Zur Fresstragfähigkeit von Kegelrad- und Hypoidgetrieben

Kegelrad- und Hypoidgetriebe werden zur Leistungsübertragung zwischen nicht parallelen Achsen in Straßen- und Schienenfahrzeugen, Schiffen, Hubschraubern sowie im allgemeinen Maschinenbau eingesetzt. Achsversetzte Kegelräder (Hypoidräder) weisen mit zunehmender Achsversetzung größere Gleitgeschwindigkeiten und damit eine verstärkte Temperaturentwicklung auf, was zu einem steigenden Risiko hinsichtlich Fressen führt. Bei einem Fressschaden kommt es zu einem Versagen des Schmierfilms sowie der tribologischen Schutzschicht und damit zum kurzzeitigen Verschweißen der Oberflächen, was zu deren charakteristischer Schädigung in Form von Riefen und kleinen Materialausbrüchen führt. Diese Schädigung der Oberflächen hat meist Folgeschäden wie Grübchen oder Zahnbrüche zur Folge. In praktischen Anwendungen zeigt sich immer wieder, dass Fressen auftritt, obwohl die derzeit gebräuchlichen Normen und Rechenvorschriften ausreichend große Sicherheitswerte ausweisen. Aus diesem Grund sollte im Rahmen dieser Arbeit auf Basis systematischer experimenteller Untersuchungen ein neues Verfahren zur Berechnung der Fresstragfähigkeit entwickelt werden. Das neue Berechnungsverfahren ermittelt eine lokale Fresssicherheit aus dem Verhältnis der lokalen Grenztemperatur und der lokalen Kontakttemperatur. Das Verfahren kann sowohl als einfaches, normfähiges Verfahren als auch auf Basis einer Zahnkontaktanalyse angewendet werden. Bei Anwendung als normfähiges Rechenverfahren werden die maßgeblichen Beanspruchungen an einer Ersatz-Stirnradverzahnung ermittelt, welche die Kontaktbedingungen der Kegelradverzahnung repräsentativ wiedergibt. Dieses Verfahren eignet sich besonders zur Getriebedimensionierung in der frühen Auslegungsphase. Bei der Anwendung auf Basis einer Zahnkontaktanalyse werden die Beanspruchungen lokal in Abhängigkeit der realen Haupt- und Feingeometrie bestimmt. Damit lässt sich die Flankentopographie hinsichtlich der Fresstragfähigkeit optimieren. Die Anwendung des neuen Berechnungsverfahrens auf die durchgeführten Versuche sowie auf Schadensfälle aus Praxisanwendungen zeigt eine sehr gute Übereinstimmung der Berechnungs- mit den Versuchsergebnissen sowie die gute Übertragbarkeit des Verfahrens auf andere Baugrößen und Anwendungen. Damit steht dem Getriebehersteller und -anwender nun ein abgesichertes Rechenverfahren zur Bestimmung der Fresstragfähigkeit zur Verfügung, das eine betriebssichere Auslegung von Kegelrad- und Hypoidgetrieben ermöglicht.