Kernkompetenz
Toleranzfeldbasierte Verzahnungsauslegung

 

Die Verzahnungsauslegung und -optimierung ist seit dem Bestehen der Getriebeabteilung des WZL ein wichtiger Baustein des umfangreichen Tätigkeitsfeldes. Deshalb kann bei Neu- und Änderungsauslegungen von Verzahnungen auf ein breites Vorwissen und eine große Datenbasis zurückgegriffen werden. Auf Basis von norm- und FE-basierten Berechnungsansätzen können die Makro- und Mikrogeometrie von Verzahnungen anforderungsspezifisch ausgelegt werden.

Die Auslegung von Zahnradgetrieben besitzt ein hohes Maß an Komplexität. Aufgrund der konträren Zielgrößen (Tragfähigkeit, Geräusch, Wirkungsgrad, Kosten) bei der Getriebeauslegung gilt es für den Entwicklungsingenieur, eine optimale Balance der Zielgrößen zu finden. Die Makro- und Mikrogeometrie der ausgelegten Verzahnung sollen die gestellten Anforderungen optimal erfüllen. Für die Bestimmung der Makrogeometrie sind dabei Restriktionen, wie zum Beispiel der Bauraum oder das maximal zu übertragende Drehmoment, zu berücksichtigen. Bei der Auslegung der Mikrogeometrie sind dabei vor allem Fertigungs- und Montageeinflüsse sowie die Einflüsse lastbedingter Verformungen der Verzahnung auf das Einsatzverhalten zu beachten.

Das Ziel der Verzahnungsauslegung sollte daher sein, eine optimale Makro- und Mikrogeometrie unter Berücksichtigung von Restriktionen und Fertigungs- und Montagetoleranzen zu ermitteln. Das optimale Verzahnungsdesign entspricht dabei allen kundenspezifischen Anforderungen und stellt zudem den bestmöglichen Kompromiss einer robusten Verzahnungsauslegung im betrachteten Toleranzfeld dar.

Die Methoden der Verzahnungsauslegung basieren auf validierten Berechnungsansätzen und wurde in der Vergangenheit in verschiedenen Industrie- und Forschungsprojekten der WZL-Getriebeabteilung erfolgreich eingesetzt. Die Grundlage der Auslegungsmethodik bilden verschiedene Normberechnungsansätze sowie die am WZL entwickelte FE-basierte Zahnkontaktanalyse. Auf Basis des modularen Aufbaus kann gezielt auf kundenspezifische Anforderungen an die Verzahnung eingegangen werden. Im ersten Schritt wird eine geeignete Makrogeometrie unter gegebenen Randbedingungen wie zum Beispiel dem Bauraum ermittelt. Dabei gilt es, die Anforderungen an die Tragfähigkeit, Akustik, Effizienz und Kosten der Verzahnung zu gewährleisten. Ist eine optimale Makrogeometrie gefunden, wird im nächsten Schritt die Mikrogeometrie der Verzahnung optimiert. Dabei wird auf Basis der FE-basierten Zahnkontaktanalyse eine Sensitivitätsanalyse hinsichtlich des Toleranzfeldes der Verzahnung durchgeführt. Unter Betrachtung des Einsatzverhaltens der Verzahnung kann eine erste Bewertung unterschiedlicher Mikrogeometrien durchgeführt werden. Im abschließenden Schritt wird der Einfluss von Fertigungs- und Montagetoleranzen auf das Einsatzverhalten geprüft. Ergebnis der Untersuchung bildet eine optimale Mikrogeometrie, die ein bestmögliches Einsatzverhalten unter Berücksichtigung der Toleranzen besitzt. Dadurch lassen sich gezielt Toleranzfelder für die untersuchte Verzahnung definieren und Kosten im Herstellprozess reduzieren.

Das Ziel: Individuelle Lösungen
- Auslegung von Verzahnungsgeometrien
- Anforderungsspezifische Getriebelösungen
- Optimierte Makrogeometrie
- Toleranzfeldbasierte Mikrogeometrieoptimierung
- Effizienzsteigerung der Getriebekomponenten




 

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Jens Brimmers, M.Sc.
 
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