Kostensenkung durch verlustarme Stirnradverzahnungen
Der sorgsame Umgang mit Energie ist allein schon wegen des Klimawandels sehr wichtig geworden. Außerdem sind auch erhebliche Kosteneinsparungen möglich, wenn Energieverluste vermieden werden.
DeRan stellt hier Möglichkeiten vor, mit denen sich Verzahnungen von Stirnrädern in Sachen Energie effizienter gestalten lassen.
Diese Seite ist in Arbeit, sie wird erweitert: Um Berechnungen, Beispiele und Open Source Software.
Sollte es Fragen geben, so können diese jederzeit an info@DeRan.org gesandt werden.
Gern erstellen wir Ihnen ein Angebot, wenn Sie zum Thema spezielle Software benötigen und diese nicht selbst erstellen möchten.
Inhalt
Ein Beispiel zu einer optimierten Verzahnung
Optimierung von Stirnradverzahnungen – mögliche Maßnahmen
Praktische Optimierung des Wirkungsgrads einer Stirnradverzahnung
Ein Beispiel zu einer optimierten Verzahnung
Optimierung von Stirnradverzahnungen – mögliche Maßnahmen
Mit einigen Verzahnungsparametern lassen sich die Verzahnungsverluste positiv beeinflussen:
- Verzahnungsmodul: Sollte aus Sicht der Verlustleistung so klein wie möglich gewählt werden. Die Zahnfußtragfähigkeit stellt die Grenze dar. Eine Erhöhung des Anregungsverhaltens ist nicht zu erwarten.
- Zähnezahlverhältnis: Für mehrstufige Getriebe sollte die Aufteilung der Gesamtübersetzung möglichst gleichmäßig sein.
- Eingriffswinkel: Möglichst groß wählen. Ein größerer Eingriffswinkel bedeutet höhere Radialkräfte und eine Verschlechterung des Anregungsverhaltens.
- Schrägungswinkel: So klein wie möglich wählen.
- Profilüberdeckung: Möglichst klein gestalten. Grenze ist fast immer die Grübchentragfähigkeit.
- Verzahnungsbreite: Geringe Auswirkung auf Verluste. Eine größere Zahnbreite kann die Grübcchentragfähigkeit erhöhen.
- Oberflächenrauheit: Großer Einfluss auf Verluste und Tragfähigkeit der Verzahnung. So gering wie möglich ausführen.
- Profilkorrekturen: Die Verzahnungsverluste können mit Profilkorrekturen gesenkt werden. Besonders positiv wirken sich Höhenballigkeitewn und lange Kopfrücknahmen aus. Zu große Profilkorrekturen können sich negativ auswirken.
Literatur:
- Wimmer, A.: Lastverluste von Stirnradverzahnungen – Konstruktive Einflüsse, Wirkungsgradmaximierung, Tribologie.
Dissertation, TU München (2006) - Verlustoptimierte Verzahnung – Konstruktive Einflüsse auf die lastabhängigen Verluste von Verzahnungen; FVA-Heft 731, 2004
Praktische Optimierung des Wirkungsgrads
einer Stirnradverzahnung
Der Anfang ist am schwierigsten. Immer. Daher hier ein Beispiel, wie es losgehen kann.
Für die ersten Schritte wird eine Tabellenkalkulation (LibreOffice) verwendet: Variationen des vorhandenen Radsatzes zur Verbesserung des Wirkungsgrads.
Die Tabelle oben zeigt die wichtigsten Ergebnisse und die Vorgehensweise bei dieser Optimierung. Achsabstand und Zahnbreite wurden konstant gehalten.
Zuerst wurde der Normalmodul verkleinert, die Zähnezahlen angepasst und der Eingriffswinkel vergrößert.
Der kleinere Normalmodul führte zu einer zu niedrigen Sicherheit im Zahnfuß. Dahaer wurde der Modul schrittweise vergrößert und die Zähnezahlen erneut angepasst.
Der vorhandene Radsatz
Das Bild unten zeigt den Zahneingriff der Ausgangsverzahnung, es ist nicht Teil der Tabelle:
Variante 1 mit kleinerem Modul, größerem Eingriffswinkel und angepassteen Zähnezahlen
Das Bild unten zeigt den Zahneingriff der Variante 1, es ist nicht Teil der Tabelle:
Variante 2: Modul vergrößert und angepassten Zähnezahlen
Das Bild unten zeigt den Zahneingriff der Variante 2, es ist nicht Teil der Tabelle:
Variante 3: Modul erneut vergrößert und angepassten Zähnezahlen
Das Bild unten zeigt den Zahneingriff der Variante 3, es ist nicht Teil der Tabelle:
Variante 4: Modul wieder vergrößert, Zähnezahlen angepasst
Das Bild unten zeigt den Zahneingriff der Variante 4, es ist nicht Teil der Tabelle:
Variante 17: Die gewählte Lösung
Das Bild unten zeigt den Zahneingriff der Variante 17, es ist nicht Teil der Tabelle: