Universiẗat, Diss.--Paderborn, 2000.

Schneckenradgetriebe sind aufgrund ihrer Verzahnungsgeometrie prädestiniert für Getriebeanwendungen mit diskontinuierlichem und schwingungsbehaftetem Betrieb. Bei hohen Momenten und geringen Drehzahlen stellt dabei die Zahnfußtragfähigkeit die primäre Auslegungsgrenze dar. Das Ziel der vorliegenden Arbeit lag in der Erhöhung der Genauigkeit der Berechnungsmethoden für die Zahnfußtragfähigkeit von Schneckenrädern, auch zur Steigerung des Volumennutzwertes dieser Getriebe. Hierzu wurden alle die Tragfähigkeit des Zahnfußes beeinflussenden Parameter durch eine Vielzahl von Experimenten und FE Simulationen untersucht. Dies schließt eine genaue Analyse der Geometrie von Schneckengetrieben, deren Fertigung und Einbausituation, die verwendeten Werkstoffe und deren Beanspruchung mit ein. Auf dieser Basis gelang neben der Entwicklung eines vergleichsspannungsbasierten analytischen Berechnungsverfahrens die Erstellung eines örtlichen Berechnungskonzeptes nach dem Kerbspannungskonzept. Hiermit konnte die Einschätzung der Zahnfußtragfähigkeit bei der Neuentwicklung und die Optimierung von Getrieben verbessert werden. / Worm gears are well suited for gearbox applications in environments with discontinuous conditions and mechanical vibrations. In the case of high torque and low speed, the tooth root strength is the primary design limit. The aim of the present paper is to improve the accuracy of the calculation methods for the tooth root strength of worm wheels. To reach this, all parameters which affects the strength of the tooth root were examined. This includes the geometry, the manufacturing, the materials and the stresses of worm wheels. Through this investigation, the development of a new analytical calculation method based on the equivalent stress concept could be done. Furthermore, a local calculation method based on the notch stress concept was developed. Thus, the forecast of the tooth root strength of worm wheels for redevelopment and optimization could be improved.

Auf der Suche nach immer kompakteren koaxialen Getrieben für kleine Antriebe steht eine neue Bauweise bereit. Der Foliensatz stellt kurz die Baugruppen eines solchen Getriebes vor und klärt über einige der Herausforderungen auf, die die Entwicklung beeinflussen. Weiterhin wird auf die Berechnung der verbauten Hypoidzahnradstufe eingegangen. Die Berechnung der Zahngeometrie ausgehend von den Wälz-Gleit-Körpern wird losgelöst von den Einschränkungen betrachtet, die herkömmliche Serienfertigungsverfahren mit sich bringen. Ausblickend werden die Entwicklungsschritte umrissen, die zunächst zum Prototyp und darüber hinaus zur Serienreife führen.

Schneckenradgetriebe sind aufgrund ihrer Verzahnungsgeometrie prädestiniert für Getriebeanwendungen mit diskontinuierlichem und schwingungsbehaftetem Betrieb. Bei hohen Momenten und geringen Drehzahlen stellt dabei die Zahnfußtragfähigkeit die primäre Auslegungsgrenze dar. Das Ziel der vorliegenden Arbeit lag in der Erhöhung der Genauigkeit der Berechnungsmethoden für die Zahnfußtragfähigkeit von Schneckenrädern, auch zur Steigerung des Volumennutzwertes dieser Getriebe. Hierzu wurden alle die Tragfähigkeit des Zahnfußes beeinflussenden Parameter durch eine Vielzahl von Experimenten und FE Simulationen untersucht. Dies schließt eine genaue Analyse der Geometrie von Schneckengetrieben, deren Fertigung und Einbausituation, die verwendeten Werkstoffe und deren Beanspruchung mit ein. Auf dieser Basis gelang neben der Entwicklung eines vergleichsspannungsbasierten analytischen Berechnungsverfahrens die Erstellung eines örtlichen Berechnungskonzeptes nach dem Kerbspannungskonzept. Hiermit konnte die Einschätzung der Zahnfußtragfähigkeit bei der Neuentwicklung und die Optimierung von Getrieben verbessert werden. / Worm gears are well suited for gearbox applications in environments with discontinuous conditions and mechanical vibrations. In the case of high torque and low speed, the tooth root strength is the primary design limit. The aim of the present paper is to improve the accuracy of the calculation methods for the tooth root strength of worm wheels. To reach this, all parameters which affects the strength of the tooth root were examined. This includes the geometry, the manufacturing, the materials and the stresses of worm wheels. Through this investigation, the development of a new analytical calculation method based on the equivalent stress concept could be done. Furthermore, a local calculation method based on the notch stress concept was developed. Thus, the forecast of the tooth root strength of worm wheels for redevelopment and optimization could be improved.

In der Verzahnungsberechnung werden Lösung meist nur optimiert und nicht neu gedacht. In Hinblick auf neue Fertigungsverfahren, erreicht „Out of the box“-Denken häufig deutliche Verbesserungen in technischer und ökonomischer Sicht. Die Software next|gear ermöglicht derart disruptives Vorgehen. Um einen ganzheitlichen Ansatz in der Verzahnungsentwicklung zu erreichen, wurde ein hyperbolisches Grundkonzept entwickelt, das die meisten der bekannten konstant übersetzenden Getriebetypen beschreiben kann. Neben der freien Wahl von zwei Achsen und Zähnezahlen, einschließlich negativer Zahlen bei Innenverzahnungen, gibt es für die Berechnung der kinematischen Auslegung drei weitere kontinuierliche Parameter, die die äußere Form des Zahnrades beschreiben. Diese Berechnungsgrundlage entfaltet das meiste Potential im Zusammenhang mit den Freiheiten, die junge Fertigungsverfahren mit Kunststoff z.B. im Spritzgussverfahren erlaubt. Hier sind die Fertigungsrestriktionen in der Regel andere als bei spanabhebenden Verfahren. Nichtdestotrotz könne auch sämtliche konventionelle Fertigungsverfahren mit dem Berechnungskonzept, basierend auf der Konjugation von Oberflächenpunkten, abgebildet werden. Mit dem Ansatz, einen durchgängigen Berechnungsprozess für alle einbezogenen Verzahnungsarten zu beschreiben, wird aufgezeigt, welche Herausforderungen in der Geometrieberechnung gelöst werden konnten. Dies wird am Beispiel eines Planetengetriebes mit innenverzahnter Schraubradverzahnung gezeigt, das inzwischen in Serie für die Automobilindustrie hergestellt wird. / In gear calculation, solutions are usually only optimised and not rethought. With regard to new manufacturing processes, 'out of the box' thinking often achieves significant improvements from a technical and economic perspective. The next|gear software enables such a disruptive approach. In order to achieve a holistic approach to gear development, a hyperbolic basic concept was developed that can describe most of the known constant-ratio gear types. In addition to the free choice of two axes and numbers of teeth, including negative numbers for internal gears, there are three further continuous parameters for calculating the kinematic design, which describe the external shape of the gear. This calculation basis unfolds the greatest potential in connection with the freedom that young manufacturing processes with plastic, e.g. injection moulding, allow. The manufacturing restrictions here are generally different to those for machining processes. Nevertheless, all conventional manufacturing processes can also be modelled with the calculation concept based on the conjugation of surface points. The approach of describing a consistent calculation process for all types of gearing involved shows which challenges could be solved in geometry calculation. This is demonstrated using the example of a planetary gearbox with internal helical gearing, which is now produced in series for the automotive industry.