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Ausgewählte Ausgabe: 04-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Simulationseinsatz bei der Entwicklung von Kegelradgetrieben

Bei SEW-Eurodrive stehen die Vielfalt, Qualität, Zuverlässigkeit und Innovationskraft im Vordergrund. Um die hochgesetzten Ziele zu erreichen, verwenden die Ingenieure in der Produktentwicklung schon seit über 30 Jahren die von Cadfem angebotene Simulationssoftware „Ansys“.


Ziel des Simulationseinsatzes ist es, frühzeitig in der Produktentwicklung umfassende Informationen über das Verhalten von Bauteilen und Baugruppen zu erhalten, damit die gewünschte Funktionalität der geplanten Produkte abgesichert werden kann. Mit virtuellen Prototypen lernen die Entwickler das zukünftige Produkt kennen und können dessen Qualität und Lebensdauer mithilfe der Numerischen Simulation optimieren. Deshalb hat die Simulation bei SEW-Eurodrive in den letzten 30 Jahren einen hohen Stellenwert erlangt und gehört als wertvolles Standardwerkzeug zur Produktentwicklung dazu.

KAP-SEW1

Bild 1
Bei der Entwicklung der zweistufigen Kegelradgetriebe – hier mit Fußgehäuse, angebautem Motor und dezentralem Umrichter – werden Steifigkeits- und Festigkeitsuntersuchungen mit Hilfe der Simulation durchgeführt. Das Entwicklungsziel der Baureihe K..39/K..49 ist eine kompakte, leistungsstarke Antriebstechnik in der Drehmomentklasse bis 500 Nm.

Die Vorteile und der Nutzen des Simulationseinsatzes lassen sich beispielhaft anhand der strukturmecha-nischen Analysen bei der Neuentwicklung der zweistufigen Kegelradgetriebe K..39/K..49 aufzeigen. Dabei werden sowohl Steifigkeits- und Festigkeitsuntersuchungen als auch Modalanalysen zur Bauteiloptimierung durchgeführt. Ziel ist es, in kompakter Bauweise eine leistungsstarke Antriebstechnik in der Drehmomentklasse bis 500 Nm zu realisieren, kombiniert mit einem hohen Wirkungsgrad in beide Drehrichtungen und bei jeder Antriebsdrehzahl. Selbstverständlich sind lange wartungsfreie Standzeiten eine weitere Zielsetzung, um eine hohe Wirtschaftlichkeit zu erreichen.

Berechnung der Steifigkeit des Getriebes

Bei der Berechnung der Steifigkeit wird die Nachgiebigkeit und Verformung der im Kraftfluss liegenden Getriebekomponenten untersucht. „Wir wollen damit kritische Lastfälle identifizieren und deren Einflüsse unter Berücksichtigung der Drehrichtung des Antriebs und seiner Einbausituation analysieren“, berichtet Dr.-Ing. Sascha Haller, Berechnungsingenieur in der Getriebeentwicklung. „Durch die Verformung des Getriebes verlagern sich auch Wellen, was wiederum den Zahneingriff verändern kann. Auf Grundlage der Berechnungen nehmen die Verzahnungsexperten die Korrekturen an den Zahnrädern vor, so dass die erforderliche Tragfähigkeit erreicht wird.“
SEW-Eurodrive setzt bei der Entwicklung der Getriebemotoren seit über 50 Jahren auf ein Baukastensystem mit zentraler Fertigung und dezentraler Montage. Dieses bringt viele Vorteile wie die Wiederverwendung von Komponenten, eine mannigfaltige Kombinierbarkeit und außerdem hohe Flexibilität. Zusätzlich werden Getriebe mit Flansch- oder mit Fußgehäuse und mit unterschiedlichen Befestigungsmöglichkeiten angeboten, die in beliebigen Raumlagen eingesetzt werden können. „Durch die Vielzahl von Möglichkeiten muss deren Verwendung aber auch rechnerisch abgesichert und dabei die kritischen Kombinationen erkannt werden“, erklärt Dr. Haller.

KAP-SEW2a_Optimierung

Bild 2
Darstellung der 1. Hauptspannung des Flanschgehäuses bei Seitenlage und Abtrieb oben: vor der Optimierung (links) und danach (rechts). Durch Bauteiloptimierung werden konstruktiv notwendige Änderungen in späteren Entwicklungsphasen vermieden, die hohen Zeit- und Kostenaufwand erfordern würden.

Im Rahmen der Festigkeitsunter- suchungen wird nicht nur die grund-legende Frage beantwortet: Hält das Bauteil – oder nicht? Spannungsüberhöhungen deuten auf Schwachstellen hin, die durch konstruktive Anpassungen in frühen Phasen der Produktentwicklung optimiert werden können. Weiterhin lassen sich Grenzlasten nicht erst beim Test der Prototypen ermitteln, sondern die Simulationen liefern schon wichtige Anhaltswerte. „Wir können mit unseren Simulationsergebnissen bereits in frühen Phasen direkt auf die Konstruktion einwirken, um so ein beanspruchungsgerechtes Design der Getriebekomponenten zu erreichen“, betont Dr. Haller.

Seite des Artikels
Autoren

Dr. Sascha Haller

Berechnungsingenieur, Technologiekreis „Berechnung und Simulation“ bei SEW-Eurodrive GmbH & Co KG

Dr. Heinrich Bolz

Leiter Technologiekreis „Berechnung und Simulation“ bei SEW-Eurodrive GmbH & Co KG

Dr. Jörg Hermes

Leiter Entwicklung Getriebe bei SEW-Eurodrive GmbH & Co KG

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