Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Experimentelle Untersuchungen zu Einflussfaktoren auf das Tragbildwandern in Planetengetrieben

Planetengetriebe zeichnen sich im Vergleich zu einfachen Stirnradstufen u.a. durch eine höhere Leistungsdichte und das Potential für höhere Wirkungsgrade aus. Aufgrund der Kreuzeinflüsse zwischen Verzahnungen und den Welle-Lager-Systemen der Zentral- und Planetenwellen ist eine Auslegung von Verzahnungskorrekturen in der Praxis allerdings bisher schwierig. Fertigungsabweichungen und äußere Kräfte auf die Zentralwellen können zu einem Wandern des Tragbildes führen. Dieser Effekt kann in der Praxis oftmals nicht zufriedenstellend mit Verzahnungskorrekturen ausgeglichen werden ohne massive Einbußen bei der Tragfähigkeit hinzunehmen.

Die verschiedenen Einflüsse auf das Tragbildwandern wurden bisher nicht isoliert betrachtet und können demnach betragsmäßig nicht eingeschätzt werden. Zur Untersuchung dieser Einflüsse sollen Verformungsmessungen an einer statisch verspannten Planetenstufe durchgeführt werden. Die Verformungen und Verlagerungen werden mit einem Koordinatenmessgerät ermittelt. Dabei sollen insbesondere die folgenden Einflüsse auf die Lastverteilung bzw. –aufteilung betrachtet werden:

- Zentralwellenverlagerung

- Planetenschiefstellung durch Schrägverzahnung

- Stegverformung

- Stegteilungsfehler

Die Messung der Lastaufteilung in Planetengetrieben über Dehnmessstreifen (DMS) am Planetenbolzen sowie die Auswertung des Breitentragens über DMS im Zahnfuß des Hohlrades sind in der Forschung bereits mehrfach erfolgreich durchgeführt worden. Die umfangreiche Vermessung einer Planetenstufe mittels Koordinatenmessgerät wurde bisher nicht durchgeführt. Die Ergebnisse der Untersuchungen zu den verschiedenen Einflussgrößen sollen in einem Konstruktionsleitfaden zusammengefasst werden. Die Forschungsergebnisse ermöglichen eine kostengünstigere Auslegung, da ggf. auf ungezielte Anpasskonstruktionen verzichtet werden kann. Vom möglichen Verzicht auf Prototypenversuche profitieren insbesondere KMUs, die keine Grundlagenforschung und ausführliche Versuche betreiben können.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die experimentelle Untersuchung der maßgeblichen Einflussfaktoren auf die Verschiebung des Tragbildes in Planetengetrieben während eines Stegumlaufs. Dazu wurde eine statisch verspannbare Planetenstufe (Minus-Getriebe) konstruiert, welche mittels Koordinatenmessgerät und Dehnmessstreifen im Zahnfuß einer Planetenverzahnung untersucht werden kann. Das Prüfgetriebe kann in verschiedenen Versuchsvarianten aufgebaut werden, sodass Zentralwellenverlagerungen, Stegteilungsfehler und unterschiedliche Steifigkeiten des Planetenträgers abgebildet werden können. Anhand der durchgeführten Messungen konnte das Tragbildwandern experimentell nachgewiesen werden. Die Verlagerung der Zentralwellen wurde als maßgebender Einflussfaktor identifiziert. Durch Teilungsfehler des Planetenträgers im Sinne einer tangentialen Verschiebung oder Verkippung des Planetenbolzens und folglich des Planetenrades konnte ein Einfluss auf die Tragbildlage festgestellt werden. Aufbauend auf den Analyseergebnissen der experimentellen Messdaten werden Hinweise für den Getriebekonstrukteur zur Begegnung des Tragbildwanderns gegeben.