Projekt: Von theoretischen Modifikationen zur praktischen Lebensdauer
Kleine Änderungen, große Wirkung
Problemstellung
Analytische Nachweisverfahren unterliegen im Normalfall Anwendungsgrenzen und sind dennoch allgemein anerkannte Berechnungswerkzeuge zur konstruktiven Auslegung von Getriebeverzahnungen. In der praktischen Anwendung im Bereich hochbelasteter, mehrstufiger Industriegetriebe zur Übertragung von Drehmomenten jenseits 10.000 kNm treten in Normen nur teils behandelte Zusatzeffekte als sicherheitsrelevante Größen in Erscheinung, welche in anderen Größenordnungen vernachlässigbar scheinen. Die im Feld auftretenden Schadenfälle können gemäß der Normverfahren rechnerisch nicht nachgewiesen werden und bringen neben Ersatzteilkosten und Rechtsfragen auch Unklarheiten bei der Fehlerbehebung mit sich.
Um eine Lösung zur Beseitigung der wiederholt auftreten Verzahnungsschäden im Feld zu generieren, müssen die Randbedingungen des vorliegenden Kegel – Stirnradgetriebes mit den Anwendungsgebieten der Normungen abgeglichen werden, um daraus technische Lösungen durch Einsatz von digitalen und praktischen Werkzeugen zu realisieren.
Zielstellung
Die vorliegenden Verzahnungen und Getriebe sollten in ihrer konstruktiven Form erhalten bleiben, um Ressourcen und Kosten einer Neuproduktion zu verhindern. Anhand der auftretenden Schadensbilder muss ein Rechenmodell aufgestellt werden, sodass durch Verzahnungsmodifikationen an bereits gefertigten Einzelteilen die Qualität des Produktes gesteigert wird.
Durch die Analyse des Getriebeumfelds und dessen Einfluss auf die Verzahnungskontakte aufgrund der hohen Kräfte und damit verbundener Verformungen der Getriebeelemente wie Gehäuse, Wellen, Lager und Zahnradkörper selbst, soll ein Rechenmodell entstehen, welches mit Prüfstandsläufen qualitativ abgesichert wird.
Ergebnis
Neben der auf aktuellen Stand der Technik digitalisierten Getriebeinformationen konnte das Berechnungsmodell als digitaler Zwilling die Getriebeschäden simuliert bestätigen. In der Anwendung des Modells wurden in der Folge Flankengeometrien rechnerisch optimiert, um die Wechselwirkung der Getriebeelemente zu kompensieren.
In der praktischen Anwendung können alle bereits gefertigten Serienteile nachbearbeitet erhalten bleiben, und Neuentwicklungen gezielt in der Fertigung optimiert werden. Praxistests auf Prüfständen zeigen erwartet gute Trageigenschaften der Verzahnungen und eine gemittelte Erhöhung der Lebensdauer um 100 %.