Exzenter-Zykloiden-Verzahnungen

Erarbeitung und Absicherung der theoretischen Grundlagen zur Auslegung von Exzenter-Zykloiden-Verzahnungen

Als bedeutendste Verzahnungsart im Maschinenbau ist die Evolventenverzahnung weit verbreitet. Neben der guten Fertigbarkeit und dem mittlerweile großen Know-How weist diese Verzahnungsform jedoch auch Nachteile auf und birgt somit Potenzial für neue Verzahnungsarten.

Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung und Validierung einer Auslegungsmethode für Exzenter-Zykloiden-Verzahnungen (EZ). Aufbauend auf der Auslegungsmethode wurde die simulative Vorhersage des Einsatzverhaltens der EZ-Verzahnung mittels einer Erweiterung der Zahnkontaktanalyse ermöglicht. Basierend auf dieser Vorhersage konnten die wesentlichen Einflussgrößen der geometrischen Kenngrößen der EZ-Verzahnung anhand einer Sensitivitätsanalyse ermittelt werden. Dadurch wurde der Parameterraum auf die wesentlichen Verzahnungsparameter reduziert, die in einem folgenden Schritt dazu verwendet wurden, das Einsatzverhalten der EZ-Verzahnung zu optimieren. Die Auslegungsmethode wurde abschließend experimentell abgesichert und die Erweiterung der Zahnkontaktanalyse für EZ-Verzahnungen validiert. Hierzu wurden Funktionsmuster für Prüfstandsuntersuchungen sowohl im Tiefschleifprozess als auch im 5-Achs-Fräsprozess hergestellt.

Im direkten Vergleich zu Evolventenverzahnungen konnte simulativ gezeigt werden, dass die Sensitivität des Einsatzverhaltens von EZ-Verzahnungen gegenüber Achslageabweichungen ähnlich ist. Gleichzeitig konnte aufgrund der konvex-konkaven Eingriffe eine Verringerung der lastbedingten Verlustleistung um bis zu 10 % im Vergleich zu einer geometrisch ähnlichen Evolventenverzahnung mit konvexem Kontakt erreicht werden. Ebenfalls konnte geprüft werden, dass die Herstellung mit wälzenden Fertigungsverfahren wie dem Wälzschleifen grundsätzlich möglich ist. Die Kombination aus höherem Wirkungsgrad und produktiver Herstellbarkeit bietet Potenzial für weitergehende Untersuchungen, insbesondere hinsichtlich Anwendungen im Hochdrehzahlbereich.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 20549 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.