellierungsansatzes des Zahnradpaares mit

den relevanten Beanspruchungen und Versagensmechanismen

- Entwicklung von Prüfmethoden zur einfachen Bestimmung der tribologischen und

mechanischen Daten von Kunststoffen für die Zahnradanwendung

- Experimentelle Validierung des Modellierungsansatzes

- Ausarbeitung von praktisch anwendbaren, einfachen Berechnungsmethoden für

Kunststoffzahnräder und deren Anwendungsgrenzen

Der Leitfaden für die Gestaltung von Kunststoffzahnrädern wird auf Basis der in den einzelnen Etappen des Vorhabens erzielten Ergebnisse erarbeitet. Ein weiteres wichtiges Ziel des Vorhabens ist die Erstellung einer allgemeingültigen, physikalisch begründeten Modellierungstechnik, um später auch andere Verzahnungs- und Kunststoffarten realitätsnah abbilden zu können.

Ergebniszusammenfassung:

Ergebnisse:

Im Vorhaben wurde eine Methodik zur umfangreichen Materialcharakterisierung kurzfaserverstärkter Kunststoffe hinsichtlich des mechanischen Verhaltens erarbeitet. Zudem wurde eine Methodik zur tribologischen Charakterisierung der Reibpaarung aus Stahl und kurzfaserverstärktem Kunststoff (geschmiert und ungeschmiert) erarbeitet. Das multiphysikalische Simulationsprogramm, welches in der vorliegenden Arbeit entwickelt wurde, ermöglicht die Berechnung und Analyse der Beanspruchung und der Schädigung von kurzfaserverstärkten Kunststoffzahnrädern über der Laufzeit.

Anwendungsmöglichkeiten:

Die erzielten Ergebnisse ermöglichen Anwender/-innen, zur Auslegung von Kunststoffzahnrädern zielführende Versuche zur Werkstoffcharakterisierung durchzuführen und zielgerichtet auszuwerten. Ebenso können die anhand der untersuchten Methodik tribologische Modellversuche ausgewählt und durchgeführt werden, um Kennwerte für Reibung und Verschleiß für eine Zahnradpaarung ermitteln zu können. Die Untersuchungen mit der im Vorhaben entwickelten Multiphysik-Simulation erlauben Anwender/-innen, die Ergebnisse seiner Auslegung mit analytischen Methoden zu bewerten und einzuordnen. Mit den Erkenntnissen zum Laufzeitverhalten von Zahnrädern können Rückschlüsse auf die geometrischen Änderungen der Zahnflankengeometrie über die Zeit gezogen und damit eine detailliertere Lebensdauerprognose als mit bisherigen Methoden abgegeben werden.