VHCF: Material Model of Case-Hardened Steels for Turbo Gear Applications (MatCH4Turbo)

 

Ausgangssituation

Die Ultra High Bypass Ratio (UHBR)-Technologie wurde als vielversprechender Ansatz zur Reduktion der Emissionen von Flugtriebwerken und des Kraftstoffverbrauchs identifiziert. UHBR verwendet ein Untersetzungsgetriebe, das die Fandrehzahl reduziert und den Einsatz größerer Fandurchmesser ermöglicht. Die Berechnung der Getriebetragfähigkeit ist unerlässlich, um das Verhalten des Planetengetriebes im Betrieb vorherzusagen. Eine der größten Herausforderungen für Getriebe in UHBR-Anwendungen ist die hohe Anzahl von Lastzyklen, die von den Getriebekomponenten erreicht werden. Normen wie die ISO 6336 liefern Konstruktionsrichtlinien für die Biegefestigkeit bis zu einer Grenzlastspielzahl von NG = 3 106 Lastzyklen, was weit unter der erwarteten Lebensdauer von UHBR-Anwendungen liegt. Das Fehlen von Testkonzepten und Modellen für Very High Cycle Fatigue (VHCF) Getriebeanwendungen führt zu Unsicherheiten bei der Konstruktion von hochbelasteten Getrieben. Dieser Zustand ist insbesondere in der Luft- und Raumfahrt nicht akzeptabel.

Forschungsziel

Das Ziel dieses Projektes mit dem WZL der RWTH Aachen und dem Leibniz-IWT Bremen ist es, die ausfallsichere Lebensdauerberechnung für zukünftige Einsatzstähle unter Berücksichtigung des VHCF-Regimes, das für die neue Generation von Planetenradanwendungen unerlässlich ist, zu ermöglichen. Die Methoden verwenden FE-basierte Festigkeitsanalysen in Schwachstellenmodellen und Analysen nach ISO 6336. In einem ersten Schritt wird ein schnell rotierender, Verspannungsprüfstand zur Bestimmung der Zahnfußbiegefestigkeit unter Biegewechsellast entwickelt und aufgebaut. Im zweiten Schritt werden Werkstoffdaten für zwei neue einsatzgehärtete Stahlentwicklungen im VHCF-System gewonnen und das Berechnungsmodell validiert.

Dieses Projekt wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union im Rahmen der Zuschussvereinbarung Nr. 831832 finanziert.