antriebstechnik 4/2020

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG SOFTWARE FÜR GETRIEBEENTWICKLUNG PRÄZISE SCHÄDIGUNGSPROGNOSE FÜR KEGELRÄDER ÜBER DER GEBRAUCHSDAUER Die FVA-Workbench ist ein herstellerneutrales Werkzeug zur Simulation und Berechnung von Getriebesystemen. Bei kürzer werdenden Produktentwicklungszyklen ist es besonders wichtig, auf performante Modellierungsansätze und Berechnungsalgorithmen zu setzen. Die vorwiegend analytischen Ansätze sollen eine schnelle und verlässliche Lösung für alle wichtigen Fragen aus der Antriebstechnik garantieren. Dipl.-Math. Birgit Hutschenreiter ist Softwareentwicklerin der FVA GmbH in Frankfurt a. M. 64 antriebstechnik 2020/04 www.antriebstechnik.de

Bei der Simulation und Berechnung von Getriebesys temen mit der FVA-Workbench werden die Ergebnisse bei analytisch nicht beschreibbaren Körpern, um ge eignete numerische Verfahren ergänzt. Die intuitive Modellierungstechnik der FVA-Workbench soll stets ein vollständiges, valides und herstellbares Getriebe garantieren. Entwickelt, diskutiert und validiert werden die Berechnungen in Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA). Durch Mitgliedsbeiträge und öffentliche Förderungen werden in der FVA jährlich 17 Mio. EUR in Forschungsvorhaben, an den besten deutschen Universitäten, Lehrstühlen und Forschungseinrichtungen, umgesetzt. Die FVA-Workbench versteht sich hier als Wissensplattform, um das Wissen der FVA für jeden Ingenieur anwendbar und zugänglich zu machen, ohne dass hunderte Seiten an wissenschaftlicher Dokumentation gelesen und studiert werden müssen. BERECHNUNGSMETHODEN FÜR KEGELRAD- UND HYPOIDVERZAHNUNGEN Kegelrad- und Hypoidverzahnungen werden in verschiedensten Industrieanwendungen, z. B. für Schiffsgetriebe, Bahntechnik, Automobilindustrie, Luftfahrt eingesetzt. Gemeinsam ist diesen Einsatzgebieten die Richtungsänderung des Leistungsflusses. So breit wie die Anwendungsfälle gefächert sind, so unterschiedlich sind die Anforderungen an die Auslegung und damit an die Berechnungsmethoden. Letztere reichen von der Normberechnung mit nur wenigen Eingabegrößen bis hin zur lokalen Tragfähigkeitsberechnung unter Beachtung des Verzahnungsumfeldes und des zu erwartenden Lastkollektives. Für die Berechnungsverfahren nach Norm und denen von Klassifizierungsgesellschaften sind als Eingabegrößen lediglich die Makrogeometrie der Kegelradverzahnung, die Betriebsbedingungen, bestehend aus Drehzahl, Drehmoment und Betriebsart sowie Werkstoff- und Schmierstoffangaben erforderlich. Grundlage dieser Tragfähigkeitsnachweise bildet eine geeignete Umrechnung der Kegelradgeometrie auf eine Ersatz-Stirnradverzahnung, die die Eingriffsverhältnisse der zu berechnenden Kegelradverzahnung näherungsweise nachbilden. Als Ergebnis werden Sicherheitsfaktoren geliefert, die Aussagen über die Tragfähigkeit der Verzahnung bei der vorgegebenen Belastung ermöglichen. NORMBERECHNUNGSVERFAHREN Innerhalb der FVA-Workbench stehen alle maßgeblichen Normtragfähigkeiten in der aktuellen und in historischen Fassungen zur Verfügung. Zusätzlich lassen sich Verfahren anwenden, die in der FVA entwickelt wurden und normativen Charakter tragen (z. B. FVA 411, Forschungsvorhaben „Hypoidtragfähigkeit“, FZG der TU München, Prof. Dr. Karsten Stahl). Darüber hinaus sind Rules der Marineklassifikationsgesellschaften zur einfachen Anwendung hinterlegt. Diese Normberechnungsverfahren können die komplexen Eingriffsverhältnisse der Kegelradverzahnungen nur näherungsweise beschreiben. So wird die Mikrogeometrie, die u. a. die Flankenmodifikationen an der Nutzflanke umfasst, nur ungenügend oder gar nicht in die Berechnung einbezogen. Ebenso können die Relativlagenabweichungen bei diesen Verfahren nicht direkt berücksichtigt werden. Aufgrund der Verlagerungsempfindlichkeit von Kegelradverzahnungen spielt aber die Tragbildgestalt, die unmittelbar aus der Mikrogeometrie resultiert, eine entscheidende Rolle. Dafür bieten die lokalen Verfahren zur Kegelradberechnung in der FVA-Workbench entscheidende Unterstützung.