antriebstechnik 9/2016

FVA AKTUELL Gestaltung

FVA AKTUELL Gestaltung von Lastkollektiven zur Prüfung von Radial-Wellendichtungen Bis heute gibt es keine Möglichkeit, die Auslegung von Radial- Wellendichtringen (RWDR) rechnerisch zu bewerkstelligen. Anwender von RWDR stehen damit vor der Herausforderung, dass für ihren Anwendungsfall geeignete Dichtsysteme nur anhand von Herstellerinformationen und Erfahrungswerten ausgelegt werden können. Um die Eignung des Systems nachzuweisen sind daher umfangreiche Voruntersuchungen in Form von Prüfläufen notwendig. Diese sind jedoch aufwändig und dementsprechend kostenintensiv und müssen bei jeder Änderung neu durchgeführt werden. Anwender sind daher interessiert daran, ihre Prüfläufe möglichst kompakt und kurz, aber dennoch repräsentativ zu gestalten. Um die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Belastungsgrößen des Dichtsystems RWDR zu untersuchen, wurden im Projekt zu Beginn einstufige Prüfläufe durchgeführt. Analog dazu wurde eine Vorgehensweise erarbeitet, die dem Anwender bei der Analyse von Dichtsystemen als Leitfaden dient. Durch Berücksichtigung des Untersuchungsablaufs wird sichergestellt, dass nachfolgende Untersuchungen so wenig wie möglich beeinflusst werden. Dies ist vor allem bei Methoden, welche die Bestandteile des Dichtsystems gesamtheitlich betrachten, sowie bei visuellen Analysen wichtig. Ergebnis der einstufigen Versuche ist die Erkenntnis, dass auch bei langen Versuchsdauern von über 1 000 h keine maßgebliche Schädigung des RWDR auftreten muss. Im Gegensatz dazu wurde bei ersten Versuchen zu wechselnder Belastung in Mehrstufenversuchen sehr hoher Verschleiß festgestellt, was den Einfluss von Lastkollektiven auf den Schädigungsverlauf bestätigt. Das IGF-Vorhaben 17580 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) 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. Autor: Axel Eipper, Institut für Maschinenelemente, IMA, Universität Stuttgart Kontakt: Peter Exner (FVA) Tel.: 069/6603-1610 Forschungsvorhaben FVA 696 I, IGF-Nr. 17580 N Prognosemethodik für die Schallleistung von Getrieben während der Konstruktionsphase Bei Leistungsgetrieben spielt die Abstrahlung von Luftschall eine entscheidende Rolle für die Beurteilung des Geräuschverhaltens. Der durch das dynamische Verhalten des gesamten Antriebes induzierte Körperschall wird Forschungsvorhaben auf das Getriebegehäuse übertragen FVA 587 II, und als Luftschall abgestrahlt. Typisch IGF-Nr. 17813 N im Vergleich zu den Großserien im Fahrzeugbau (PKW und LKW) sind jedoch kleine Stückzahlen und viele kundenspezifische Einzellösungen, die nicht im Prototypversuch beurteilt und optimiert werden können. Hier wird eine Methode benötigt, mit der das Geräuschverhalten frühzeitig abgeschätzt werden kann. Zur Erreichung der oben genannten Ziele wurden im ersten Schritt Messungen an verschiedenen Getrieben durchgeführt. Während der experimentellen Untersuchungen wurden Luftschallgrößen, Körperschallgrößen sowie die Drehzahlen und Drehmomente der Antriebs- und Abtriebsmaschinen aufgenommen. Zusätzlich sind zur Validierung der Simulationsmodelle experimentelle Modalanalysen an allen Getrieben durchgeführt worden. Parallel zu den experimentellen Arbeiten wurde eine geeignete Simulationskette zur Berechnung der abgestrahlten Schallleistung ausgearbeitet. In dieser Simulationskette wurden die Getriebe vollumfänglich in der MKS-Umgebung abgebildet, um die Interaktion des Wellensystems mit dem Gehäuse zu berücksichtigen. Sowohl das Wellensystem, als auch die Gehäuse und weitere Anbauteile wurden als elastische Körper eingebunden. Die Berechnung des Luftschalls erfolgt in einem nachgelagerten Schritt in der FE-Umgebung. Zur Übertragung der in der MKS-Umgebung berechneten Oberflächenverschiebungen der Getriebegehäuse in das FE-Modell der u mgebenden Luft wurde eine Schnittstelle zwischen SIMPACK und Abaqus geschaffen. Dieses Forschungsvorhaben zeigt auf, dass die Berechnung des Luftschalls mit der Kombination aus MKS- (SIMPACK) und FE- Simulation (ABAQUS) möglich ist. Eine Toolkette zur Bestimmung der Schallleistung unter Berücksichtung der Interaktion des Wellensystems und des Getriebegehäuses ist erarbeitet worden. Es wird jedoch festgestellt, dass für die Berechnung des Luftschalls ein hoher Detailgrad in der Modellbildung notwendig ist. Dies führt zu einem entsprechend hohen Aufwand in der Modellbildung und langen Rechenzeiten. Es zeigt sich, dass der notwendige Detailgrad für die Prognose der Schallleistung mit stark vereinfachten Strukturen und damit der Anwendung des Modellgenerators aus [FVA 587 I] nicht zufriedenstellend möglich ist. Das IGF-Vorhaben 17813 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) 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. Autor: Vadim Kirsch, Institut für Maschinenelemente und Maschinengestaltung, IME, RWTH Aachen Kontakt: Dirk Arnold (FVA) Tel.: 069/6603-1632 6 antriebstechnik 9/2016

