Entwicklung einer Methode zur einsatz- und fertigungsgerechten Auslegung freier Zahnflankenmodifikationen von Beveloidverzahnungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Brecher
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274876554

Eine Verzahnung, der immer größere Bedeutung zukommt, ist das konische Stirnrad, auch Beveloid genannt. Es wird bereits seit Jahren im Schiffsgetriebebau verwendet und findet augenblicklich auch Einzug in den Automobilbau. Hier wird diese Verzahnungsart zum Beispiel eingesetzt, um das Drehmoment bei allradgetriebenen Fahrzeugen vom Ausgang des Getriebes zur nicht parallel liegenden Vorderachse zu übertragen.Das Einsatzverhalten von Zahnrädern wird allgemein durch das Geräusch- und das Tragfähigkeitsverhalten bestimmt. Der Erfolg der Optimierung des Einsatzverhaltens mittels der konventionellen Flankenmodifikationen hat für Beveloids definitive methodische Grenzen. Besonders um den für unmodifizierte Beveloids typischen Punktkontakt zu vermeiden und Linienkontakt zu realisieren, sind Flankenmodifikationen vorzusehen, die lokale Bereiche der Zahnflanke gezielt verändern. Bei Linienkontakt herrscht eine verbesserte Lastverteilung im Zahneingriff und die Hertzschen Pressungen auf der Zahnflanke werden verringert. Bei bisherigen Auslegungsverfahren zur Erzeugung eines Linienkontakts wird die Berücksichtigung der Herstellbarkeit der ausgelegten Flankenmodifikationen nicht berücksichtigt. Auch existieren keine Tolerierungs- und Messmethoden für diese Flankenmodifikationen.Für Stirnräder existieren Strategien zur Fertigung von topologischen Flankenmodifikationen. Diese gehen jedoch in den meisten Fällen mit einer Reduzierung der Wirtschaftlichkeit und Prozessstabilität der Verfahren einher. Um den wirtschaftlich-technischen Randbedingungen gerecht zu werden, ist die Verwendung von wirtschaftlichen Standardprozessen, wie dem kontinuierlichen Wälzschleifen anzustreben. Des Weiteren wird die Auslegung von Flankenmodifikationen bisher nicht mit einer funktionsorientierten Tolerierung der Abweichungen gekoppelt. Dadurch kann das volle Potential, das die Optimierung der Zahnflankentopologie bietet, häufig nicht genutzt werden.Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist vor dem Hintergrund des aktuellen Forschungsstandes die Entwicklung und Verifikation einer allgemeingültigen Methode zur funktionsorientierten Auslegung von freien Zahnflankenmodifikationen von Beveloids unter Berücksichtigung der Herstellbarkeit. Die Definition der Zahnflankenmodifikationen wird dabei so erweitert, dass über den gesamten Flankenbereich lokale individuelle Vorgaben für die Topologie vorgegeben werden. Der Zweck der Methode ist es, das Einsatzverhalten von Beveloidverzahnungen unter Berücksichtigung der Herstellbarkeit hinsichtlich Geräusch und Tragfähigkeit zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen