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antriebstechnik 1-2/2016

antriebstechnik 1-2/2016

FVA AKTUELL

FVA AKTUELL Systemlebensdauerprüfung II Getriebe werden häufig unter Lastkollektivbeanspruchung betrieben und unterliegen sehr langen Laufzeiten. Eine vollständige Absicherung der gesamten Laufzeit im Versuch ist daher nicht möglich. Im Vorgänger vorhaben FVA 554 I, „Systemlebensdauerprüfung I“ wurden Forschungsvorhaben Methoden zur Lastkollektivraffung unter Beibehaltung des maßgebenden FVA 554 II Schadens mechanismus untersucht. IGF-Nr. 17347 N/1 Damit kann eine Raffung der Prüflaufzeit im Vergleich zur beabsichtigten Einsatzzeit ca. um den Faktor 10 erfolgen, wenn Versuche bis zum Eintritt eines Schadens durchgeführt werden. Entwickelt wurde somit ein Modell zur Planung und Bewertung von verkürzten Lebensdauer prüfungen. Mit diesem können auch Versuchsreihen ausgewertet werden, welche nicht bis zum Eintritt eines Schadensereignisses durchgeführt werden. Mithilfe der entwickelten Methoden zur Anwendung bei verkürzten Versuchsläufen ist eine weitere Raffung möglich. Die Prüfzeitverkürzung hängt von den getroffenen Annahmen, der Modellgenauigkeit und dem Umfang der geplanten experimentellen Unter suchungen ab. Basierend auf den beschriebenen Methoden wurde ein Vor gehensmodell zur vergleichenden Bewertung verkürzter Lebensdauerprüfungen abgeleitet. Zur Entwicklung dieses Vorgehensmodells wurden die Bereiche „Statistik“, Adaptives Effizienz- und Temperaturmanagement von Antriebssystemen Die in diesem Projekt erarbeitete Betriebsstrategie sieht zum einen die Minderung der Gesamtverluste im Antriebssystem vor, zum anderen wird auch die thermische Belastung der leistungselektronischen Komponenten gemindert. Hierzu nutzt sie im Wechselrichter die Möglichkeit, die Schalt frequenz und das Modulationsverfahren im laufenden Betrieb zu variieren. In der elektrischen Maschine wird die Flussverkettung betriebspunktabhängig angepasst. Durch eine Erweiterung des Antriebssystems um einen DC/DC-Wandler ist es möglich, zusätzlich die Zwischenkreisspannung als Optimierungsparameter hinzuzuziehen. Für den DC/DC-Wandler Forschungsvorhaben FVA 633 II IGF-Nr. 19 LN wurden ebenfalls wirkungsgradoptimale Regelungsstrategien erarbeitet und eingebunden, um den Komponentenwirkungsgrad möglichst optimal einzustellen. Diese wurden simulationsgestützt entwickelt und untersucht. Anschließend wurden diese messtechnisch erfolgreich validiert. Durch die optimale thermische Ausnutzung kann eine Skalierung der Chipfläche erfolgen, wodurch ein Produktionskostenvorteil erzielt werden kann. Weiter kann durch die wirkungsgradsteigernden Maßnahmen eine Reichweitenvergrößerung der verwendeten Traktionsbatterie erreicht werden, wodurch wiederum eine kleinere Batterie aus reichend und dadurch eine Kosteneinsparung erzielt werden kann. Das IGF-Vorhaben 19 LN der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Kontakt: Alexander Rassmann, Tel 069-6603- 18 20 Autor: Dennis Kaczorowski, Institut für Antriebssysteme und Leistungselektronik der Uni Hannover „Berechnung“ und „Werkstoff“ betrachtet. Für die Bereiche „Statistik“ und „Berechnung“ wurde jeweils eine aussagekräftige Kenngröße hinsichtlich der erwarteten L ebensdauer ermittelt. Damit ist eine umfassende Planung von verkürzten Lebensdauerprüfungen möglich. Mithilfe der Ergebnisse des Bereichs „Werkstoff“ für die exemplarisch untersuchte Schadensart Grübchen scheint darüber hinaus eine Auswertung der durchgeführten Versuche im Hinblick auf die zu erwartende Restlebensdauer auch vor Eintritt eines Schadens möglich. Insgesamt kann somit die betriebssichere Auslegung und experimentelle Absicherung von Antriebs systemen weiter entwickelt und verbessert werden. Das IGF-Vorhaben 17347 N/1 der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschafts forschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Kontakt: Dirk Arnold, Tel 069-6603-1632 Autor: Michael Hein, TU München Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau, FZG, Garching Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt Tel.: 069 / 6603-1515 E-Mail: info@fva-net.de Internet: www.fva-net.de 6 antriebstechnik 1-2/2016

