Auslegung und Untersuchung von 5-Achsbearbeiteten Doppelschrägverzahnungen für Luftfahrtanwendungen

 

Ausgangssituation

Sowohl wirtschaftliche als auch umweltpolitische Ziele fordern Effizienzsteigerungen zur Verringerung des Schadstoffausstoßes in der zivilen Luftfahrtbranche. Der Turbinenwirkungsgrad kann vorrangig durch eine Erhöhung des Nebenstromverhältnisses gesteigert werden. Dies ist beispielsweise durch ein Vergrößern des Turbinendurchmessers möglich, was allerdings bei gleichen Turbinendrehzahlen die Fliehkräfte an den Turbinenschaufeln erhöht. Um die Drehzahl der Turbine von der Drehzahl des Triebwerkfans zu entkoppeln, ist der Einsatz eines Getriebes notwendig. Aufgrund der hohen Leistungsdichte und der damit einhergehenden Bauraumoptimierung werden in diesen Planetengetrieben doppelschräg-verzahnte Zahnräder eingesetzt.

Forschungsziel

Das Ziel des Vorhabens ist es, mittels FE-Simulation die Zahnradgeometrie hinsichtlich des Leistungsgewichtes, unter Berücksichtigung der Fertigbarkeit, durch eine Fünf-Achs-Bearbeitung zu optimieren sowie Fertigungs- und Funktionsinformationen in einem digitalen Zwilling zu hinterlegen. Optimiert wird sowohl die Nut- als auch die Zahnfußgestaltung der Doppelschrägverzahnung. Die Verringerung der Nutbreite liefert ein Potenzial zur Gewichtsreduktion. Die Optimierung der Zahnfußgeometrie erlaubt die Übertragung höherer Drehmomente. Gegenüber konventionellen Verzahnverfahren liefern insbesondere flexible 5-Achs-Kinematiken die Befähigung, die genannten Potenziale zu heben. Dabei ist ein Teilziel die Generierung von CAD-Modellen mittels FEM optimierten Zahnradgeometrien, welche mittels geeigneter Schnittstellen an die CAM-Planung übergeben werden.

Ein weiteres Teilziel ist die genaue Randzonencharakterisierung der gefertigten Bauteile. Die Charakterisierung ist Voraussetzung für die Analyse der Tragfähigkeit der Zahnräder und der Verknüpfung des Einflusses von Fertigungsparametern auf die resultierende Lebensdauer aus Prüfstandstests.