Additive Verzahnung

  • Das Vorhaben untersucht die grundsätzliche Eignung additiver Fertigungsverfahren zur Herstellung von Laufverzahnungen mit verschleißbedingtem Einlauf der Oberflächen – konkret: Schneckenverzahnun- gen. Forschungsziel ist die Herstellung einer Praxisverzahnung in ausreichend guter Verzahnungsqualität, die Inbetriebnahme eines geeigneten Getriebeprüfstandes sowie die Durchführung von stichpunktartigen Laufversuchen. Zentrales Ergebnis ist eine vergleichende Gegenüberstellung der Leistungsfähigkeit einer additiv gefertigten Laufverzahnung (Stahlschnecke/Kunststoffrad) mit einer klassisch spanend hergestellten Verzahnung (Stahlschnecke/Bronzerad). Zunächst werden Schneckenräder mit der Verzahnungsgeometrie eines Referenz-Getriebes aus der Praxis mittels verschiedener, am Ohm-CMP zur Verfügung stehenden additiven Fertigungsverfahren aus unterschiedlichen gängigen Materialien hergestellt. Der Einfluss des in der additiven Fertigung üblichen schichtweisen Aufbaus der Schneckenräder auf die Reibung im Zahnkontakt wird für TrockenlaufDas Vorhaben untersucht die grundsätzliche Eignung additiver Fertigungsverfahren zur Herstellung von Laufverzahnungen mit verschleißbedingtem Einlauf der Oberflächen – konkret: Schneckenverzahnun- gen. Forschungsziel ist die Herstellung einer Praxisverzahnung in ausreichend guter Verzahnungsqualität, die Inbetriebnahme eines geeigneten Getriebeprüfstandes sowie die Durchführung von stichpunktartigen Laufversuchen. Zentrales Ergebnis ist eine vergleichende Gegenüberstellung der Leistungsfähigkeit einer additiv gefertigten Laufverzahnung (Stahlschnecke/Kunststoffrad) mit einer klassisch spanend hergestellten Verzahnung (Stahlschnecke/Bronzerad). Zunächst werden Schneckenräder mit der Verzahnungsgeometrie eines Referenz-Getriebes aus der Praxis mittels verschiedener, am Ohm-CMP zur Verfügung stehenden additiven Fertigungsverfahren aus unterschiedlichen gängigen Materialien hergestellt. Der Einfluss des in der additiven Fertigung üblichen schichtweisen Aufbaus der Schneckenräder auf die Reibung im Zahnkontakt wird für Trockenlauf untersucht. Auf dieser Basis steht eine Methode zur Vorausberechnung der eingebrachten Reibleistung auf den Zahnflanken zur Verfügung, um darauf aufbauend die Möglichkeit gezielter Mikro-Modifikationen auf den Zahnflanken zur Reduktion der im Betrieb entstehenden Temperatur zu geben. Das Reibverhalten der zur Verfügung stehenden Werkstoffe aus der additiven Fertigung bei Materialpaarung mit Einsatzstahl wird an einem Scheibe–Stift-Tribometer unter Trockenlauf sowie bei Schmierung mit zwei Schmierfetten aus der Praxis untersucht. Die Stifte werden für die Versuche additiv hergestellt, die Scheibe besteht aus 16MnCr5. In den Versuchen werden Kraft und Gleitgeschwindigkeit variiert, um zusätzlich eine Abhängigkeit vom Belastungszustand zu ermitteln. Bei den Versuchsergebnissen zeigt sich für alle untersuchten Werkstoffe das günstigste Verhalten bezüglich des Reibkoeffizienten für das Material Nylon12 sowohl im Trockenlauf als auch im geschmierten Zustand. Im Rahmen des Projektes wird ein Schnecken- getriebeprüfstand für kleine Achsabstände aufgebaut. Die Belastung an der Abtriebswelle des Schneckenrades erfolgt sinusförmig, angetrieben wird an der Schneckenwelle mit einem Elektromotor durch Vorgabe der Drehzahl. Die Verzahnungen laufen in einem Getriebegehäuse aus der Praxis. Die bereits vorhandene Schneckenwelle aus 16MnCr5 wird für die Versuche verwendet, die Schneckenräder werden additiv aus Nylon12 hergestellt und in den Versuchen ausgetauscht. Der Reibungszustand wird indirekt über die im Betrieb nahe des Zahneingriffs entstehende Wärme charakterisiert. Die Versuchsdauer für jede Material-, Schmierstoff- und Lastkombination beträgt fünf Stunden. Geringere Beharrungstemperaturen werden als günstigerer Reibungszustand mit geringerer Reibung, höhere Temperaturen als höhere Reibung im Zahnkontakt interpretiert. Die Temperaturen im Getriebe werden im laufenden Betrieb kontinuierlich gemessen. Schließlich wird das Betriebsverhalten mit Schneckenrad aus Bronze mit dem Schneckenrad aus Nylon12 bei verschiedenen Fetten und Betriebszuständen gegenübergestellt. An einem Schneckenrad aus Nylon12 beim Betrieb im Trockenlauf ist während des Versuchs ein Schaden am Schneckenrad durch Abscheren der Zähne entstanden. Dieser Schaden wird auf die starke Temperaturentwicklung wegen der hohen Reibung im Trockenlauf zurückgeführt.show moreshow less

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Metadaten
Author:Alexander MonzORCiD, Johannes Gründer, Andrea von Lattre-Hertel
Subtitle (German):Additive Fertigung von Schneckenverzahnungen zur lastoptimalen Geometrieauslegung
Series (Serial Number):Vorlaufforschung / Schriftenreihe der Georg-Simon-Ohm-Hochschule, Nürnberg (2023)
Place of publication:Nürnberg
Document Type:Article
Language:German
Date of first Publication:2024/01/01
Release Date:2025/02/18
Tag:Additive Fertigung; Schneckengetriebe; Verzahnungen
Pagenumber:15
institutes:Fakultät Maschinenbau und Versorgungstechnik
Institut für Chemie, Material- und Produktentwicklung
Research Themes:Materialien & Produktionstechnik
Licence (German):Keine Lizenz - Deutsches Urheberrecht gilt
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