Verlustoptimierte Verzahnungen steigern die Leistungsübertragung trocken laufender Kunststoffzahnräder. Systematische Untersuchungen des Betriebsverhaltens unterstützen die Erschließung neuer Anwendungsbereiche.
Kunststoffzahnräder haben gegenüber Stahlzahnrädern einige Vorteile, die in speziellen Getriebeanwendungen zunehmend zum Tragen kommen. Durch ihre Trockenlauffähigkeit sind sie prädestiniert für Anwendungen, beispielsweise im Bereich der Medizintechnik, Lebensmittelverarbeitung oder Druckindustrie, bei denen eine Schmierung nicht möglich ist. Hohe Reibungsverluste begrenzen dabei jedoch die aus thermischer Sicht übertragbare Leistung. Verlustoptimierte Verzahnungen weisen durch Konzentration des Zahneingriffs um den Wälzpunkt deutlich niedrigere Reibungsverluste auf und haben damit das Potenzial, die Anwendungsbereiche von Kunststoffzahnrädern deutlich zu erweitern. Die Gültigkeit bestehender Berechnungsverfahren zur Auslegung der Zahnräder ist aufgrund der deutlichen Abweichungen zu konventionellen Verzahnungen nicht gesichert.
rechts: Kunststoff/Stahl-Zahnradpaarung mit verlustoptimierter Verzahnungsgeometrie (Quelle: FZG-Augsburg)
Ziel des Forschungsvorhabens war die Ermittlung des Betriebsverhaltens verlustoptimierter Kunststoffzahnräder, um eine sichere Auslegung und Anwendung in der Praxis zu ermöglichen. In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern wurden dazu umfangreiche Prüfstandsversuche durchgeführt. Neben Verzahnungsverlusten, Temperaturen und Tragfähigkeit wurde das dynamische Betriebsverhalten untersucht. Im Vergleich zu einer konventionellen Verzahnungsauslegung konnte eine deutliche Verringerung der Verzahnungsverluste und eine Steigerung der aus thermischer Sicht übertragbaren Leistung von bis zu 75 % experimentell nachgewiesen werden. Aus den Versuchsergebnissen wurde eine umfassende Auslegungsstrategie erarbeitet, die neben Erweiterungen zu bestehenden Berechnungsverfahren neue Ansätze zu bisher nicht berücksichtigten Aspekten enthält.
