Christian Namhoff

Zusammenfassung: Der vorliegende Beitrag umfasst die Untersuchung und Simulation des Einflusses von Pressverbänden auf das Anregungsverhalten und die Zahnfußspannung von schrägverzahnten Stirnrädern mit kegelförmiger und zylindrischer Pressverbandgeometrie. Voruntersuchungen zeigten einen Einfluss des Pressverbands auf die Zahnfußspannungen und die Zahnflankengeometrie in Form einer Profillinien-Winkelabweichung. Die Beanspruchung im Zahnfuß gefügter Stirnräder umfasst neben den Spannungen resultierend aus der Belastung der Verzahnung ebenfalls die durch den Pressverband induzierte Spannung. Hierbei hat die Gestaltung der Radkörpergeometrie einen Einfluss auf den resultierenden Spannungszustand im Zahnfuß gefügter Stirnräder. Den genormten Berechnungsverfahren werden vereinfacht tendenziell steife Radkränze zugrunde gelegt, ohne die komplexe Geometrie des Radkranzes und steifigkeitsverändernde Randeffekte zu berücksichtigen. Das Leichtbaupotenzial und die Leistungsdichte gefügter Zahnräder werden aufgrund fehlender Berücksichtigung beliebiger Pressverbandgeometrien auf die Zahnbelastung unzureichend ausgeschöpft. Um diese Modellierungslücke zu schließen, wird eine Finite-Elemente-Berechnungsmethodik entwickelt, die den Einfluss dünnwandiger, geometrisch flexibler Querpressverbände auf die Zahnbelastung abbildet. Der Fokus der Methode liegt auf der Erfassung der Zahnfußspannung unter Berücksichtigung des Pressverbandeinflusses mit freien Radkörpergeometrien. Mit der Berechnungsmethode wird neben dem Einsatzverhalten gefügter Stirnräder zudem die Mikrogeometrieänderung der Zahnflanke infolge des Pressverbandes realitätsnah abgebildet.

Zusammenfassung: Ein Trend des Einsatzes von Kunststoffzahnrädern in Getrieben hoher Leistungsdichte ist infolge der zunehmenden Entwicklung von Hochleistungskunststoffen zu beobachten. Simulationsmethoden zur Berechnung des Betriebsverhaltens und Untersuchungen zum Anregungsverhalten von Kunststoffzahnrädern in Leistungsgetrieben sind im Stand der Technik kaum vorhanden. Aktuelle Zahnkontaktanalysen stoßen bei der Berechnung von Kunststoffzahnrädern mit den ihnen zugrunde liegenden linear-elastischen Modellannahmen an ihre Grenzen, da Kunststoffzahnräder ein nichtlineares Materialverhalten aufweisen. Der Bericht umfasst experimentelle und simulative Untersuchungen zum Einfluss der Materialnichtlinearität auf das quasistatische und dynamische Anregungsverhalten von Kunststoffzahnrädern. Um den Einfluss der Materialnichtlinearität infolge einer Temperaturerhöhung auf das Anregungsverhalten zu ermitteln, werden Radvarianten aus ausferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI 900) und Polyetheretherketon (PEEK) bei zwei unterschiedlichen Öltemperaturen untersucht. Das experimentell ermittelte quasistatische Anregungsverhalten wird mit Simulationsmethoden aus dem aktuellen Stand der Technik verglichen, um deren Berechnungsgüte zu quantifizieren. Neben einer Berechnung basierend auf einem linear-elastischen Materialmodell wird das quasistatische Anregungsverhalten der Kunststoffzahnräder mit einem nichtlinearen Materialmodell bestimmt. Der Abgleich der Simulationsergebnisse mit den experimentellen Untersuchungen zeigt, dass die Berechnung des quasistatischen Anregungsverhaltens der Kunststoffzahnräder basierend auf einem linear-elastischen Materialmodell zu höheren Abweichungen führt im Vergleich zu einer nichtlinearen Materialmodellierung.

Zusammenfassung: Die Reduzierung von Störgeräuschen spielt eine wesentliche Rolle im Entwicklungsprozess eines Automobils. Neben dem tonalen Getriebeheulen ist das impulsartige Rasselgeräusch in der Fahrerkabine relevant. Das Getrieberasseln entsteht durch eine Drehungleichförmigkeit im Triebstrang, die durch den ungleichförmigen Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors aufgeprägt wird. Die Zahnflanken heben bei Überschreitung einer bestimmten Winkelbeschleunigungsamplitude voneinander ab und bewegen sich innerhalb ihres Verdrehflankenspiels, sodass Schwingungsstöße entstehen. In diesem Bericht wird die experimentelle Untersuchung der Einflüsse Anregungsfrequenz, Schleppmoment und Schmierstoff auf das Rasselgeräuschverhalten von Stirnrädern vorgestellt. Die Rasselgrenze ist durch einen signifikanten Anstieg im Körperschall- und Drehbeschleunigungspegel sowie durch Impulse im Zeitverlauf des Körperschalls und der Drehbeschleunigung zu erkennen. Die Anregungsfrequenz der Drehzahlschwankung beeinflusst die Anzahl an Verdrehflankenstößen pro Umdrehung und führt tendenziell bei einer Zunahme zu einer verringerten Rasselgrenze. Nach Überschreiten der Rasselgrenze erfolgt eine Annäherung der Körperschallpegel von aufgeprägten Drehzahlschwankungen unterschiedlicher Anregungsfrequenzen und ab einer bestimmten Drehzahlschwankungsamplitude sind die Körperschallpegel miteinander vergleichbar. Bei steigendem Schleppmoment nimmt die Drehzahlschwankungsamplitude tendenziell zu, bei welcher die Prüfverzahnung anfängt zu rasseln. Die Rasselgrenze wird durch das Schleppmoment beeinflusst – nach dem Überschreiten der Rasselgrenze weichen jedoch weder die Körperschallpegel noch die Drehbeschleunigungspegel bei unterschiedlich wirkenden Schleppmomenten signifikant voneinander ab. Der Schmierstoff zeigt bei den gewählten Versuchsparametern den höchsten Einfluss auf das Rasselgeräuschverhalten der Prüfverzahnung beim Vergleich der Schmierstoffe SAE 0W-16 und SAE 85W-90. Die Körperschallverläufe weisen im Zeitbereich bei Betrachtung der Abklingkurven bei konstanter Drehzahlschwankungsamplitude auf eine höhere Dämpfung des Schmierstoffs SAE 85W-90 mit höherer Schmierstoffviskosität hin. Der Dämpfungseffekt des Öls nimmt mit zunehmender Anregungsfrequenz bei konstanter Drehzahlschwankungsamplitude ab.