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antriebstechnik 5/2017

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KOMPONENTEN UND SOFTWARE

KOMPONENTEN UND SOFTWARE 14 FE-Modell des Getriebegehäuses (links), Steifigkeitsmatrix mit Masterknoten in Kisssys (rechts) 15 Radiale Verschiebungen der Welle mit und ohne Gehäusenachgiebigkeit 16 Erforderliche Breitenkorrekturen insgesamt und aufgrund der Gehäusenachgiebigkeit den Masterknoten alle Knoten der Bohrung die gleiche Verschiebung erhalten, und somit die Bohrungsgeometrie unverändert bleibt. Alternativ dazu sind Verbindungen möglich, wo die Knoten im Querschnitt flexibel sind, wie beispielsweise RBE3-Elemente. Bei Verwendung dieser Elemente bleibt die Form der Bohrung nicht starr und kann beliebig deformiert werden. Diese nicht-starren Elemente bedeuten einen sehr viel höheren Rechenaufwand, mit der gleichzeitigen Gefahr, dass die Berechnung nicht konvergiert. Es ist jedoch zu überlegen, ob diese Elemente bei sehr dünnen Gehäusen eingesetzt werden sollen. Eine weitere Einflussgröße für die rechnerische Steifigkeit des Gehäuses ist die Wahl der Referenzflächen, welche für den Masterknoten ausgewählt werden. Die Referenzflächen werden üblicherweise als Zylinder mit der Breite vom Wälzlager des Getriebes definiert. Die Wahl der Referenzflächen beeinflusst somit auch die axiale und radiale Steifigkeit des Masterknotens. Im vorliegenden Getriebe sind die Stirnradwellen mit Pendelrollenlagern abgestützt, welche am Innenring mit einer Presspassung p6 und am Außenring mit einer Übergangspassung J6 montiert werden. Die Übergangspassung am Lageraußenring bewirkt, dass die Axialkraft fast uneingeschränkt auf der seitlichen Schulter über den Gehäusedeckel und die Verschraubung auf das Gehäuse abgestützt wird (Bild 13 links, rote Linie). Die Radialkraft wird über den Lageraußenring direkt im Gehäuse abgestützt (Bild 13 links, grüne Linie). Im FE-Modell wird das Pendelrollenlager vereinfacht nur über die Zylinderfläche abgestützt, welche die radialen und axialen Kräfte aufnimmt. Für die Radialkräfte ist das korrekt (Bild 13 rechts, rote Linie), für die Axialkräfte ist diese Modellierung zu steif (Bild 13 rechts, grüne Linie). Da bei Stirnradverzahnungen die axialen Verschiebungen eine untergeordnete Rolle spielen, ist diese Vereinfachung zulässig. Die Steifigkeitsmatrix wird aus einer Gehäusestruktur extrahiert, bestehend aus dem Gehäuse und der Nabe für die Ritzelwelle. Die Verbindungen der einzelnen Gehäuseteile sind mit starren Kontakten vorgenommen worden, welche eine lineare Lösung des Modells erlauben. Das FE-Modell des Gehäuses (Bild 14, links) hat 540 000 Knoten, welche somit 1 620 000 Freiheitsgrade beinhalten. Der Zeitaufwand für die Modellierung beträgt rund eine Stunde, das Berechnen des Modells und Extrahieren der Steifigkeitsmatrix dauert 5 min und ist somit sehr zeitsparend (bei einem Rechner mit 16 GB RAM und verteilt auf 14 CPUs). Nach dem Importieren der Steifigkeitsmatrix in Kisssoft werden das Gehäuse und die Steifigkeitsmatrix mit der 3-Punkte-Methode ausgerichtet. Für die visuelle Kontrolle können die Masterknoten dargestellt werden. Beim Starten der Berechnung wird nochmals die Übereinstimmung der Masterknoten mit den Lagermittelpunkten rechnerisch geprüft und mit der vorgegebenen Toleranz verglichen (Bild 14, rechts). Anschließend wird die Berechnung der Gehäusenachgiebigkeit durchgeführt, welche nach vier Iterationen bereits konvergiert. Bevor der Einfluss auf die Verzahnung und die Lastverteilung über die Zahnbreite ausgewertet wird, soll zuerst die Verschiebung der Wellen 3 und 4 betrachtet werden. Das Bild 15 zeigt die gesamte radiale Verschiebung der Welle, ohne (blau) und mit (rot) Gehäusenachgiebigkeit. Es zeigt sich, dass die radialen Verschiebungen der Gehäusebohrungen innerhalb 10 μm sind. Wie sich aus den geringen zusätzlichen Verschiebungen der Gehäusebohrungen erahnen lässt, sind die zusätzlich erforderlichen Verzahnungskorrekturen sehr klein. An dieser Verzahnung reicht eine Änderung der Schrägungswinkelkorrektur c Hβ von –2 μm, um das zusätzliche Klaffen aufgrund der Gehäusenachgiebigkeit zu kompensieren. Die insgesamt erforderlichen Verzahnungskorrekturen belaufen sich auf c Hβ = –13 μm und c β = 43 μm (Bild 16). Abschließend kann für die Untersuchung der Stirnradstufe festgehalten werden, dass der Einfluss auf die Gehäusesteifigkeit für das vorliegende Getriebe vernachlässigt werden kann. Es muss angemerkt werden, dass das Getriebegehäuse sehr verwindungssteif ausgeführt ist und die Verrippungen geschickt festgelegt wurden. Teil 2 dieser Serie erscheint demnächst in antriebstechnik. Lesen Sie dann mehr über die Grundlagen der Kegelradverlagerung, die Methoden zur Untersuchung des Zahnkontakts, die Abstützung der Axialkraft am Gehäusedeckel, den Einfluss der Gehäuseerwärmung und noch viel mehr. www.kisssoft.ag Literaturverzeichnis: [1] ISO 6336, Teil 1: Calculation of load capacity of spur and helical gears; ISO Genf, 2006 [2] Kissling, U.: Sizing the gear micro geometry – Step by Step; BGA GEARS, 2015 [3] Handbuch KISSsoft/KISSsys, Berechnungssoftware für den Maschinenbau, www.KISSsoft.AG [4] Mahr, B.: Kontaktanalyse; Antriebstechnik 12/2011, 2011 [5] ISO/TS 16281: Rolling bearings − Methods for calculating the modified reference rating life for universally loaded bearings; Genf, 2008 [6] ISO 1328-1: Cylindrical gears – ISO system of flank tolerance classification; Genf, 2013 [7] ISO/TR 10064-3: Recommendations relative to gear blanks, shaft centre distance and parallelism of axes; ISO Genf, 1996 [8] Langhart, J.: Einfluss der Gehäusesteifigkeit auf die Verzahnungslaufeigenschaften; DMK 2015 50 antriebstechnik 5/2017

