Steigerung der Zahnflankentragfähigkeit ölgeschmierter Kunststoffzahnräder

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Karsten Stahl
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560225405

Bislang liegen für schrägverzahnte Kunststoffzahnräder nur eingeschränkte Erkenntnisse hinsichtlich der erreichbaren Zahnflankentragfähigkeit vor. In einschlägigen Berechnungsmethoden zur Bestimmung der Zahnflankentragfähigkeit wie VDI 2736 wird der Einfluss des Schrägungswinkels bislang nicht ausreichend berücksichtigt. Ziel von theoretischen und experimentellen Untersuchungen ist die Ableitung von Erkenntnissen zur Tragfähigkeit schrägverzahnter und gleitgeschwindigkeitsoptimierter Kunststoffzahnräder. Weiter sollen bislang unberücksichtigte Geometrieeinflüsse auf die Zahnflankentragfähigkeit in gängige analytische Berechnungsverfahren integriert werden. Die an der Zahnradoberfläche und in der Werkstofftiefe vorliegenden Gefügestrukturen beeinflussen ebenfalls die erreichbare Grübchentragfähigkeit thermoplastischer Zahnräder. Im beantragten Forschungsvorhaben werden tragfähigkeitsoptimale Gefügestrukturen identifiziert. Hierdurch soll es zukünftig ermöglicht werden, durch eine gezielte Temperaturführung während des Spritzgießprozesses das Werkstoffpotential hinsichtlich seiner Tragfähigkeit bereits im Herstellprozess optimal auszunutzen. Aufgrund der Vielzahl am Markt verfügbarer thermoplastischer Zahnradwerkstoffe ist vor allem die Verallgemeinerbarkeit der gewonnenen Erkenntnisse von hoher Bedeutung. Ziel der Arbeiten ist es, aufbauend auf den Ergebnissen des Vorgängervorhabens sowie den zu erwartenden Ergebnissen, allgemein gültige und auf unterschiedliche Werkstoffe übertragbare Aussagen zum Tragfähigkeitsverhalten ableiten zu können. Neben der Untersuchung der Tragfähigkeit steht dabei vor allem das statistische Lebensdauerverhalten im Vordergrund. Die Berücksichtigung bislang vernachlässigter Einflüsse bei der Berechnung von Schrägverzahnungen greift das Tragfähigkeitspotential schrägverzahnter Kunststoffprüfräder auf und trägt ebenso wie eine Optimierung der Gefügestruktur zu einer weiteren Tragfähigkeitssteigerung bei. Insgesamt wird somit der Leistungsbereich thermoplastischer Kunststoffzahnräder weiter vergrößert und eine sichere und wirtschaftliche Zahnradauslegung ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen