Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Ableitung einer normfähigen Berechnung der Schneckenverzahnungssteifigkeit

Für die Steifigkeit von Schneckenverzahnungen ist keine Berechnungsmethode verfügbar, die ohne aufwendige Simulationsmethoden umsetzbar ist. Aus diesem Grund soll in diesem Vorhaben ein Algorithmus entwickelt werden, mit welchem durch vergleichsweise einfache Mittel die Steifigkeit von Schneckenverzahnungen berechnet werden kann. Grundlage des Algorithmus sind physikalisch basierte Ansätze wie zum Beispiel grundlegende Zusammenhänge der technischen Mechanik. Ergebnis der Überlegungen sind Berechnungsansätze, die entweder mit Hilfe von Tabellenkalkulation oder händisch umgesetzt werden können.

Eine Sensitivitätsanalyse soll aufzeigen, welche Einflussgrößen entscheidenden Einfluss auf die Getriebe- und Verzahnungssteifigkeit in Schneckengetrieben nehmen und welche nicht. Mithilfe umfangreicher simulativer Parameterstudien wird die Datenbasis geschaffen, anhand derer einfachere Berechnungsmethoden entwickelt werden können. Zunächst werden Berechnungsvorschriften hergeleitet, die unter Zuhilfenahme von Tabellenkalkulation eine Berechnung der Verzahnungssteifigkeit ermöglichen. Anschließend wird eine Methode entwickelt, bei der die Verzahnungskomponenten stark vereinfacht werden und so die Steifigkeit mit einfachen Formeln abgeschätzt werden kann. Die Validierung der Methoden erfolgt anhand statischer Versuche. Am Ende des Vorhabens werden die Ergebnisse durch Hilfestellungen für die Praxis für Anwender in KMU aufgearbeitet.

KMU, die Getriebe mit Schneckenverzahnungen herstellen, profitieren von einer Reduktion von Kosten für Prüfstandsversuche, da diese durch zuverlässige Berechnungsmethoden für die Verzahnungssteifigkeit ersetzt werden können. Auf Seiten der KMU, die Schneckengetriebe einsetzen, beispielsweise in der Produktion oder Logistik, entsteht konkreter Nutzen durch den Einsatz optimal dimensionierter Getriebe.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurde ein Berechnungsprogramm mit hochwertigen Berechnungsmethoden entwickelt, um die Steifigkeit von Schneckenverzahnungen möglichst genau untersuchen zu können. Die damit durchgeführte Berechnungsstudie stellte relevante Einflussparameter für die Steifigkeit heraus. In einer zweiten Studie wurde eine Methode angewendet, mit der die Verformungsanteile von Getriebekomponenten an der Gesamtverformung zu ermitteln. Die Ergebnisse beider Studien unterstützen Hersteller bei der steifigkeitsgerechten Auslegung und Optimierung von Schneckengetrieben.

Es wurde weiter eine normungsfähige Methode zur Berechnung der Verzahungssteifigkeit von Schneckenverzahnungen entwickelt. Die Methode wurde mit numerischen Berechnungen und experimentellen Untersuchungen erfolgreich validiert. Sie ermöglicht es den Herstellern und Anwendern von Schneckengetrieben, mit einfachen Mitteln die Steifigkeit zuverlässig zu ermitteln und so die Steifigkeit bei der Auslegung zu berücksichtigen und zu optimieren.