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antriebstechnik 7/2022

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antriebstechnik 7/2022

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG GETRIEBELÖSUNG FÜR GEGENLÄUFIGEN FRÄSPROZESS Ziel des Forschungsprojekts „EKont“ ist es, ein handgeführtes Gerät zum Betonabtrag an Innenkanten und Störstellen in Kernkraftwerken (KKW) zu entwickeln. Um die Reaktionskräfte zu reduzieren wird hierbei der neuartige Ansatz eines gegenläufigen Fräsprozesses untersucht. Ergebnis ist eine Getriebelösung, bei der eine mittlere Frässcheibe mit annähernd derselben Umfangsgeschwindigkeit in die entgegengesetzte Richtung von weiteren Frässcheiben rotiert. „Angestoßen durch die Nuklearkatstrophe in Fukushima im Jahre 2011 beschloss die Bundesregierung die Energiewende und den damit verbundenen Atomausstieg. Infolgedessen wurden seitdem die Betriebserlaubnisse aller bestehenden Kernkraftwerke Deutschlands nicht verlängert. Dies hatte, nach Abschaltung, den Rückbau der kerntechnischen Einrichtungen zur Folge. Ein neuer Markt entstand und sowohl handelsübliche als auch hoch spezialisierte Verfahren sind bereits in der Verwendung oder werden entwickelt.“ (Dietrich, 2019) Neben den Anlagenteilen müssen auch Wand-, Boden- und Deckenflächen aus Beton dekontaminiert werden. Dies geschieht meistens durch einen dünnschichtigen Betonabtrag. Anschließend werden die Flächen durch den Strahlungsschutz gemessen und ggf. freigegeben. Speziell für den Betonabtrag bei aufeinandertreffenden Oberflächen, sprich Innenkanten und sonstigen Störstellen, existieren noch keine optimierten Werkzeuge und Maschinen. Durch die neu entwickelte Getriebelösung soll eine ergonomische Möglichkeit für den Betonabtrag in Innenkanten geschaffen werden. Außerdem werden erste Ergebnisse der Grundlagenuntersuchungen zu gegenläufigen Fräsprozessen vorgestellt. ANFORDERUNGEN nDa die Innenkanten-Bearbeitung meist im 45°-Winkel erfolgt, ist der Bauraum in Abhängigkeit vom Frässcheibenradius begrenzt: Insbesondere die Breite und der Durchmesser des Getriebes sind entscheidend. nDer Getriebeeingang soll einseitig mit einem Antrieb realisiert werden. nDie Nenndrehzahl und maximale Umfangsgeschwindigkeit der Frässcheiben müssen beachtet werden. nDas Getriebe soll möglichst leicht sein, sodass ein Handbetrieb der Maschine möglich ist. GEGENLÄUFIGKEIT In Anlehnung an den Ravigneaux-Satz (Ruoss, 2016) kann eine gegenläufige Drehrichtung auf einer Achse durch den Einsatz von mehreren Planetensätzen mit verschiedenen Planetenrad- Konfigurationen bewirkt werden. Hierfür wird in diesem Fall die zentrale Eingangswelle durch das gesamte Getriebe geführt. Auf dieser befinden sich drei Sonnenräder, welche über drei Planetensätze ihre Leistung radial nach außen führen. Da sich 42 antriebstechnik 2022/07 www.antriebstechnik.de

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 01 Drehrichtungen 02 Getriebeschema die linken und rechten Frässcheiben, wie auf Bild 01 zu sehen ist, in dieselbe Richtung und mit derselben Drehzahl rotieren sollen, werden die äußeren Planetensätz (1 und 3) identisch ausgeführt. Der mittlere Planetensatz 2 muss in die entgegengesetzte Richtung rotieren bei möglichst ähnlicher Drehzahl. Für die Drehrichtungsumkehr werden sowohl im Ravigneaux-Satz als auch in diesem Getriebe Planetenradpaare anstelle von einzelnen Planetenrädern, wie sie in Planetensatz 1 und 3 verwendet werden, eingesetzt. Um in der Sprache des Ravigneaux-Satzes zu bleiben: der mittlere Planetensatz wird zur „Plus-Planetenstufe“, Planetensatz 1 und 3 sind „Minus-Planetenstufen“. 03 Bilderstrecke Getriebemontage GETRIEBEAUSLEGUNG Herausforderungen für diese Getriebeauslegung und -konstruktion sind insbesondere: sehr hohe Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen, limitierter Bauraum und radiale Getriebeausgänge, die quasi das Getriebe ummanteln. In diesem Abschnitt wird im Detail auf die Verzahnungsberechnung, die Lagerwahl und den Gehäuse-Konstruktionsprozess eingegangen. Wie im vorherigen Abschnitt bereits erwähnt, sollen drei Planetensätze verwendet werden. Die Grundidee für die Realisierung der Gegenläufigkeit ist auf dem Getriebeschema (Bild 02) zu erkennen. Der Leistungsfluss verläuft radial über drei Stränge von innen nach außen. Dabei sind stillgesetzte Planetenträger vorgesehen, sodass sich Festübersetzungen zwischen den Sonnenrädern und den entsprechenden Hohlrädern ergeben. In dieser Konfiguration bilden die Hohlräder gleichzeitig die Getriebeausgänge, weshalb sich diese auch an der Außenseite des Getriebes befinden. Dadurch wird der Aufbau zu einem tragenden Getriebe, da die radiale Last der Frässcheiben im Betrieb über das Gehäuse des dreifachen Umlaufgetriebes an den Maschinenbediener abgeführt wird. Dieser Gehäuselastfluss ist in hellblau angedeutet. Es handelt sich quasi um ein Naben-Getriebe mit drei Abtrieben. UMLAUFGETRIEBEAUSLEGUNG Bei der Getriebeauslegung sind die Anforderungen an den Abtrieb entscheidend. Jeder Getriebeabtrieb muss so gestaltet werden, dass er die jeweiligen Frässcheibe(n) aufnehmen und möglichst in ihrem Nennbereich betreiben kann. Die zu erreichende Nenndrehzahl der Frässcheiben liegt bei ca. 6.000 1/min. Diese Drehzahl erlaubt es, die Lagerauslegung für die entsprechenden Hohlräder vorzunehmen. Aufgrund der radialen Last auf das Getriebe über die Frässcheiben und des axial stark beschränkten Bauraumes (zwei Lager pro www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2022/07 43

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