Für Zahnradgetriebe werden immer häufiger Kunststoffe verwendet. Diese Werkstoffklasse stellt in vielen Fällen eine geeignete Alternative zu Stahl dar. Insbesondere mit modernen, faserverstärkten Kunststoffen können Zahnradstufen erhebliche Momente übertragen. Da die Festigkeit von Kunststoffen jedoch stark von der Temperatur abhängig ist, fällt die Ermittlung von Werkstoffkennwerten - mit welchen sich Zahnrad-Auslegungen vornehmen lassen - sehr viel aufwändiger aus als bei Stahlrädern.
Die Firmen KISSsoft AG, als Hersteller der Berechnungssoftware KISSsoft, und SABIC Holding Europe BV, als Hersteller von Kunststoffen wie LNP Lubricomp Compounds, haben deshalb eine enge Zusammenarbeit begonnen. In diesem Rahmen wurden bisher Werkstoffkennwerte für die Zahnradauslegung von 18 Sabic-Kunststoffen ermittelt. Das Sortiment umfasst Werkstoffe mit und ohne Carbonfasern, Glasfasern, PTFE sowie Sorten mit eingelagertem Schmierstoff. Dabei erstreckt sich der Temperaturbereich der Daten teilweise bis zu 250°C.
Die von SABIC gemessenen und KISSsoft zur Verfügung gestellten Daten umfassen temperaturabhängige Werte für den Elastizitätsmodul und die statische Biegebruch-Festigkeit sowie Verschleisskennwerte bei Trockenlauf. Da für die Ermittlung von exakten Wöhlerlinien zu Zeit- und Dauerfestigkeitsberechnungen eine äusserst zeitaufwändige Messreihe notwendig ist, liegen hier momentan noch keine Daten vor.
In der Feinwerktechnik weisen viele Anwendungen mit Kunststoffzahnrädern ein relativ kleines Dauerdrehmoment auf, sollten jedoch gleichzeitig auch in der Lage sein, ein hohes statisches Moment aufnehmen zu können - beispielsweise beim Fahren gegen Block von Sitzverstellungen im Auto. Solche Zahnräder werden auf ihre statische Festigkeit hin ausgelegt, wobei die Dauerfestigkeit nicht oder nur approximativ geprüft werden muss. Daher ist es in vielen Fällen möglich, auch ohne Dauerfestigkeitsdaten eine Zahnradauslegung durchzuführen.
Im Medizinal- oder Lebensmittelbereich dürfen Kunststoffgetriebe häufig keinen Schmierstoff enthalten. Diese schmierstofflose Betriebsform wird "Trockenlauf" genannt und bedingt höhere Zahnflankenfestigkeiten. Hier stellt der Zahnflankenverschleiss das häufigste Versagenskriterium dar. Je nach Geometrie, Belastung und Werkstoff können der Verschleiss und seine Verteilung über der Zahnflanke sehr unterschiedlich ausfallen.
Mit dem KISSsoft-Release 08/2009 steht erstmals eine Software zur Verfügung, welche mit ihrer Berechnungsmethode den lokalen Verschleiss über der Zahnflanke bestimmt, sofern für den entsprechenden Werkstoff der Verschleissfaktor Jw bekannt ist.
Wie in der oberen Darstellung ersichtlich ist, werden die folgenden Daten berechnet und dargestellt:
- der örtliche Verschleiss (im Relativ-Massstab mit Strahlen in Normalrichtung auf der Zahnflanke)
- die verschlissene Flanke in Echt-Koordinaten
Parallel dazu erfolgt eine Lebensdauerberechnung, indem der kumulierte Verschleissabtrag über der Lebensdauer mit dem zulässigen Abtrag verglichen wird. Die von SABIC gemessenen Verschleiss-Kennwerte sind für die Auslegung von trockenlaufenden Getrieben sehr hilfreich und führen im Zusammenhang mit der KISSsoft-Berechnungssoftware zu realitätsnäheren Resultaten und verlässlicheren Lebensdauerwerten.
Falls Sie sich von unserer effizienzsteigernden Software zur Auslegung, Nachrechnung und Optimierung von Maschinenelementen überzeugen möchten: Die aktuelle Testversion 08/2009 ist unter www.KISSsoft.AG zum kostenlosen Download verfügbar.
Die Firmen KISSsoft AG, als Hersteller der Berechnungssoftware KISSsoft, und SABIC Holding Europe BV, als Hersteller von Kunststoffen wie LNP Lubricomp Compounds, haben deshalb eine enge Zusammenarbeit begonnen. In diesem Rahmen wurden bisher Werkstoffkennwerte für die Zahnradauslegung von 18 Sabic-Kunststoffen ermittelt. Das Sortiment umfasst Werkstoffe mit und ohne Carbonfasern, Glasfasern, PTFE sowie Sorten mit eingelagertem Schmierstoff. Dabei erstreckt sich der Temperaturbereich der Daten teilweise bis zu 250°C.
Die von SABIC gemessenen und KISSsoft zur Verfügung gestellten Daten umfassen temperaturabhängige Werte für den Elastizitätsmodul und die statische Biegebruch-Festigkeit sowie Verschleisskennwerte bei Trockenlauf. Da für die Ermittlung von exakten Wöhlerlinien zu Zeit- und Dauerfestigkeitsberechnungen eine äusserst zeitaufwändige Messreihe notwendig ist, liegen hier momentan noch keine Daten vor.
In der Feinwerktechnik weisen viele Anwendungen mit Kunststoffzahnrädern ein relativ kleines Dauerdrehmoment auf, sollten jedoch gleichzeitig auch in der Lage sein, ein hohes statisches Moment aufnehmen zu können - beispielsweise beim Fahren gegen Block von Sitzverstellungen im Auto. Solche Zahnräder werden auf ihre statische Festigkeit hin ausgelegt, wobei die Dauerfestigkeit nicht oder nur approximativ geprüft werden muss. Daher ist es in vielen Fällen möglich, auch ohne Dauerfestigkeitsdaten eine Zahnradauslegung durchzuführen.
Im Medizinal- oder Lebensmittelbereich dürfen Kunststoffgetriebe häufig keinen Schmierstoff enthalten. Diese schmierstofflose Betriebsform wird "Trockenlauf" genannt und bedingt höhere Zahnflankenfestigkeiten. Hier stellt der Zahnflankenverschleiss das häufigste Versagenskriterium dar. Je nach Geometrie, Belastung und Werkstoff können der Verschleiss und seine Verteilung über der Zahnflanke sehr unterschiedlich ausfallen.
Mit dem KISSsoft-Release 08/2009 steht erstmals eine Software zur Verfügung, welche mit ihrer Berechnungsmethode den lokalen Verschleiss über der Zahnflanke bestimmt, sofern für den entsprechenden Werkstoff der Verschleissfaktor Jw bekannt ist.
Wie in der oberen Darstellung ersichtlich ist, werden die folgenden Daten berechnet und dargestellt:
- der örtliche Verschleiss (im Relativ-Massstab mit Strahlen in Normalrichtung auf der Zahnflanke)
- die verschlissene Flanke in Echt-Koordinaten
Parallel dazu erfolgt eine Lebensdauerberechnung, indem der kumulierte Verschleissabtrag über der Lebensdauer mit dem zulässigen Abtrag verglichen wird. Die von SABIC gemessenen Verschleiss-Kennwerte sind für die Auslegung von trockenlaufenden Getrieben sehr hilfreich und führen im Zusammenhang mit der KISSsoft-Berechnungssoftware zu realitätsnäheren Resultaten und verlässlicheren Lebensdauerwerten.
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