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Simulation Analyse eines Planetenträgers mit Hilfe einer Optimierungssoftware

Autor / Redakteur: Dr.-Ing. Torsten Bunge / Karl-Ullrich Höltkemeier

Wie groß das Optimierungspotenzial eines verwendeten Planetenträgers ist, war Gegenstand einer Studie bei Siemens Mechanical Drives. Hier wurde untersucht, welchen Einfluss unterschiedliche Gestaltungen eines Planetenträgers auf die Achsschränkung und Achsneigung der Planetenachsen haben.

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1 Zweistufiges Planetengetriebe mit Stirnradstufe. Bilder: Siemens IT Solutions and Services
1 Zweistufiges Planetengetriebe mit Stirnradstufe. Bilder: Siemens IT Solutions and Services
( Archiv: Vogel Business Media )

Das Funktionsprinzip von Planetengetrieben ist schon seit der Antike bekannt. Durch eine optimale Raumnutzung und minimales Gewicht sind sie oft das Mittel der Wahl, wenn es gilt, große Übersetzungsstufen auf kleinstem Raum zu realisieren. Darüber hinaus haben sie, verglichen mit herkömmlichen Getrieben, üblicherweise ein günstigeres Geräusch- und Schwingungsverhalten. Bei Neuauslegungen von Planetengetrieben wird in der Regel auf bestehende Konstruktionen zurückgegriffen.

Dabei spielen Lebensdauer und Laufruhe eine entscheidende Rolle. Bei der Optimierung des Getriebes mit der Zielsetzung eines geringeren Materialeinsatzes ist insbesondere darauf zu achten, dass der Planetenträger nicht zu weich gestaltet wird und an den Planetenachsen unter Belastung keine zu großen Achsschränkungen und Achsneigungen entstehen, da sich dies direkt auf die Qualität des Zahnkontaktes auswirkt.

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Mit Erfahrungswerten zur Auslegung

Bei der Auslegung einer solchen Getriebestufe hat man sich in der Vergangenheit im Großen und Ganzen auf Erfahrungswerte verlassen. So ist aus bestehenden und im Einsatz erprobten Getrieben bekannt, welche Leistungen und Drehmomente sich je nach Dimensionierung der Bauteile realisieren lassen.

Abgesichert durch Versuche wurden die Systeme von Konstruktion zu Konstruktion verbessert, wobei für die Realisierung weitere Erfahrungswerte wie Umsetzbarkeit in der Produktion, Gießbarkeit und Materialauswahl hinzugezogen wurden. Wie nahe man mit der Konstruktion am Optimum lag, war bisher nicht genau bekannt. Neben den klassischen Methoden zur Berechnung von Zahnrädern, Lagern und Wellen lässt sich heute mit Hilfe moderner computergestützter Entwicklungsmethoden viel tiefer in die Konstruktionen blicken. Daher sind Variantenuntersuchungen ohne Prototypen und aufwendige Versuche im Vorfeld der eigentlichen Fertigung möglich. Lediglich die endgültige Konstruktion muss durch Versuche abgesichert werden.

Die technische Berechnungsabteilung bei Siemens Mechanical Drives befasst sich mit mechanischen Konstruktionen aus den unterschiedlichsten Geschäftsbereichen. Für die Zusammenarbeit werden Berechnungsmodelle und Methoden entwickelt. Dabei kann es sich um Komponenten oder Baugruppen unterschiedlicher Anwendungen handeln, wie beispielsweise Schüsselmühlen, Getriebe für Bandförderanlagen, Bahn-/Lokgetriebe, Getriebe für Fahrtreppen und Aufzüge, Schiffsgetriebe oder Aufgabenstellungen aus der Windbranche. Je nach Anforderung werden Mehrkörpersimulationen und Berechnungen nach der Finite-Elemente-Methode, mit anschließenden Tragfähigkeitsnachweisen, durchgeführt. (mehr Infos wenn Sie Umblättern)

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