KOMPONENTEN UND SOFTWARE Von der Phasenschiene bis zum Kompaktverteiler Mehr als 10 000 Produkte führt Friedrich Göhringer Elektrotechnik (FTG) in seinem Standardsortiment. Hierzu zählen u. a. Phasenschienen. In der 1- bis 4-poligen Variante reduzieren sie den Montageaufwand und senken die Fehlerhäufigkeit. Das passende Zubehör für hohe Sicherheit findet sich ebenso im Sortiment. Einsatzgebiete von FTG-genormten Phasenschienen sind z.B. erneuerbare Energien, Kleinkraftwerke und der Maschinenbau. Zudem verfügt FTG über NH-Trennerschienen, die eine Alternative zu herkömmlichen 60-mm-Systemen darstellen. Die NH-Trennerschienen sparen Platz und Zeit bei der Verdrahtung im Verteilerschrank und sorgen für einen übersichtlichen Aufbau. Im Sortiment finden sich ebenfalls Phasenschienen für Motorschutzschalter sowie das vollvergossene VS-Measy-System. Dazugehörige Einspeiseblöcke und Adapter für Motorstarterkombinationen runden das Portfolio ab. www.ftg-germany.de Montagefreundliche Servo-Einkabellösung Die Vorteile der Hybridkabel- Serie für Servomotoren aus dem Hause Lütze bestehen in der Bündelung von Encoder- Feedback und Energieübertragung in einer Leitung. Der Hersteller hat nun die schleppkettengeeignete Einkabellösung in zwei zentralen Punkten Jede Position sicher im Griff. GIM500R – Die neue Generation kompakter Neigungssensoren für präzises Positionieren. überarbeitet. Zum einen mit einem komplett neuen Schirmaufbau des Datenpaares – der neue Schirmaufbau ermöglicht jetzt eine deutlich schnellere und fehlerfreiere Kontaktierungen bei der Steckermontage. Zum anderen ist das Datenpaar der Superflex Hiperface-DSL in einem dünnen Innenmantel verbaut, der die Stabilität des Verseilverbunds insgesamt sowie die mechanischen und elektrischen Eigenschaften erheblich verbessert. In der Summe also ein Plus in punkto Betriebssicherheit. Der Hersteller bietet die neue Einkabellösung sowohl als Meterware als auch in konfektionierter Form mit Stecker an. Diese Leitung ist kompatibel zur digitalen Schnittstelle Hiperface-DSL aus dem Hause Sick. Präzise. Zuverlässig. Robust. Absolute Genauigkeit bis ±0,1° Hohe Schock- und Vibrationsbeständigkeit bis 200 g E1-konformes Design EN 13849 konforme Firmware Mehr über die neue GIM500R Familie erfahren Sie hier: www.baumer.com/GIM500R www.luetze.de Baumer-IVO.indd 1 03.05.2017 13:27:00 antriebstechnik 5/2017 51

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