Flankentragfähigkeit Schneckengetriebe

Untersuchung der Tragfähigkeitsgrenzen für Grübchen und Verschleiß bei Schneckengetrieben zur Reduktion der Versuchsdauer

Schneckengetriebe weisen einen konstruktiv verhältnismäßig einfachen Aufbau auf, mit welchem große Übersetzungen in einer Stufe realisiert werden können. Weiterhin zeichnen Sie sich durch ein schwingungs- und geräuscharmes Laufverhalten aus. Aus diesen Gründen werden sie sowohl als Leistungsgetriebe als auch als Stellantriebe in verschiedenen Antriebslösungen eingesetzt.

Schneckengetriebe unterliegen in der Regel einem vergleichsweise hohen Verschleiß am Schneckenrad. Dieser kann gewünscht sein, da er zu einem Einlauf – also einer Anpassung der Flanke des Schneckenrads an die der Schnecke – führt, was wiederum die Tragfähigkeit erhöht. Ist aber der Einlauf abgeschlossen, kann Verschleiß die Tragfähigkeitsgrenze darstellen, da ein zunehmender Verschleißabtrag zu einem Ausfall der Verzahnung führen kann. Neben Verschleiß als kontinuierlich fortschreitender Schadensmechanismus können auch Grübchen als Ermüdungsschaden auftreten. Nach heutigem Verständnis entstehen Grübchen durch Anrisse an oder dicht unterhalb der Oberfläche, die in die Werkstofftiefe hinein und dann wieder an die Oberfläche zurück fortschreiten. In Folge brechen Materialstücke aus der Oberfläche hinaus und hinterlassen Lücken in der aktiven Flankenfläche, die als Grübchen bezeichnet werden.

Grübchen führen zu einem erhöhten Verschleiß, da Teile der Flanke zur Lastübertragung fehlen und die verbleibenden Flankenbereiche somit einer höheren Belastung ausgesetzt sind. Durch diese Wechselwirkung zwischen Grübchen und Verschleiß werden die Ergebnisse reiner Verschleißversuche durch das Auftreten von Grübchen verfälscht. Treten keine Grübchen auf, kann in vergleichsweise aufwandsarmen Versuchen eine Verschleißintensität für die vorliegende Werkstoff-Schmierstoff-Paarung ermittelt werden, über die die Lebensdauer der Verzahnung bestimmt werden kann.

Für eine effiziente und zuverlässige Ermittlung der Verschleißintensität von Schneckengetrieben ist es somit erforderlich, die Betriebsbedingungen von experimentellen Versuchen so zu wählen, dass keine Grübchen auftreten. Die zentrale Problemstellung ist es entsprechend, die Betriebsbedingungen, unter denen Grübchen auftreten, zu ermitteln, um so Handlungsempfehlungen für die ressourcenoptimierte und gegebenenfalls geraffte Durchführung von Versuchen zu erarbeiten.

Ziel sollte sein, dass man eine Verkürzung der Versuchslaufzeit auf 10-15% erreicht. Beispiel, i=50, n1=500rpm gegen Verschleiß --> Aussage: 3.000.000 Lastwechsel (nachdem das Tragbild ausgeprägt ist) bedeutet für das Rad 10rpm --> 600 Umdrehungen pro Stunde und demzufolge eine Versuchszeit von 5000h um 3.000.000 Lastwechsel zu realisieren. Eine akzeptable Versuchszeit wäre z.B. 500-750h.