Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Berechnung und Messung der Belastungsverteilung von Planetenwälzlagern

Planetenräder kommen in vielen stationären und mobilen (Groß-) Getrieben zum Einsatz. Aufgrund der wettbewerbsbedingten Leistungssteigerungen werden hohe Anforderungen an Planetenradlagerungen gestellt. Wegen der hohen Leistungsdichte ist es üblich, mehr als zwei Lager auf einer Planetenachse anzuordnen. Um bereits in der Auslegungsphase sämtliche Verformungen des Planetenrades bzw. der Planetenachsen und die daraus resultierende Belastungen in den Lagern zu berücksichtigen und dadurch deren Lebensdauer zu erhöhen, sind effiziente Lösungen notwendig. Dabei weisen die zur Verfügung stehenden Berechnungsansätze hinsichtlich der Auslegung mehrfachgelagerter Planetenräder Defizite auf. Aus diesem Grund werden im FVA Dachprojekt „Themenkomplex Planetenradverformung“ gekoppelte Modelle zur Berechnung der Beanspruchungen und Verformungen in Planetenradgetrieben entwickelt. Die Analyse der Belastungssituation an den im Planetenrad vorliegenden Wälzlagerungen stellt dabei einen der Schwerpunkte dar.

Mit den Modellen sollen Berechnungswerkzeuge erarbeitet werden, die eine sichere Beschreibung und Vorhersage des Betriebsverhaltens eines Planetengetriebes ermöglichen. Dabei stellt die Validierung der Modelle die Voraussetzung für die Richtigkeit der für diese verwendeten Berechnungsansätze dar. Ziel ist es, über Messungen und Parametervariation die im Dachprojekt zu entwickelnden Berechnungsmodelle zu validieren und dadurch sicherzustellen, dass mit diesen mehrere nebeneinander angeordnete Lager auf einer Planetenachse zuverlässig berechnet werden können. Dazu werden statische Messungen zur Bestimmung der Planetenradverformung und der daraus resultierenden Lagerlastverteilung sowie Laufversuche zur Validierung der Lebensdauerrechnung an modifizierten Getrieben durchgeführt. Das Projekt soll im Ergebnis Berechnungswerkzeuge liefern, die zur Qualitätssicherung beitragen und dem Anwender kostenintensive Untersuchungen ersparen oder diese zumindest auf ein Minimum reduzieren.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Vorhabens wurden zwei Prüfstände zur statischen und dynamischen Versuchsdurchführung entwickelt. Mit deren Hilfe wurden verschiedene Parameter, welche die Lastverteilung in mehrfachgelagerten Planetenrädern beeinflussen, gemessen und analysiert. Die Planetenradverformung sowie die Verformung des Planetenradbolzens wurden experimentell ermittelt und konnten als Kalibrierungs- bzw. Validierungsparameter für die im Dachprojekt entwickelte Simulation angewendet werden. Grundlegende Ergebnisse hinsichtlich der Lastverteilung im Lager bei mehrfachgelagerten gerad- und schrägverzahnten Planetenrädern wurden experimentell erzielt. Diese Ergebnisse können bei der Validierung der Simulation aus dem Dachprojekt helfen. Solche Erkenntnisse sind direkt von den KMU verwertbar, da diese Einflussgrößen in der zukünftigen Auslegung von Planetenradlagerungen Berücksichtigung finden können.

Für die dynamischen Untersuchungen wurde ein ausgewähltes Industriegetriebe analysiert. Es wurde ein rechnerisches Model des Getriebes erstellt und damit wurden die benötigten Berechnungen durchgeführt. Mit deren Hilfe konnte das Getriebe optimal angepasst werden, sodass die angestrebten Versuchsparameter erreicht werden konnten. Die damit erzielten Ergebnisse wurden als stichprobenartige Validierung des Berechnungsprogramms "LAGER2" genutzt und können eine Erweiterung des Programms in zukünftigen Projekten unterstützen.

Mit den zur Verfügung stehenden Berechnungsmodellen, welche durch die experimentellen Ergebnisse aus diesem Projekt erweitert und validiert wurden, ist der Konstrukteur in der Lage ein optimiertes Produkt auszulegen. Damit wurde das Forschungsziel erreicht.