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aktualisiert am 21. April 2021

ISBN 9783843927673

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978-3-8439-2767-3, Reihe Ingenieurwissenschaften

Michael Potts
Steigerung der Tragfähigkeit freiformgefräster Kegelräder

188 Seiten, Dissertation Technische Universität Dresden (2016), Hardcover, B5

Zusammenfassung / Abstract

Im Marktsegment der Sonder- und Großverzahnungen hat sich in den vergangenen Jahren das Fräsen auf 5-Achs-Bearbeitungszentren etabliert. Mit Standardwerkzeugen und der exakten Zahnlückengeometrie lassen sich freiformgefräste Kegelräder herstellen. Während klassische Fertigungsverfahren den Optimierungsprozess durch Maschinenkinematik und normierte Spezialwerkzeuge begrenzen, ergeben sich durch das Freiformfräsen neue Freiheiten bei der Gestaltung der Zahnlückengeometrie.

Die Motivation der Promotion besteht darin, diese gezielt einzusetzen, um die Tragfähigkeit sowie die Sicherheit vor Zahnradschäden (Grübchen, Grauflecken, Fressen, Flankenbrüchen) zu erhöhen.

Beginnend mit hochauflösenden Vermessungen wird die Qualität freiformgefräster Zahnradflanken mit konventionell hergestellten verglichen. Es wird nachgewiesen, dass die unterschiedlichen Frässtrategien Einfluss auf die Oberflächenmikrostruktur und damit auf die Graufleckentragfähigkeit haben.

Die Möglichkeiten des neuen Herstellverfahrens erlauben mithilfe numerischer Simulationen eine Optimierung der Makro- und Mikrogeometrie. Durch die Kombination eines asymmetrischen Zahnprofils, vergrößerten Zahnhöhenfaktoren sowie freien Flankenmodifikationen gelingt es, die größtmögliche Tragfähigkeitssteigerung zu erzielen. Der theoretische Abschnitt schließt mit der Präsentation einer neuartigen Zahnlückengeometrie bogenverzahnter Kegelräder ab.

Im experimentellen Teil der Arbeit wird diese in Form von Dauerlaufversuchen mit einer klassischen Zyklo-Palloid-Geometrie verglichen. Die auf zwei Prüfständen gewonnenen Wöhlerkennlinien bescheinigen eine Drehmomentsteigerung um bis zu 20%.

Abschließend wird die erste Praxisanwendung der freiformgefrästen Hochleistungs-Kegelradverzahnung vorgestellt. Eingesetzt in rundum steuerbaren Antrieben von Flusskreuzfahrtschiffen wurden bisher mehr als 12.000 Betriebsstunden absolviert.

Die Dissertation mit ihren messtechnischen Untersuchungen zur Fertigungsqualität, den numerischen Simulationen zur Tragfähigkeit sowie den experimentellen Versuchen erweitert maßgeblich den Wissensstand über freiformgefräste Kegelräder.