Berechnung Getriebeauslegung leicht gemacht

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Stöber Antriebstechnik GmbH & Co. KG

Stöber Antriebstechnik setzt bei der Auslegung und Nachrechnung seiner Antriebe auf die FVA-Workbench. Dank der Berechnungs- und Simulationssoftware legen die Konstrukteure ihre Getriebe schnell und effizient aus.

Die Auslegung und Berechnung von Getrieben ist kein Kinderspiel – es gilt viele verschiedene Faktoren zu berücksichtigen, um die optimale Konstruktion zu finden. Unterstützung bietet dabei zum Beispiel die herstellerneutrale Plattform FVA-Workbench. Auch die Konstrukteure bei der Stöber Antriebstechnik GmbH + Co. KG nutzen die Software für die Auslegung und Nachrechnung von Seriengetrieben sowie für kundenspezifische Anwendungen und Sondergetriebe.

Dabei werden verschiedenste Auslegungsziele wie Tragfähigkeit, Schwingungsanregung oder Verlustleistung und Wirkungsgrad betrachtet. Die Auslegung von modularen Planetengetrieben bezieht die Planetengetriebestufen einer ganzen Baureihe ein, bestehend aus unterschiedlichen Baugrößen und Übersetzungsverhältnissen. Mit dem integrierten Scripting-Feature der FVA-Workbench sind solche Aufgaben schnell und ohne tiefergehende Programmierkenntnisse umsetzbar. Damit lassen sich unzählige Berechnungen realisieren, die ohne geeignete Software nur sehr zeitaufwändig umzusetzen sind.

Auslegung der Makrogeometrie ist wichtige Basis der Entwicklung

Bei der Auslegung von Planetengetrieben betrachten die Stöber-Konstrukteure zunächst die Makrogeometrie – unter Berücksichtigung verschiedener Restriktionen wie Bauraum, Herstellung und Wirtschaftlichkeit. Eigenschaften wie Tragfähigkeit, Verlustleistung oder Schwingungsverhalten werden maßgeblich von der Geometrie der Verzahnung beeinflusst. Daher ist dieser Entwicklungsschritt grundlegend für die Betriebseigenschaften der Stöber-Antriebe. Darüber hinaus können auch kundenspezifische Anforderungen problemlos in die Auslegung einbezogen werden.

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Getriebe richtig auswählen, auslegen und einsetzen

Schnell zur Massenrechnungen dank Scripting-Feature

Die Möglichkeit, bei der Getriebeauslegung Massenrechnungen durchführen zu können, erleichtert es den Konstrukteuren, die optimale Getriebelösung zu finden. Massenrechnungen werden mit der in der FVA-Workbench integrierten Scripting-Lösung durchgeführt.

• Vorbereitend werden die zu variierenden Parameter wie Schrägungswinkel, Modul, Achsabstand, Profilverschiebung und Belastungsdaten in einer Excel-Tabelle vordefiniert.

• Daraus erstellt das Skript einen Berechnungsplan und die Massenrechnung startet – Variante für Variante. Hierzu wird ein vordefiniertes FVA-Workbench-Modell durch das Scripting angesteuert und für die jeweilige Variantenrechnung manipuliert. Auf diesem Wege können innerhalb kürzester Zeit mehrere Tausend Varianten automatisiert durchgerechnet werden.

• Ausgewertet werden die Berechnungen mit der hervorragenden Ergebnisdarstellung der FVA-Workbench in einem HTML-Ausgabereport. In diesem Format kann der Ingenieur gezielt selektieren, welche Ergebnisse er betrachten möchte.

• Die Daten können darüber hinaus grafisch aufbereitet und abgespeichert werden. Langes Suchen in überfüllten PDF-Ausgaben ist nicht mehr notwendig.

• Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Ergebnisse dank der Scripting-Funktionen unkompliziert und schnell nach Excel zu exportieren und dort auszuwerten.

Verschiedene Wege für die Berechnung der Planetenträgersteifigkeit

Analog zur Auslegung der Makrogeometrie gestaltet sich die Auslegung der Mikrogeometrie. Korrekturen in Flanken- wie auch in Profilrichtung werden variiert, in einer Excel-Tabelle vordefiniert, in die FVA-Workbench eingelesen und durch das Scripting-Tool verarbeitet. Abbildung 3 zeigt beispielhaft zwei Berechnungsvarianten mit und ohne Flankenkorrektur aus dem Ausgabereport der FVA-Workbench. Selbstverständlich können auch Lager- und Bauteilsteifigkeiten in die Berechnungen einfließen. Für die Berücksichtigung der Planetenträgersteifigkeit bietet die FVA-Workbench mehrere Varianten.

• In der frühen Entwicklungsphase lässt sich eine überschlägige Geometrie des Planetenträgers vordefinieren, die über die CAD-Schnittstellen exportiert und durch den Konstrukteur fertigungsgerecht ausgestaltet werden kann.

• Sobald der fertige Planetenträger als CAD-Bauteil vorliegt, wird dieser über die Schnittstellen der FVA-Workbench geladen und mit dem internen Vernetzungstool vernetzt. Dabei sind keine Kenntnisse zur FE-Berechnung erforderlich. Die umfangreiche Nutzerführung gewährleistet ein zuverlässiges Ergebnis. Durch die von der Forschungsvereinigung Antriebstechnik validierten Methode kann das FE-Netz bewertet und gegebenenfalls verbessert werden. Alternativ können FE-Netze von bestehenden Modellen geladen werden.

• Die FVA-Workbench ermöglicht auch die lokale Bewertung der Pressungsverteilung und kann diese anschaulich dreidimensional darstellen. In Abbildung 3 wird beispielhaft die Gegenüberstellung zweier Berechnungsvarianten – ohne und mit Profilkorrektur – dargestellt. Neben der örtlichen Lastverteilung lassen sich eine Vielzahl an Merkmalen berechnen, die in der Folge Aussagen über das Betriebsverhalten einzelner Komponenten oder des Gesamtsystems erlauben.

Auch zur Auslegung ganzer Baukastensysteme geeignet

Was bei Stöber Antriebstechnik früher über die serielle Ansteuerung einzelner Rechenkerne durch eine Inhouse-Softwarelösung erfolgte, läuft heute komplett innerhalb der FVA-Workbench. Dadurch hat sich die Integration und Wartung innerhalb der Stöber-Berechnungslandschaft deutlich vereinfacht und die Entwickler bei Stöber können sich auf das Kerngeschäft fokussieren.

Ein weiterer Benefit ist der erhebliche Performance-Gewinn bei der Auslegung: Durch das integrierte Scripting-Feature eignet sich die FVA-Workbench auch ausgezeichnet zur Auslegung ganzer Baukastensysteme. Die Ergebnisdarstellung der FVA-Workbench in einem HTML-Ausgabereport bietet nahezu unbegrenzte Möglichkeiten und eine sehr gute Vergleichsmöglichkeit einzelner Berechnungsvarianten.

Stöber Antriebstechnik auf der SPS Smart Production Solutions 2022: Halle3A, Stand 446

Entwurf

Fünf verbesserte Berechnungslösungen erleichtern die Arbeit

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