Untersuchung der Tragfähigkeit von Schraubradgetrieben mit Schraubrädern aus Sintermetall
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die vorliegende Arbeit untersucht erstmalig die Tragfähigkeit von Schraubradgetrieben der Werkstoffpaarung Stahl/Sintermetall. Ausgehend von der Werkstoffbasisvariante Fe-1,5Mo-0,3C wird der Einfluss einer Wasserdampfbehandlung, Kupferinfiltration und eines Kupferzusatzes zum Basispulver auf die Tragfähigkeit der Schraubräder untersucht. Die Kupferinfiltration zeigt keinen positiven Einfluss auf die Tragfähigkeit, da sich das Kupfer bedingt durch den kleinen Modul nicht gleichmäßig über der Zahnflanke verteilt. Aus dem Zusatz von Kupfer zum Basispulver resultiert ein Größenzuwachs der Schraubräder um etwa 0,2 mm im Durchmesser. In Vorversuchen erfolgt die Ermittlung der höchsten übertragbaren Drehmomente für die verschiedenen Werkstoffvarianten bei verschiedenen Drehzahlen. Bei Drehzahlen bis 5000 min^-1 wird die Tragfähigkeit durch das Verschleißverhalten begrenzt und bei höheren Drehzahlen durch die Schmierstoffgrenztemperatur. Die höchsten Drehmomente übertragen die Räder mit Kupferzusatz. Weitere Versuche untersuchen das Verschleißverhalten und den Einfluss der Werkstoffdichte dieser Werkstoffvariante auf die Tragfähigkeit. Des Weiteren stellt diese Arbeit ein Verfahren vor, das die Vorausberechnung von Hertzschen Pressungen im Zahnkontakt in Abhängigkeit vom Verschleißabtrag ermöglicht. Zusammen mit den Versuchsergebnissen bildet dieses Verfahren die Basis für die Tragfähigkeitsberechnung. Das abgeleitete Berechnungsverfahren erlaubt die Vorausberechnung der Verschleiß-, Grübchen- und Temperatursicherheiten sowie der Oberflächenrauheit der Verschleißfläche am Schraubrad, die sich durch die Riefenbildung ergibt. Ein neuer Netzgenerator ermöglicht die Modellierung von Schraubrädern mit beliebigem Verschleiß und gestattet mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente die Ermittlung der auftretenden Spannungen nach der GE-Hypothese für beliebige Eingriffsstellungen und Verschleißabträge. Damit lässt sich eine verbesserte Zahnfußbruchsicherheitsberechnungsmethode entwickeln.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Tragfähigkeit von Schraubradgetrieben mit Schraubrädern aus Sintermetall. Dissertation Ruhr-Universität Bochum, 2008, ISBN 3-89194-185-4
T. Wendt
