Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verschleiß- und Fresstragfähigkeit von Schneckengetrieben aus höherfesten Werkstoffen bei Langsamlauf für Öl- und Fettschmierung

Von Seiten der Industrie wird eine Substitution der vergleichsweise teuren Bronze durch höherfeste Werkstoffe für Schneckenräder angestrebt. Fressen sowie Verschleiß stellen bei Langsamlauf gemäß industrieller Rückmeldung die kritischen Auslegungskriterien dar. Im Vorhaben wird die Belastbarkeit von höherfesten Werkstoffen im Langsamlauf untersucht und zudem werden Berechnungsmethoden entwickelt, die den Einfluss von Baugröße, Übersetzung, Öl- und Fettschmierung sowie Drehzahl, Tragbildgröße und Flankenform auf die kritischen Schadensarten sowie auf den Wirkungsgrad berücksichtigen.

Hierzu werden zunächst bereits bestehende, geeignete Modelle zur Berechnung der Tragfähigkeit ausgewählt und gegebenenfalls angepasst. In einem weiteren Schritt sind diese Modelle dann auf Schneckengetriebe höherfester Werkstoffe zu adaptieren. Durch eine berechnungsbasierte Versuchsplanung werden mithilfe gezielter experimenteller Untersuchungen die zuvor entwickelten Berechnungsmodelle hinsichtlich Fressen, Verschleiß, Wirkungsgrad sowie der Temperaturverteilung validiert. Ergänzende Werkstoffuntersuchungen ermöglichen die genauere Analyse der Schadensmechanismen.

Nach Abschluss des Vorhabens stehen den Herstellern, welche hauptsächlich im Bereich der KMU angesiedelt sind, Berechnungsansätze für die Verschleiß- und Fresstragfähigkeit sowie den Wirkungsgrad zur Verfügung. Diese ermöglichen die gezielte Anwendung höherfester Werkstoffe für Schneckenräder. Die Potentiale (Kostenreduktion, erhöhte Tragfähigkeit, kleinerer Bauraum) können somit gezielt genutzt und ausgeschöpft werden.

Ergebniszusammenfassung:

Zentrale Ergebnisse:

Im Forschungsvorhaben wurde im Rahmen der theoretischen Untersuchungen ein Simulationsmodell zur Bestimmung der instationären Oberflächentemperaturverteilung von Schneckengetrieben entwickelt. Das Modell wurde durch Messungen an einem Prüfgetriebe erfolgreich validiert und mit bestehenden Verfahren aus der Literatur verglichen. In experimentellen Untersuchungen wurden Schneckengetriebe mit Schneckenrädern aus höherfesten Werkstoffen (Gusseisen, Stahl) geprüft. Dabei wurden Kennwerte für die Verschleiß- und Fresstragfähigkeit sowie den Wirkungsgrad verschiedener Werkstoff-Schmierstoff-Kombinationen ermittelt. Basierend auf den theoretischen und experimentellen Untersuchungen wurde eine Methode zur Bestimmung der Fresstragfähigkeit abgeleitet. Diese Methode beinhaltet eine anwendergerechte Berechnung der Kontakttemperatur sowie einen standardisierbaren Testablauf zur Ermittlung von Werkstoff-Schmierstoff-Kennwerten.

Anwendungsmöglichkeiten:

Die im Forschungsvorhaben ermittelten Kennwerte zu Verschleiß, Fressen und Wirkungsgrad können unmittelbar in der Auslegungsberechnung von Schneckengetrieben mit den entsprechenden Werkstoff-Schmierstoff-Kombinationen verwendet werden und dienen als Richtlinien für Anwendungsgrenzen für Schneckengetriebe mit Schneckenrädern aus höherfesten Werkstoffen. Die Methode zur Bestimmung der Fresstragfähigkeit ist derart gestaltet, dass sie künftig in die bestehende Norm zur Bestimmung der Fresstragfähigkeit von Schneckengetrieben integriert werden kann (DIN 3996). Mit der Methode können Schneckengetriebe gegen die Schadensart Fressen ausgelegt werden, welche vor allem für Schneckengetriebe mit Schneckenrädern aus höherfesten Werkstoffen eine kritische Schadensart darstellt. Damit kann die Verwendbarkeit dieser Werkstoffe verbessert werden.