INTERVIEW I AKTUELL „Ein Nischenthema begeistert“ FVA verleiht Nils Weber den Hans-Winter-Preis – ein Interview Im Rahmen der FVA-Infotagung im Dezember 2015 in Würzburg wurde Dipl.-Ing. Nils Weber, Institut für Maschinenkonstruktion und Tribologie (IMKT) der Universität Hannover, der Hans-Winter-Preis der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. verliehen. Chefredakteur Dirk Schaar wollte wissen, welchen Stellenwert die Auszeichnung für den Preisträger hat. Herr Weber, was bedeutet für Sie die Verleihung des Hans-Winter-Preises? Er bedeutet mir für meine wissenschaftliche Arbeit sehr viel, insbesondere weil es zeigt, dass es ein großes Interesse an der Erforschung und Verbesserung von Fahrzeuggetrieben gibt. Neben den großen Themen, wie z. B. Zahnräder und Wälzlager, ist mein Thema der Synchronisierungen schon ein ziemliches Nischenthema. Gerade deshalb freut es mich sehr, dass dieses spezielle Thema in der Lage ist, das Publikum auf der FVA-Infotagung zu überzeugen. In diesem Jahr wurde der Preis für die Erforschung der Synchrodynamik in Doppelkupplungs- und Handschaltgetrieben vergeben. Was haben Sie erforscht? Das Forschungsvorhaben befasst sich mit der Ermittlung und Messung von Bauteilbewegungen von Synchronringen. In Fahrzeuggetrieben werden Synchro nisierungen zum Angleich unterschiedlicher Drehzahl während des Schaltvorgangs genutzt. Prinzip bedingt weisen die Bauteile einer Synchronisierung Spiel auf. Durch unterschiedliche Anregungen, wie z. B. Differenzdrehzahlen oder Winkelbeschleunigungen, können sich diese Bauteile innerhalb dieses Spiels bewegen. Wir haben uns zunächst auf die Bewegungen des Synchronrings in axialer Richtung konzentriert. Nach ersten optischen Untersuchungen mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera in einem Seriengetriebe haben wir die Ringbewegung mit Wirbelstromsensoren auf dem Prüfstand aufgezeichnet und analysiert. Wie tragen Ihre Ergebnisse dazu bei, die Antriebstechnik in der Praxis effizienter zu machen? Wie in der kompletten Antriebstechnik ist insbesondere bei der Entwicklung und Verbesserung von Fahrzeuggetrieben eine stetige Steigerung des Wirkungsgrads und somit eine Reduzierung des Energiebedarfs notwendig. Neben der Reduzierung der durch die Bauteilbewegungen entstehenden Verluste, steht die Reduzierung des Verschleißes und somit eine Erhöhung der Lebensdauer im Fokus. Der erste Teil des Forschungsvorhabens ermöglicht einen Einblick in die komplexen Zusammenhänge zwischen den dynamischen Effekten und den umgebenden Bedingungen, die in einem Fahrzeuggetriebe auftreten können. Neben den Umgebungsbedingungen wie Drehzahlen oder Winkelbeschleunigungen haben wir uns auch die Einbausituation des Synchronrings und seine Einflüsse auf das Bewegungsverhalten angeschaut. Gibt es bereits konkrete Anwendungen, in denen Ihre Ergebnisse zum Tragen kommen? Noch stehen wir am Anfang. Der erste Teil des Vorhabens hat sich mit dem Aufbau einer geeigneten Messtechnik beschäftigt. In dem derzeit laufenden zweiten Teil werden erste Ansätze einer Simulation der Ringbewegung mit einer gleichzeitigen Erweiterung der Messtechnik durchgeführt. Erste Erkenntnisse bezüglich der Einbausituation können jedoch bereits in der Praxis angewendet werden. Wo sehen Sie weiteren Forschungsbedarf? Weiterer Forschungsbedarf besteht auf jeden Fall in der messtechnischen Erfassung der Ringbewegungen sowie die Integration der Wegmesstechnik in ein Gesamtgetriebe. www.fva-net.de antriebstechnik 1-2/2016 7

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