Betriebsverhalten verlustoptimierter Kunststoffzahnräder

Bei Kunststoffzahnrädern begrenzen im Trockenlauf hohe Reibungsverluste die aus thermischer Sicht übertragbare Leistung. Verlustoptimierte Verzahnungen weisen durch Konzentration des Zahneingriffs um den Wälzpunkt signifikant niedrigere Reibungsverluste auf und haben damit das Potenzial, die Anwendungsbereiche von Kunststoffzahnrädern deutlich zu erweitern. Im Rahmen der Arbeit wird das Betriebsverhalten verlustoptimierter Verzahnungen in Kombination mit Kunststoff als Zahnradwerkstoff systematisch untersucht, um eine sichere Auslegung und Anwendung in der Praxis zu ermöglichen. Auf modifizierten FZG-Verspannungsprüfständen werden Versuche zu Verzahnungsverlusten, Temperaturen, Tragfähigkeit und zum dynamischen Betriebsverhalten konventioneller und verlustoptimierter Kunststoff/Stahl-Zahnradpaarungen durchgeführt. Eine Steigerung der übertragbaren Leistung von bis zu 75% kann experimentell nachgewiesen werden. Anhand der Versuchsergebnisse wird eine umfassende Auslegungsstrategie für verlustoptimierte und konventionelle Kunststoffzahnräder erarbeitet, die sich nahtlos an den Stand der Technik anschließt. Neben der Erweiterung bestehender Berechnungsverfahren werden zu bisher in der Auslegung nicht berücksichtigten Aspekten neue Ansätze aufgestellt. High friction losses of dry running plastic gears limit the transferable power due to heating of the gears. By concentrating the meshing around the pitch point, low-loss tooth geometries have significantly lower friction losses and therefore the potential to expand the application range of plastic gears. In this thesis the operating performance of such tooth geometries, in combination with plastic as the gear material, are systematically analysed to allow safe dimensioning and application in practice. Power losses, temperatures, load carrying capacity and dynamic performance of plastic and steel gear pairings with conventional and low-loss tooth geometries are analysed on modified FZG test rigs. An increase in the transferable power of up to 75% can be demonstrated. Based on test results, a comprehensive design strategy for low-loss and conventional plastic gears is developed, that seamlessly extends the state of art. In addition to the modification of existing calculation methods, new approaches are established for previously unconsidered design aspects.