Optimierung der Zahnfussgeometrie von Kunststoffverzahnungen

Beschreibung

Der Einsatz von Kunststoffzahnrädern in Antrieben steigt rasant, insbesondere im Baugrössenbereich Modul 0,5 bis 1,5 mm und bei maximalen Lastwechselzahlen während der Produktlebensdauer von 105 bis 106. Ein wesentlicher Faktor für die Betriebssicherheit ist dabei die Zahnfussfestigkeit der Verzahnungen.

Obwohl das bei Kunststoffverzahnungen übliche Fertigungsverfahren Spritzgiessen eine hohe Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der Zahnfussgeometrie zulässt, werden Kunststoffverzahnungen in der Regel - angelehnt an die Fertigung konventioneller Stahlverzahnungen - mit konstantem Radius voll verrundet. Auch das Berechnungsverfahren nach VDI 2736 geht von einer solchen Zahnfussform aus. Dabei werden die besonderen Eigenschaften des Materials Kunststoff (nicht-linearer E-Modul, transientes Verhalten) mit seinen hohen Dehnraten jedoch nicht berücksichtigt.

Um aussagekräftige Ergebnisse für eine optimale Zahnfussrundung zu erhalten, ist das genaue Verständnis des Schadenskriteriums von Kunststoffen bzw. Kunststoffgruppen zu erforschen. Im Fokus stehen hier POM und PA66. Mit diesen Erkenntnissen ist es grundsätzlich möglich, Kunststoffzahnräder hinsichtlich ihrer Belastung und der Geschwindigkeit des Krafteintrags optimal auszulegen.

Im weiteren Verlauf sollen dann, auf theoretischem sowie experimentellen Wege, verschiedene Zahnfussgeometrien an Kunststoffverzahnungen überprüft und Potentiale zur Tragfähigkeitssteigerung abgeleitet werden. Im Wesentlichen soll in diesem Forschungsprojektdas Material-/Versagensverhalten von Kunststoffverzahnungen ergründet und daraus die Zahnfussgeometrie optimiert werden. Somit lassen sich Impulse für die Weiterentwicklungder VDI 2736 im Normenausschuss ableiten.