Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Berechnungsmethode zur Berücksichtigung der gegenseitigen Beeinflussung von Ein-zelzahneingriffen im Mehrfacheingriff von Planetengetrieben

Im beantragten Vorhaben ist die FE-basierte Zahnkontaktanalyse derart zu erweitern, dass die Berechnung, Analyse sowie Optimierung von Planetengetrieben ganzheitlich möglich wird. Die Komplexität von Planetengetrieben aufgrund der parallelen Mehrfacheingriffe und geometrisch komplexen sowie nachgiebigen Radkörpergeometrien kann zukünftig nur noch über FE-Methoden erfolgen. Die Ansätze der FE-basierten Zahnkontaktanalyse sind im Vorhaben so zu erweitern, dass die Zahneingriffe in einem FE-Modell über ein nichtlineares Federmodell zeitgleich gelöst und die Wechselwirkungen der parallelen Zahneingriffe berücksichtigt werden können. Durch die Erweiterung der FE-Modellierung von Hohlrädern, sollen zukünftig komplexe Hohlradgeometrien abbildbar sein. Durch eine Schnittstelle für Planetenträger können die Einflüsse durch den Träger in der Zahnkontaktanalyse berücksichtigt werden. Abschließend werden die Erweiterungen der Methode auf der am WZL verfügbaren Planetengetriebemesszelle validiert. Nach Abschluss des Vorhabens existiert durch die Einbindung der Zahnkontaktanalyse in die FVA-Workbench eine Methode, die es erlaubt, dass Einsatzverhalten von komplexen Planetengetrieben zu analysieren sowie zu optimieren. Insbesondere KMU profitieren von dieser Weiterentwicklung der FE-basierten Zahnkontaktanalyse, da sie ein leistungsfähiges Auslegungstool besitzen, dass ihnen eine ressourceneffiziente Auslegung von Planetengetrieben in einem frühen Entwicklungsstadium erlaubt. Zusätzlich liefern die Untersuchungen auf der Messzelle neue Erkenntnisse zum Einfluss des Mehrfacheingriffs auf das Einsatzverhalten von Planetengetrieben. Diese Ergebnisse unterstützen die zukünftige Entwicklung von Planetengetrieben.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Vorhabens wird die FE-basierte Zahnkontaktanalyse FE-Stirnradkette um die Abbildung von Planetengetrieben erweitert. Hierzu werden die Ermittlung der Einflusszahlen sowie das Federmodell angepasst. Die Methode ist in der Lage die gegenseitige Beeinflussung der Eingriffe in flexiblen Systemen abzubilden und getriebespezifische Kenngrößen wie Drehfehler, Pressungsverteilung und die Lastaufteilung zu bestimmen.

Neben der Berücksichtigung von dünnwandigen Hohlradkränzen wird die Methode um die Anbindung von Gehäusestrukturen und der Berücksichtigung des Einflusses von Planetenträgern erweitert. Damit können Umfeldeffekte in die Berechnung und damit auch die Auslegung von Planetengetrieben einbezogen werden. Insbesondere die Anbindung von flexiblen Hohlrädern und die gegenseitige Beeinflussung der Mehrfacheingriffe sind ein wesentlicher Mehrwert. Die Methode kann direkt für die Auslegung und Optimierung von Planetengetrieben in der industriellen Praxis eingesetzt werden.

Neben der Methodenentwicklung steht die Untersuchung des Einflusses dünnwandiger Hohlradkränze und unterschiedlicher Planetenradanzahlen im Fokus des Vorhabens. Hierzu werden Messergebnisse an einer Planetengetriebemesszelle eingefahren und das Verlagerungs- und Anregungsverhalten untersucht. Eine wesentliche Erkenntnis ist die Verschiebung der angeregten Frequenzen aufgrund einer Trägerverlagerung. Der Effekt konnte im Vorhaben verstanden und rechnerisch reproduziert werden.

Die entwickelte Methode wird mit Hilfe der Prüfstandsergebnisse validiert. Insbesondere KMU steht somit eine Methode zur Auslegung und Nachrechnung von flexiblen Planetengetrieben unter Einbeziehung des Umfeldes zur Verfügung. Die Ergebnisse der Untersuchungen können insbesondere von KMU zum besseren Verständnis des Systems Planetengetriebe herangezogen werden ohne eigene kostenintensive Untersuchungen durchführen zu müssen. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde somit erreicht