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Simulation

Analyse eines Planetenträgers mit Hilfe einer Optimierungssoftware

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Drei unterschiedliche Optimierungsläufe

Im Rahmen der Neuentwicklung eines zweistufigen Planetengetriebes (Bild 1) wurde zunächst die grundsätzliche Frage gestellt, wie groß das Optimierungspotenzial der bestehenden Planetenträgerkonstruktion hinsichtlich Materialeinsparungen ist. Da die Rohmaterialkosten des Planetenträgers in diesem Fall lediglich 1,5 % der gesamten Getriebekosten ausmachen, lag die eigentliche Zielsetzung jedoch in der Überprüfung der Konstruktionsgüte des Planetenträgers mittels Optimierung. Ein Maß für die Güte des Trägers war die Achsschränkung und Achsneigung der Planetenachsen (Bild 2).

Auf Grund der Symmetrie des Planetenträgers war es möglich, ein Viertelmodell zu rechnen. Nach der Definition des Bauraumes (Bild 3) wurden unter Berücksichtigung der Randbedingungen drei verschiedene Optimierungsläufe vorbereitet. Der im Bild 3 dargestellte rote Bereich wird während der Optimierung nicht verändert, der blaue ist variabel. Die Referenzwerte für die Optimierung resultieren aus Berechnungen an bestehenden Konstruktionen.

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Bei der ersten Optimierung wurde als Zielgröße ein minimales Materialvolumen bei einer definierten Verschränkung der Achsen vorgegeben. Die anderen beiden Optimierungsläufe hatten als Zielgröße eine minimale Verschränkung der Planetenträgerachsen bei einer definierten Ausnutzung des Bauraumes von 30 % und 50 %. Als Ergebnis der Optimierung wurden jeweils die Verschränkung der Planetenträgerachsen sowie das verwendete Materialvolumen geliefert.

Minimales Volumen bei vorgegebener Verschränkung der Achsen

Das Ergebnis der ersten Optimierung zeigt eine Materialersparnis von 12 % bei einer höheren Achsverschränkung von +30 % gegenüber dem Referenzmodell (Bild 4). Wie stark sich die 30%ige Erhöhung der Achsverschränkung negativ auf die Verzahnungen auswirkt, wird im nächsten Schritt untersucht.

Der zweite Optimierungslauf zeigt im Ergebnis eine Gewichtszunahme von 3 % bei einer reduzierten Achsverschränkung von 5 % (Variante: 30 % des Bauraumes wird genutzt). Im dritten Optimierungslauf werden 50 % des Bauraumes genutzt, daraus resultiert eine Gewichtszunahme von 26 % bei einer reduzierten Achsverschränkung von 36 %.

Bild 5 zeigt den Vergleich der einzelnen Varianten mit der bestehenden Konstruktion. Daraus werden verschiedene Aspekte deutlich. Der direkte Vergleich der Variante A mit der Referenz zeigt, dass es sich bei der bestehenden Konstruktion um eine sehr ausgewogene Entwicklung handelt. Wird Material entfernt, so ist das deutlich in einer stärkeren Ausprägung der Achsverschränkung des Planetenträgers zu erkennen. (mehr Infos wenn Sie Umblättern)

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