Methodische Ansätze zur Optimierung des Wirkungsgrades von Schneckengetrieben

Schneckengetriebe werden seit langer Zeit und in großer Zahl in der Antriebstechnik eingesetzt. Zur Auslegung und Abschätzung der Tragfähigkeit existieren zahlreiche Berechnungsmethoden. Die verfügbaren Verfahren zur Bestimmung des Wirkungsgrades von Schneckengetrieben basieren auf empirisch in Versuchen ermittelten Daten, die zudem oft nicht den aktuellen Stand der industriellen Praxis widerspiegeln. Vor diesem Hintergrund werden in der vorliegenden Arbeit Berechnungsmodelle vorgestellt, die ausgehend von der Analyse der physikalischen Vorgänge im Kontakt der Zahnräder erlauben, den Wirkungsgrad von Schneckengetrieben zuverlässig vorherzusagen. Mit einem Simulationsprogramm, welches die tribologischen Vorgänge im Zahnkontakt im Detail auflöst, kann die durch Reibung entstehende Verlustleistung bestimmt werden. Mithilfe des entwickelten Tribosimulationsprogramms werden verschiedene Möglichkeiten zur Senkung der Verluste, die an der Verzahnung und den Lagern entstehen, aufgezeigt und an verschiedenen Beispielen das Potenzial dieser Maßnahmen zur Steigerung des Getriebewirkungsgrades quantifiziert. Auf Basis dieses tribologischen Simulationsmodells wird die Entwicklung einer vereinfachten Berechnungsmethode für die Verluste im Zahnkontakt vorgestellt. Das Ergebnis ist ein normungsfähiger Berechnungsansatz für den Verzahnungswirkungsgrad von Schneckengetrieben, welcher auf physikalischen Grundsätzen basiert und für ein sehr breites Spektrum an praxisnahen Getrieben anwendbar ist. Zur Analyse von Getrieben unter instationären Betriebsbedingungen wird in dieser Arbeit eine Methode zur Verknüpfung von thermischer und tribologischer Simulation vorgestellt, die auf der Methode der thermischen Netzwerke basiert. Alle gezeigten Berechnungsmethoden werden mit umfangreichen experimentellen Untersuchungen validiert.