Rechnergestützte Optimierung des Wirkungsgrads und der Tragfähigkeit von Schneckengetrieben durch freigeformte Flankengeometrien

Forschungsthema

Kurztitel Freiformgestaltung von Schneckenradflanken
Projektbeginn Q1/2024
Förderung FVA-Nr. 1024/I, IGF-Nr. 01IF23214N
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, BMWK
Kontakt Dr.-Ing. J. Pellkofer

Projektbeschreibung

Das Vorhaben behandelt die Optimierung von Schneckengetrieben mittels der Gestaltungsmöglichen bei Fertigung unter Anwendung der 5-Achs-Fräs-Technologie. Die Hauptziele der Optimierung sind die Verbesserung von Wirkungsgrad und Leistungsdichte. Optimierte Verzahnungsgeometrien werden dabei rechnerisch erzeugt und bewertet. Durch die Vermessung von gefertigten Verzahnungen und die Durchführung von Prüfstandsversuchen erfolgt eine experimentelle Erprobung und Beurteilung der optimierten Schneckengetriebe. Im Vorhaben wird dazu zunächst die Geometrie mit dem Tragbildprogramm SNETRA erzeugt. Im Anschluss werden die Beanspruchungen und Kontaktgrößen durch gezielte Modifikationen der Flankentopographie eingestellt und unter Verwendung einer Tragbildsimulation bewertet und optimiert. In einer CAD-CAM-Umgebung werden Fertigungsstrategie und -parameter programmiert. Basierend darauf werden Schneckenräder für die experimentellen Versuche auf einer 5-Achs-Maschine gefertigt. Diese werden vermessen und in Laufversuchen auf Wirkungsgrad sowie Einlaufverlaufen und Fresstragfähigkeit untersucht. Referenzversuche mit konventionell wälzgefrästen Schneckenrädern erlauben eine Einordnung der Eigenschaften der modifizierten 5-Achs-gefrästen Schneckenräder. Daraus gehen Erkenntnisse zur Optimierung der Flankentopographie von Schneckenrädern sowie zur 5-Achs-Fertigung dieser hervor. Optimierungsmöglichkeiten werden entwickelt und das Potential zur Wirkungsgrad- und Leistungsdichtensteigerung beurteilt. Die Ergebnisse können von Getriebeproduzenten nach dem Vorhaben aufgegriffen und in der Entwicklung und Fertigung angewendet werden. Vor allem für KMU stellt die Einführung und innovative Anwendung von alternativen Fertigungstechnologien einen anteilig großen Aufwand dar. Anhand der Ergebnisse können Einführung sowie Anwendung vorbereitet und unterstützt werden. Der Einsatz der 5-Achs-Technologie bietet somit großes Innovationspotential und darüber hinaus die Möglichkeit für eine flexiblere und wirtschaftlichere Kleinserien- und Prototypenfertigung.