Zahnflankentragfähigkeit ölgeschmierter Kunststoffverzahnungen in leistungsübertragenden Getrieben

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Karsten Stahl
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 393025460

Der Einsatz von Kunststoffverzahnungen in Getrieben zur Leistungsübertragung gewinnt zunehmend an Bedeutung. Insbesondere die geringe Dichte und die Dämpfungseigenschaften thermoplastischer Kunststoffe machen den Einsatz von Kunststoffverzahnungen attraktiv. Die starke Temperaturabhängigkeit der Werkstoffeigenschaften und der Festigkeitswerte schränken den Anwendungsbereich jedoch ein. Speziell im Trockenlauf kann es zu Anschmelzungen der Verzahnungen und damit zum Ausfall des Getriebes kommen. Der Betrieb von Kunststoffverzahnungen unter ölgeschmierten Bedingungen und die Entwicklung von Thermoplasten, die für höhere Betriebstemperaturen geeignet sind, bieten jedoch Potential zur Leistungssteigerung. Die Kenntnis der Verzahnungstemperatur und der Werkstoffbeanspruchbarkeit sind daher von essentieller Bedeutung für die Auslegung von Kunststoffverzahnungen. Bisherige Berechnungsmethoden für Kunststoffverzahnungen wie beispielsweise die VDI-Richtlinie 2736 sind von Auslegungsvorschriften für Stahlverzahnungen abgeleitet und berücksichtigen die kunststoffspezifischen Eigenschaften nicht ausreichend. An der Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau (FZG) wurden im Rahmen eines DFG-Forschungsvorhabens unterschiedliche Thermoplasten hinsichtlich ihrer Zahnfußtragfähigkeit untersucht und die bestehenden Berechnungsmethoden zur Bestimmung der Zahnfußtragfähigkeit erweitert. Im beantragten Forschungsvorhaben sollen nun leistungsfähige Kunststoffwerkstoffe hinsichtlich ihrer Zahnflankentragfähigkeit untersucht werden und Festigkeitswerte ermittelt werden. Bisher unberücksichtigte Einflüsse auf die Berechnung der Flankentragfähigkeit sollen in einem erweiterten Berechnungsansatz abgebildet werden. Hierzu sollen experimentelle Untersuchungen zur Bestimmung der Zahntemperatur und der Lebensdauer im Laufprüfstand unter Ölschmierung durchgeführt werden. Versuchsbegleitend werden theoretische Untersuchungen mittels numerischer und analytischer Modelle durchgeführt und anhand der Laufversuche validiert. Ziel ist es, den derzeitigen Stand der Technik zur Auslegung von Kunststoffverzahnungen zu erweitern und ein sicheres und abgeschlossenes Berechnungsverfahren zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen