Verschleiß trocken laufender Kunststoffgetriebe – Kennwertermittlung und Auslegung

Robert Feulner

Die kosteneffiziente Herstellung und die Möglichkeit des trockenen, d.h. schmierungsfreien Betriebes, lassen Zahnrädern aus Kunststoff zunehmend neue Einsatzfelder erschließen. Der Trockenlauf wird in der Medizintechnik stellenweise gefordert, in anderen Anwendungen ist er wünschenswert. Gründe sind, dass Schmierstoffe Abrasivstoffe binden, die Umgebung beeinflussen und thermisch begrenzt stabil sind. Ergebnisse aus Untersuchungen, die im Rahmen dieser Doktorarbeit an Stahl/Kunststoffgetrieben (Polyoxymethylen und Polybutylenterephthalat) durchgeführt wurden, zeigen, dass die konventionelle Auslegungsstrategie (z.B. nach VDI-Richtlinie 2545 „Thermoplastische Zahnräder“) häufig nicht das Leistungspotenzial der Getriebe ausschöpft. Mangels einer genormten Strategie zur Verschleißmessung und -auslegung wird ein für trocken laufende Getriebe wichtiges Ausfallkriterium, der stetige Verschleiß, nicht berücksichtigt. In dieser Arbeit wurde eine Auslegungsstrategie entwickelt, die das wichtige Ausfallkriterium Zahnflankenverschleiß beinhaltet. Die für die Durchführung und Auswertung von tribologischen Getriebeversuchen erforderliche Mess- und Versuchstechnik wurde entwickelt und aufgebaut. Da Verschleiß eine Ergebnisgröße eines komplexen tribologischen Systems ist, wurden dessen Eingangsgrößen gewichtet um deren Relevanz zu bestimmen. Die Korrelation der bei unterschiedlichen Versuchsbedingungen ermittelten Ergebnisse zeigt, dass die wichtigsten Eingangsgrößen das spezifische Gleiten, die Lastzyklenzahl und die Linienlast sind. Diese wurden entsprechend in dem neu definierten Zahnverschleißkoeffizienten berücksichtigt. Als Ergebnis steht eine leistungsfähige Methode zur Verfügung, die dem Ingenieur eine zeit- und kosteneffiziente Dimensionierung von Kunststoffgetrieben ermöglicht, und hilft, der wachsenden Forderung nach höheren Getriebeleistungsdichten gerecht zu werden.