Kunststoffgetriebe für die Medizintechnik - Lehrstuhl für ...

GETRIEBE
[15] hergeleiteten Berechnung dar. Es zeigen
sich nur geringfügige Abweichungen zwischen
den mittels IR-Kamera gemessenen und den
berechneten Zahnflankentemperaturen, so
dass diese Berechnungsmethode beibehalten
wurde.
3.2.2 Mechanik
Die Berechnung der Zahnfußspannung aus
dem beaufschlagten Drehmoment nach DIN
3990 Methoden A-C [13], ISO 6336 [12], AGMA
2001 [16], Niemann [4] und VDI 2545 [11]
weist Abweichungen von bis zu 100 % auf
[17]. Um die Ursachen zu klären und eine Referenz
zur Validierung zu schaffen, wurden Ergebnisse
aus optischer Deformationsmessung
sowie mechanischer FEM-Berechnung gegenübergestellt.
DIN 3990 [13] bzw. ISO 6336 [12]
liefern nach Methode B geeignete Ergebnisse,
die durch mechanische FEM-Berechnung und
optische Deformationsmessung bestätigt werden.
Vereinfachte Zahnfußspannungs-Berechnungsansätze
nach VDI 2545 [11] und DIN
3990 Methode C [13] führen zu den genannten
Abweichungen. Die Ursache liegt hauptsächlich
in der unzureichenden Berücksichtigung
der Zahnform. Die Ergebnisse aus der optischen
Deformationsmessung zeigen weiterhin, dass
die zur Gewährleistung geeigneter Eingriffsverhältnisse
maximal auftretenden Dehnungen
unter 1 % liegen, sodass temperaturabhängig
linear-elastisch gerechnet werden kann.
3.2.3 Tribologie
Die Verschleißbetrachtung wird als neuer
Aspekt in die skizzierte Auslegungsstrategie
aufgenommen. Bild 3 zeigt die Komplexität eines
tribologischen Systems [7, 18]. Eine Methode
zur Ermittlung von Kennwerten und deren
Anwendung muss zunächst entwickelt und
validiert werden. Es sind folgende Aspekte zu
betrachten:
– Bestimmung der Größen, die zur Definition
eines tribologischen Systems erforderlich
sind
– Entwicklung eines geometrieneutralen Verschleißkennwertes
– Entwicklung einer Methode zur effizienten
Ermittlung von Verschleißkennwerten
4 Kennwert zur tribologischen
Dimensionierung
4.1 Prüfstand zur Gewinnung von Auslegungskennwerten
im Bauteilversuch
Für die Verschleißuntersuchungen wurde ein
Getriebeprüfstand verwendet, der eine breite
Variation des Belastungskollektivs ermöglicht,
Bild 4. Die das Getriebe umschließende Wärme -
kammer ist mit einem IR-transparenten Fenster
ausgerüstet und bis 200 °C beheizbar, sodass die
Temperaturmessung mittels IR-Kamera auch bei
erhöhter Kammertemperatur erfolgen kann. Für
Verschleißuntersuchungen ist es von besonderer
Relevanz, die exakte Beanspruchung der Zahnflanken
zu kennen, weshalb leicht laufende Spindellager,
eine kontaktlose Drehmomentmesswelle
und eine hochgenaue Magnetpulverbremse
appliziert sind. In Vorversuchen wurden geeignete
Lastbereiche (Antriebsdrehzahl, Abtriebsmoment,
Umgebungstemperatur) in Laststeigerungsläufen
ermittelt. Der relevante Antriebsdrehzahlbereich
liegt zwischen 1500 und
6000 min -1 bei abtriebsseitigen Drehmomenten
von 0,5 bis 2,0 Nm.
4.2 Werkstoffauswahl und Probekörper
Zur Überprüfung vorhandener Literaturdaten
unter Berücksichtigung der in der industriellen
Produktion vorwiegend verwendeten
Werkstoffe wurden ein Polyoxymethylen (POM)
und ein Polybutylenterephthalat (PBT) aus-
Tabelle 2
Verfahren zur Verschleiß-
qantifizierung
44 special Antriebstechnik - S 1/2007, Konstruktion
Bild 6
Korrelation der Ver-
schleißmessung durch
Wiegen und Messen der
Zahnweite
Bild 5
Belastung des Kunststoff-
Stirnrades entlang der
Zahnflanke
A: Anfangspunkt der Ein-
griffsstrecke
B: innerer Einzeleingriffs-
punkt
C: Wälzpunkt
D: äußerer Einzelein-
griffspunkt
E: Endpunkt der Eingriffs-
strecke