Untersuchung der wälzenden Fertigung und des Hochdrehzahl-Einsatzverhaltens von wirkungsgradoptimierten, hochübersetzenden Exzenter-Zykloiden Verzahnungen
Forschungsthema
| Kurztitel | EZ-Verzahnung II |
| Projektbeginn | Q4/2024 |
| Förderung | FVA-Nr. 864/II, IGF-Nr. 01IF23530N Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, BMWK |
| Projektpartner | Werkzeugmaschinenlabor WZL, RWTH Aachen |
| Kontakt | Dr.-Ing. M. Otto |
Projektbeschreibung
Eine Erhöhung der Drehzahl ermöglicht eine Steigerung der Leistungsdichte elektrischer Antriebsmaschinen. Höhere Drehzahlen der Antriebsmaschinen erfordern jedoch höhere Übersetzungen der im Antriebsstrang verbauten Getriebe. Diese hohen Übersetzungen sind bei möglichst geringen Verlustleistungen und geringem Bauraumbedarf zu erreichen. Jeder zusätzliche Zahnkontakt in einem Getriebe führt zu einer Erhöhung der Verlustleistung, weshalb eine möglichst geringe Anzahl der Getriebestufen bei gleichzeitiger Optimierung der Verlustleistung in den einzelnen Zahnkontakten angestrebt wird.

Im Hinblick auf diese Herausforderungen könnte die, im Forschungsvorhaben FVA 864 I untersuchte, Exzenter-Zykloiden-Verzahnung (EZ-Verzahnung) potenziell Verbesserungen ermöglichen. Die EZ-Verzahnung weist einen konvex-konkaven Zahnkontakt und damit geringe Zahnflankenpressungen auf. Ersten Berechnungen zufolge ermöglicht diese geringere Zahnflankenpressung geringere Verlustleistungen als vergleichbare Evolventenverzahnungen. Des Weiteren ermöglicht die Geometrie der EZ-Verzahnung im Vergleich zur Evolventenverzahnung wesentlich höhere Übersetzungen, da bei der EZ-Verzahnung keine Mindestzähnezahl des Ritzels einzuhalten ist. Im Grenzfall sind bei der EZ-Verzahnung einzahnige Ritzel theoretisch möglich. Damit wäre durch den Einsatz der EZ-Verzahnung in hochübersetzenden mehrstufigen Getrieben eine Reduktion der Stufenzahl ohne große Erhöhung des Bauraumbedarfes möglich. Der Einfluss hoher Drehzahlen auf die Verlustleistung von EZ-Verzahnungen ist allerdings noch nicht untersucht. Des Weiteren ist noch nicht bekannt, wie die Tragfähigkeit von EZ-Verzahnungen zu bewerten ist.
Im Rahmen des Vorhabens soll daher eine Einflussanalyse der Geometrieparameter auf das Einsatzverhalten hochübersetzender EZ-Verzahnungen durchgeführt werden. Zur Untersuchung der Fertigung mittels etablierter Verfahren werden Prüfverzahnungen auf konventionelle Weise (Wälzfräsen-Wärmebehandlung-Wälzschleifen) gefertigt. Mit den gefertigten Prüfverzahnungen wird der Hochdrehzahl-Wirkungsgrad der EZ-Verzahnung experimentell untersucht. Zudem soll die Grübchen- und Fresstragfähigkeit der EZ-Verzahnung in Versuchen ermittelt werden, um herauszufinden, ob Wissen über diese Schadensarten von Evolventenverzahnungen auf die EZ-Verzahnung übertragen werden könnte.