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1 Zusammenfassung Zusammenfassung Die Arbeit liefert einen Beitrag zur Ermittlung der hydraulischen Verluste von Stirnradverzahnungen. Insbesondere wurde der Einfluss des Flanken- und des Kopfspieles auf die Quetschmomente bei Tauch- und Einspritzschmierung untersucht. In diesem Zusammenhang wurden auch die Planschmomente erneut bestimmt und die Messwerte mit den vorhandenen Berechnungsverfahren verglichen. Weiterhin ließen sich die bekannten Gleichungen für Planschmomente auf einen wesentlich größeren Modul- und Übersetzungsbereich ausweiten. Zunächst wurden zwei Prüfstände mit verstellbarem Achsabstand entwickelt. Veränderungen des Achsabstandes erlauben eine Variation des Flankenspiels der Versuchsverzahnungen. Das Kopfspiel der Verzahnungen wurde durch gezieltes Abdrehen der Zahnradaußendurchmesser in einzelnen Schritten vergrößert. Die Untersuchungen wurden an Verzahnungen mit verschiedenen Breiten, Moduln, Übersetzungen und Schrägungswinkeln durchgeführt. Darüber hinaus wurden Verzahnungen mit einer Umfangsnut untersucht. Weitere Versuchsparameter waren - Ölviskosität und Öltyp: Mineralöle und Polyalphaolefine - Umfangsgeschwindigkeiten von ca. 8 bis 23 m/s - unterschiedliche Eintauchtiefen der Zahnräder - Tauch- und Einspritzschmierung Die Verzahnungsverluste ließen sich durch direkte Messungen der Drehmomente an den Zahnrädern ermitteln. Hier kam ein neu entwickeltes Messverfahren zum Einsatz, das die Lager nahezu verlustfrei hydrostatisch auf den Wellen lagert. Mitnehmerbalken, die auf den Wellen befestigt sind, übertragen Drehmomente zwischen den Wellen und den Zahnrädern und messen über Dehnungsmessstreifen die übertragenen Drehmomente. Diese

2 208 Zusammenfassung Anordnung erlaubt eine hoch genaue Messung der Verzahnungsverlustmomente. Die Messungen führten hinsichtlich der Quetschmomente zu folgenden Ergebnissen: Das Flankenspiel hat einen signifikanten Einfluss auf das Quetschmoment. Bei Verringerung des Flankenspiels von j * n = 0,05 auf 0 erhöht sich das Quetschmoment mindestens um Faktor 2, in vielen Fällen sogar um Faktor 3. Bei Vergrößerung des Flankenspiels von j * n = 0,05 auf j * n = 0,1 bis 0,2 nimmt das Quetschmoment nur noch geringfügig ab. Bei einem Flankenspiel von j * n = 0,2 ist das Quetschmoment in fast allen Fällen nahezu null. In einem Bereich der Umfangsgeschwindigkeit von 10 bis 23 m/s sind die Quetschmomente nahezu konstant. Im Bereich von 4 bis 8 m/s können Quetschmomentenmaxima auftreten. Diese sind zum Teil um den Faktor 3 bis 4 größer als beispielsweise die Quetschmomente bei doppelter Drehzahl. Der Einfluss des Kopfspiels ist in den meisten Fällen vernachlässigbar. Nur bei Betriebszuständen im Bereich kleiner Drehzahlen, bei denen Quetschmomentenmaxima auftreten, können die Verluste durch eine Vergrößerung des Kopfspiels um etwa 20% verringert werden. Die Quetschmomente nehmen vor allem bei Drehzahlen von 4000 bis 6000 min -1 quadratisch mit der Verzahnungsbreite zu. Bei kleineren Drehzahlen ist der Einfluss der Verzahnungsbreite nicht so ausgeprägt, aber trotzdem noch überproportional. Mit Umfangsnuten kann das Quetschmoment bei Betriebszuständen, bei denen generell mit hohen Quetschmomenten zu rechnen ist, um bis zu 50% reduziert werden. Dies sind insbesondere Betriebszustände bei hohen Eintauchtiefen und kleinen Drehzahlen. Bei Betriebszuständen mit niedrigen Quetschmomenten lässt sich das Quetschmoment um etwa 10% reduzieren Der Schrägungswinkel hat im Allgemeinen einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Quetschmomente. Nur in den Drehzahlbereichen, bei denen Quetsch-

