Entwicklung einer allgemeingültigen Berechnungsmethode zur Bestimmung der lokalen Wälzfestigkeit einsatzgehärteter Bauteile

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Im Getriebebau gewinnen Großzahnräder (z.B. in Windenergieanlagen) und Sonderverzahnungen wie Beveloidräder (z.B. im Schiffs- und Automobilgetriebebau) stark an Bedeutung. Die hohe Leistungsdichte von Verzahnungen erfordert eine präzise Berechnung der Flankentragfähigkeit, um eine wirtschaftliche Auslegung zu gewährleisten. Derzeit existieren keine gesicherten Kennwerte zur Beurteilung der Grübchentragfähigkeit z.B. von Sonderverzahnungen, da sich bestehende Konzepte an für Standardreferenzverzahnungen ermittelten Kennwerten orientieren. Daneben werden wesentliche Einflüsse wie der Schlupfzustand, aber auch werkstoffspezifische Eigenschaften wie Fehlstellen in gegenwärtigen Ansätzen nur unzureichend erfasst. Daher wird ein allgemeiner lokaler Berechnungsansatz für die Wälzbeanspruchung vorgeschlagen. Beanspruchungsseitig werden die Größen Normalkraft, Reibung und Schlupf entsprechend den Ergebnissen der Finiten-Elemente-Methode (FEM) berücksichtigt. Die Beanspruchbarkeit wird durch ein auf einem Fehlstellenmodell basierenden Werkstoffmodell abgebildet, sodass der statistische Größeneinfluss explizit Berücksichtigung findet. Durch den allgemeinen Ansatz der FEM soll die Wälzfestigkeit beliebiger Wälzgeometrien größenunabhängig bewertbar werden. Zur Optimierung des Rechenzeitaufwands erfolgt die Übertragung der Methode für Verzahnungen auf eine FE-basierte Zahnkontaktanalyse.