Fettschmierungs-optimierte Schneckenverzahnung
FVA 962 I | IGF-Nr. 01|F22365 N
Reduzierung der Verzahnungsreibungsverluste mit hochkonsistenten Fetten
An die Konstruktion von Getrieben werden durch die Schmierung mit Fett andere Anforderungen als bei einer Ölschmierung gestellt. Dies betrifft sowohl die Gehäusegestaltung als auch die Auslegung der Verzahnung. Im Gegensatz zur Ölschmierung sind aktuell keine Berechnungsmethoden zur Vorhersage der Reibung in fettgeschmierten Schneckengetrieben verfügbar. Eine solche physikalisch begründete Berechnungsmethode zur Reibung im fettgeschmierten Zahnkontakt ermöglicht die anwendungsgerechte Getriebeauslegung sowie eine Optimierung hinsichtlich der Reibungsreduzierung.
Das Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, eine Methode zu schaffen, mit der sich die Reibung bei Fettschmierung zuverlässig berechnen lässt. Hierfür wurde zunächst ein physikalisches Modell erstellt, welches bestehende Berechnungsverfahren für Ölschmierung um die rheologischen Eigenschaften von Schmierfetten und eine spezifische Beschreibung des Reibungsverhaltens erweitert. Um Parameter für das Modell zu gewinnen, wurden tribologische Experimente an Tribometern durchgeführt und die Fettparameter aus verschiedenen Betriebsbedingungen bestimmt. Die Modellvorhersagen wurden anschließend anhand von Versuchen an einem Schneckengetriebe-Prüfstand validiert. Zusätzlich wurden experimentelle Studien zur Auslegung von fettgeschmierten Schneckengetrieben durchgeführt und in einem Leitfaden zusammengefasst. Dieser enthält auch eine modifizierte Berechnung nach DIN 3996 zum Verzahnungswirkungsgrad bei Fettschmierung, welche aus dem physikalischen Modell abgeleitet wurde. Eine Gegenüberstellung dieser Näherungsgleichung mit dem physikalischen Modell ist in Abbildung 1 zu sehen.
Mit Abschluss des Vorhabens steht nun eine physikalische Berechnungsmethode für den Verzahnungswirkungsgrad von fettgeschmierten Schneckenverzahnungen zur Verfügung. Diese ermöglicht eine Erweiterung der Wirkungsgradberechnung nach DIN 3996 um Fett als Schmierstoff. Zusammen mit einem Leitfaden zur konstruktiven Getriebegestaltung wird damit ermöglicht, bei der Auslegung von Schneckengetrieben zukünftig auch ohne großen Mehraufwand die Schmierung mit Fett mit zu berücksichtigen.
Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 01|F22365 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages mit den Mitteln der IGF gefördert.