3 Zusammenfassung 209 momentenmaxima auftreten, nehmen die Quetschmomente mit zunehmendem Schrägungswinkel signifikant ab. Der Viskositätseinfluss auf die Quetschmomente ist vergleichsweise gering. Im hauptsächlich untersuchten Viskositätsbereich von 32 bis 275 mm 2 /s ändern sich die Quetschmomente um maximal 50%. Der Drehzahlbereich, in dem das Quetschmomentenmaximum auftritt, verschiebt sich bei Abnahme der Viskosität zu höheren Drehzahlen. Die untersuchten Mineralöle und Polyalphaolefine weisen bezüglich der Verluste keine Unterschiede auf, da sie im Molekülaufbau sehr ähnlich sind. Der Einfluss der Eintauchtiefe auf die Quetschmomente ist unbedeutend. Von Bedeutung ist allerdings, ob nur das Ritzel oder Ritzel und Rad gemeinsam in den Ölsumpf eintauchen. Dieser Einfluss macht sich vor allem bei niedrigen Drehzahlen deutlich bemerkbar. Bei der Einspritzschmierung lassen sich bezüglich der Übersetzung, des Schrägungswinkels und des Flanken- bzw. Kopfspiels ähnliche Einflüsse feststellen wie bei der Tauchschmierung. Der überproportionale Einfluss des Moduls ist weniger stark ausgeprägt als bei der Tauchschmierung Bei Einspritzmengen, die bezogen auf die Zahnbreite kleiner als 0,1 l/(min mm) sind, liegen die Quetschmomente in der gleichen Größenordnung wie bei tauchgeschmierten Verzahnungen, bei denen nur das Ritzel mit kleiner Eintauchtiefe in den Ölsumpf eintaucht. Bei größeren Einspritzmengen treten Quetschmomentenmaxima ähnlich wie bei der Tauchschmierung auf. Die Größe und Lage der Maxima ist abhängig von der Verzahnungsgeometrie und von der eingespritzten Ölmenge. Der Einfluss der Ölviskosität ist vergleichbar mit der Tauchschmierung. Für die Planschmomente können weitestgehend die gleichen Abhängigkeiten ermittelt werden, die in den Untersuchungen von Mauz festgestellt wurden. Im Rahmen dieser Untersuchungen wurden zum Teil um bis zu 50% höhere Planschmomente gemessen.

4 210 Zusammenfassung Bezüglich der Quetschmomente ermittelt Mauz einen stärkeren Anstieg über der Drehzahl als die in dieser Arbeit durchgeführten Messungen. Ebenso geben die Näherungsgleichungen von Mauz Quetschmomente an, die um bis zu 50% höher als die gemessenen sind. Die Ursache für diese Abweichungen dürfte darin begründet sein, dass bei den Untersuchungen von Mauz ein anderes Verfahren zur Bestimmung der Quetschmomente eingesetzt wird. Dabei werden die Quetschmomente aus vier Einzelmessreihen bestimmt, die alle einer gewissen Messunsicherheit unterliegen und so zu einer entsprechend großen Streuung der Quetschmomente führen. Bei den einspritzgeschmierten Verzahnungen ergibt sich eine gute Übereinstimmung zwischen den Untersuchungsergebnissen von Mauz und denen im Rahmen dieser Arbeit gemessenen. Für die Verzahnungen, die im Gültigkeitsbereich der Berechnungsgleichungen von Mauz liegen, weichen die gemessenen Quetschmomente um weniger als 20% von den berechneten ab. Für die Verzahnungen außerhalb des Gültigkeitsbereichs sind Abweichungen von 30 bis 50% zu verzeichnen. Qualitative Übereinstimmungen insbesondere zu der Drehzahlabhängigkeit der Quetschmomente und der Quetschmomentenmaxima können im Vergleich zu den Untersuchungen von Terekhov /T1/ festgestellt werden. Die Versuche am Praxisgetriebe bestätigen die Flankenspiel- und Drehzahlabhängigkeit der Quetschmomente qualitativ. Die Getriebetemperaturen steigen um bis zu 20% bei Verkleinerung des Flankenspiels von j * n = 0,2 auf 0,02, wobei der Flankenspieleinfluss mit zunehmenden Drehzahlen tendenziell geringer wird. Darüber hinaus konnte die Beharrungstemperatur des Praxisgetriebes bei einer Vergrößerung des Flankenspiels in der gleichen Größe reduziert werden, wie es die Untersuchungen von Leimann /L2/ erwarten lassen. Das theoretische Modell für die Entstehung der Quetschmomente bildet mit den getroffenen Vereinfachungen die realen Strömungsvorgänge ungenau ab. Die qualitative Abhängigkeit der Quetschmomente von der Verzahnungsgeometrie und insbesondere vom Flankenspiel ist zwischen Messung und

5 Zusammenfassung 211 Rechnung übereinstimmend. Die Größe der Quetschmomente in Abhängigkeit von der Drehzahl wird nicht richtig berechnet. Die grundsätzliche Modellvorstellung der hydrodynamischen Reibung bestätigt sich jedoch.