Online Restlebensdauerberechnung für Hochdrehzahlanwendungen

 

Ausgangssituation

Einer der Schwerpunkte im Exzellenzcluster „Internet of Production" (IoP) sind Hochgeschwindigkeitsantriebe, die sowohl in der Turbomaschine als auch in der E-Mobilität relevant sind. Hierfür wird ein Demonstrator aufgebaut. Die Dauerfestigkeit von Getrieben bei Lastzyklen von LW = 108 (UHCF - Ultra High Cycle Fatigue) ist heute unbekannt. Dennoch erreichen oder überschreiten die einzelnen Komponenten aufgrund der sehr hohen Eingangsdrehzahlen diese Lastwechselzahl bei weitem. Für die Analyse von Materialien und Schadensmechanismen im UHCF-Bereich steht heute kein wirtschaftliches Prüfstandskonzept für die Zahnradprüfung zur Verfügung. Herkömmliche Verspannungsprüfstände erreichen in der Regel Drehzahlen von nan = 10.000 min-1, während mehr als nan = 20.000 min-1 für anwendungsnahe und effiziente Versuche erforderlich sind.

Forschungsziel

Mit Hilfe eines neuen Hochdrehzahl-Verspannungsprüfstandes für Stirnräder wird der UHCF Bereich erforscht und die strukturelle Restlebensdauer im IoP-Konzept ermittelt. Dies ermöglicht eine Steigerung der Leistungsdichte und Lebensdauer von Getrieben in der Serienproduktion von Elektroantrieben und Turbinen. Aus wissenschaftlicher Sicht werden Erkenntnisse über den Einfluss von Hochlastzyklen auf die Festigkeit von Getrieben und das Potenzial maßgeschneiderter Werkstoffe für den sicheren Einsatz zukünftiger Antriebssysteme gewonnen. Die Zustandsbewertung von Hochdrehzahlgetrieben erfordert eine komplexe Untersuchung von Ursache-Wirkungs-Beziehungen zwischen Spannungen und Veränderungen der Oberflächenbeschaffenheit. Die Zustandsüberwachung auf der Grundlage von Schwingungs-, Temperatur- und Drehmomentanalysen ist erforderlich, um den digitalen Schatten der Komponenten hinsichtlich der Restlebensdauer zu aktualisieren. Neben der Erfassung von Zustandsdaten mittels geeigneter Sensoren zur kontinuierlichen Überwachung wird eine intelligente Auswertung zur Quantifizierung von Spannungen im Hochgeschwindigkeitsbereich und die Bewertung des Zustands des Prüfstandes entwickelt.