Messtechnische Ermittlung von Drehschwingungsparameter Ziel des durchgeführten Vorhabens war die Entwicklung eines Verfahrens zur möglichst automatisierten Identifikation von Parametern des physikalischen Schwingungsmodells aus Messungen und dessen Implementierung in eine Softwarelösung für die FVA-Mitglieder. Mit einem solchen Verfahren ist die Erstellung von Simulationsmodellen zur weiteren dynamischen Analyse unter Berücksichtigung der im Realsystem auftretenden Schwingungsphänomene möglich. Weiterhin bietet das Verfahren eine neue Möglichkeit zur Validierung bestehender Simulationsmodelle über einen direkten Abgleich Forschungsvorhaben von Modellparametern. Die Methodik basiert im ersten Schritt FVA 714 I, auf der Ermittlung eines modalen IGF-Nr. 17901 N Modells bestehend aus Eigenfrequenzen, -formen und modalen Dämpfungen aus einer Operational Modal Analysis (OMA). Aus diesem Modell werden durch eine Inverse Eigenwertberechnung die Parameterwerte des physikalischen Modells in Form von Massenträgheitsmomenten, Steifigkeiten und Dämpfungen bestimmt. Diese werden zunächst betriebspunktweise ermittelt und in einem nachfolgenden Schritt zu einem nichtlinearen, betriebsabhängigen Modell kombiniert. Eine Abschätzung der Güte der Modelle ist für die einzelnen Verfahrensschritte aus den Ergebnisgrößen möglich. Dadurch kann der Nutzer die kritischen Schritte so ermitteln, dass er die Modellgüte und Vorhersagekraft durch weitere Messungen zielgerichtet verbessern kann. Das Verfahren wurde zur Verifikation und Sicherstellung der Anwendbarkeit prototypisch in der Programmierumgebung Matlab implementiert. Durch den vorgegebenen Prozess mit definierten Eingangsdaten ist grundsätzlich die Verwendung der Methode auch durch Anwender möglich, die nur geringe Erfahrungen in der Modellierung von Schwingungssimulationsmodellen haben. Unter Verwendung einer prototypischen Software, die zur Evaluierung der Methode erstellt wurde und den interessierten Anwendern aus der Forschungsvereinigung Antriebstechnik zur Verfügung steht, können diese Erfahrungen schnell durch eine größere Anzahl an Anwendern erarbeitet werden. Hierdurch ist ebenfalls der Transfer der Forschungsergebnisse in die industrielle Nutzung sichergestellt. Das IGF-Vorhaben 17901 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) 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. Autoren: Dipl.-Wirt.-Ing. Björn Juretzki, M.Sc. Faysal Andary, IME – Institut für Maschinenelemente und Maschinengestaltung, RWTH Aachen Kontakt: Dirk Arnold (FVA) Tel.: 069/6603-1632 GINO RESISTORS Maßgeschneiderte Lösungen >> Bremswiderstände Lastwiderstände Verkehrstechnik Besuchen Sie uns im Internet unter: www.gino.de Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt Tel.: 069 / 6603-1515 E-Mail: info@fva-net.de Internet: www.fva-net.de GINO AG Elektrotechnische Fabrik Friedrich-Wöhler-Straße 65 D-53117 Bonn Tel.: +49 (0) 228-98 98 6-0 Fax: +49 (0) 228-98 98 6-38 E-Mail: info@gino.de GINO AG Niederlassung Eisenach Heinrichstraße 47 D-99817 Eisenach Tel.: +49 (0) 36 91-777-0 Fax: +49 (0) 36 91-777-307 E-Mail: info@gino.de