Kronenräder sind eine Alternative zu Schnecken- und Kegelradgetrieben. Im Forschungsvorhaben wurden Einflussgrößen auf die Tragfähigkeit der Verzahnungsstufen rechnerisch erfasst, Berechnungsmethoden aufgestellt und Festigkeitswerte durch Prüfstandsversuche ermittelt.
Kronenradgetriebe, bestehend aus einem Planrad und einem außenverzahnten, zylindrischen, gerad- oder schrägverzahnten Stirnrad, sind Winkelgetriebe, für die nach heutigem Stand der Technik keine abgesicherten, allgemein zugänglichen Ansätze zur Tragfähigkeitsberechnung existieren. Aus diesem Grund war Ziel des Vorhabens, einen experimentell validierten, normfähigen Berechnungsansatz für diese Getriebeart zu erarbeiten.
rechts: Ergebnis der Prüfstandsversuche: Hertzsche Pressung über Lastwechsel am Kronenrad (Quelle: FZG-Augsburg, Außenstelle Augsburg der Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau)
Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen an einem für das Vorhaben konstruierten Prüfstand wurden Verschleißuntersuchungen an Prüfverzahnungen (Bild 1) bei unterschiedlichen Schmierungsbedingungen durchgeführt und ausgewertet (siehe Bild 2). Es konnte gezeigt werden, dass das ausgeprägtere Verschleißverhalten der Werkstoffpaarung Stahl/Stahl im Vergleich zu Kunststoff (POM)/Stahl bei Fettschmierung maßgeblich auf einen Mangelschmierungszustand zurückzuführen ist; die Notlaufeigenschaften des Kunststoffs wirken sich dabei bezüglich des Verschleißes positiv aus.
Parallel dazu erfolgte die Entwicklung eines EDV-Simulationsprogramms zur Bestimmung der lokalen Pressungsverteilung im Zahnkontakt unter Berücksichtigung des Steifigkeitsverhaltens des Gesamtsystems (LTCA). Basierend auf den theoretischen Untersuchungen wurde ein lokaler Berechnungsansatz zur Beschreibung des Lastverhaltens hinsichtlich Zahnflanken- und Zahnfußbeanspruchung einer Kronenradstufe erarbeitet.
Auf Grundlage der experimentellen und theoretisch/simulativen Untersuchungen werden abschließend normfähige Berechnungsansätze für die Zahnflankentragfähigkeit sowie das Verschleißverhalten kleinmoduliger Kronenradverzahnungen der Werkstoffpaarung hart/weich auf Basis einer Stirnrad-Ersatzverzahnung abgeleitet.
