Forschungsgebiet Schraubräder

Schraubradgetriebe werden in hoher Stückzahl in technischen Anwendungen eingesetzt. Die Getriebe finden sowohl als Dauerläufer als auch zur Positionsverstellung Einsatz. Zahlreiche Nebenantriebe in Kraftfahrzeugen, wie Scheibenwischer, Fensterheber, Sitzverstellungen oder Lenkgetriebe werden als Schraubradgetriebe ausgeführt. Dabei wird häufig die Schnecke aus Stahl und das Rad aus Kunststoff gefertigt. Weitere Werkstoffkombinationen wie Stahl/Sintermetall oder Kunststoffe mit Füllmaterialen kommen zum Einsatz.

Gegenüber vergleichbaren Getriebetypen, wie Schneckengetrieben, weisen Schraubradgetriebe im Neuzustand aufgrund der Punktberührung im Zahneingriff eine geringere Tragfähigkeit auf. Sie werden dennoch oft bevorzugt eingesetzt, da sie neben den sehr niedrigen Material- und Herstellungskosten und dem geringeren Gewicht gegenüber Schneckengetrieben unempfindlicher hinsichtlich Fertigungs- und Montageabweichungen sind. Zudem weisen Schraubradgetriebe der Werkstoffpaarung Stahl/Kunststoff ein gutes Dämpfungsverhalten auf, was sich günstig auf das Schwingungsverhalten im Betrieb auswirkt. Durch Optimierungen der Zahngeometrie sowie der eingesetzten Materialien, beispielsweise durch Einbringung von Fasern oder Schmierstoffen in Kunststoffräder können signifikante Steigerungen der Tragfähigkeit erreicht werden.

Im Rahmen verschiedener Forschungsprojekte am Lehrstuhl für Industrie- und Fahrzeugantriebstechnik wurden zahlreiche Untersuchungen mit dem Ziel der Optimierung an Schraubradgetrieben durchgeführt. Dabei wurden diverse Einflussparameter auf die Tragfähigkeit experimentell untersucht und ausgewertet. Durch die experimentellen Ergebnisse konnten detaillierte Tragfähigkeitsberechnungsmethoden aufgestellt werden. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Optimierung von Verzahnungsgeometrien und Verzahnungskorrekturen zur Steigerung der Tragfähigkeit oder zur Verbesserung der dynamischen Anregung. Neue und weiterentwickelte Berechnungsverfahren erweitern bisherige Auslegungsgrenzen. Achskreuzungswinkel ungleich 90° und Veränderungen der Schrägungswinkel können Pressungen und Gleitwege im Zahneingriff signifikant verbessern. Ebenso ist es möglich die Flankengeometrien anderer Getriebevarianten auf Schraubräder zu übertragen. Durch eine Kombination aus S-Bogen-Verzahnung und Hohlflanke kann die Verzahnung entlang des gesamten Eingriffsgebietes optimiert werden.

Neben den geometrischen Aspekten spielt auch das Temperaturverhalten von Kunststoffen für die Tragfähigkeit der Getriebe eine entscheidende Rolle. Mit der Berechnung der Temperaturen im Getriebe bis in den Zahnkontakt, durch die Erstellung mathematischer Modelle und dem Aufbau thermischer Netzwerke, wird die Berechnung von Tragfähigkeiten unter Berücksichtigung der veränderlichen Materialeigenschaften von Kunststoff, speziell bei höheren Temperaturen ermöglicht.

Im Rahmen verschiedener Forschungsprojekte am Lehrstuhl für Industrie- und Fahrzeugantriebstechnik wurden zahlreiche Untersuchungen mit dem Ziel der Optimierung an Schraubradgetrieben durchgeführt. Dabei wurden diverse Einflussparameter auf die Tragfähigkeit experimentell untersucht und ausgewertet. Durch die experimentellen Ergebnisse konnten detaillierte Tragfähigkeitsberechnungsmethoden aufgestellt werden. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Optimierung von Verzahnungsgeometrien und Verzahnungskorrekturen zur Steigerung der Tragfähigkeit oder zur Verbesserung der dynamischen Anregung. Neue und weiterentwickelte Berechnungsverfahren erweitern bisherige Auslegungsgrenzen. Achskreuzungswinkel ungleich 90° und Veränderungen der Schrägungswinkel können Pressungen und Gleitwege im Zahneingriff signifikant verbessern. Ebenso ist es möglich die Flankengeometrien anderer Getriebevarianten auf Schraubräder zu übertragen. Durch eine Kombination aus S-Bogen-Verzahnung und Hohlflanke kann die Verzahnung entlang des gesamten Eingriffsgebietes optimiert werden.

Neben den geometrischen Aspekten spielt auch das Temperaturverhalten von Kunststoffen für die Tragfähigkeit der Getriebe eine entscheidende Rolle. Mit der Berechnung der Temperaturen im Getriebe bis in den Zahnkontakt, durch die Erstellung mathematischer Modelle und dem Aufbau thermischer Netzwerke, wird die Berechnung von Tragfähigkeiten unter Berücksichtigung der veränderlichen Materialeigenschaften von Kunststoff, speziell bei höheren Temperaturen ermöglicht.