antriebstechnik 10/2016

MEHRMOTORANTRIEBSSYSTEME
konstruktiver Freiheitsgrade. Die Zielerreichung dieses Entwurfs
wird schließlich modellbasiert untersucht, wobei das verwendete
Berechnungsmodell zuvor mittels Prüfstandmessungen validiert
wird.
Abschließend wird ein modellbasierter Vergleich zwischen
MMDS-Sammelgetriebe und leistungsäquivalentem SMDS-Getriebe
anhand des aus dem ersten Beitrag bekannten Arbeitsprozesses
des Kautschukinnenmischers vorgenommen.
Getriebeverlustleistung
Die Hauptfunktion eines Getriebes ist die Wandlung von Bewegung
und Energie von einer Leistungsquelle hin zu einer für den
anzutreibenden Arbeitsprozess funktionsgerechten Bewegungsund
Energieform [Fra58]. Dabei ist die Struktur und Geometrie
der an der Wandlung beteiligten Funktionselemente nicht festgelegt.
Im Umfeld der industriellen Antriebstechnik werden Getriebe
zumeist als Zahnradgetriebe mit rotationssymmetrischen Rädern
ausgeführt. Aus diesem Grund beschränken sich die Forschungsarbeiten
des Lehrstuhls für Konstruktions- und Antriebstechnik
(KAt) im Rahmen der MMDS gegenwärtig auf geradverzahnte
Stirnradgetriebe.
Die Leistungstransformation innerhalb eines Getriebes ist verlustbehaftet.
Im Fall von Zahnradgetrieben setzt sich die Gesamtverlustleistung
P V
aus den Einzelverlustleistungen der Verzahnungen
P VZ
, der Lager P VL
und der Dichtungen P VD
zusammen. Die
Verzahnungsverlustleistung und die Lagerverlustleistung können
weiterhin in die lastunabhängigen Anteile P VZ,0
und P VL,0
sowie in
die lastabhängigen Anteile P VZ,P
und P VL,P
unterteilt werden
[Sch10]. Bild 2a stellt diese Aufteilung der Gesamtverlustleistung
schematisch für einen einzelnen Antriebsstrang dar. Im Folgenden
werden die einzelnen Verlustanteile und die sie maßgeblich
dominierenden Einflussparameter kurz erläutert.
n Lastabhängige Verzahnungsverlustleistung P VZ,P
:
Dieser Anteil der Verlustleistung beschreibt die durch Zahnflankenreibung
dissipierte Leistung im Getriebe. Die physikalisch exakte
Berechnung dieses Anteils ist aufgrund der komplexen tribologischen
Verhältnisse im Kontaktbereich der Zahnflanken nicht praktikabel.
In der Literatur sind daher empirisch ermittelte Gleichungen
zur Beschreibung bekannt. Nach [Ohl58] wird dieser Verlustanteil
maßgeblich durch einen Verzahnungsgeometriefaktor H V
sowie
einen von der Antriebswinkelgeschwindigkeit abhängigen, mittleren
Verzahnungsreibbeiwert μ mz
beschrieben. Unter Berücksichtigung
der Antriebsleistung P An
des treibenden Rades kann dieser
Verlustleistungsanteil nach Gleichung (1) ermittelt werden.
02 Schematische Darstellung der
Verlustleistung einstufiger Getriebe
a) SMDS mit einem Antriebsstrang
b) MMDS mit zwei Antriebssträngen und
einer Sammelstufe
03 Schematische Darstellung
a) der Kraftkompensation innerhalb der Sammelstufe
eines MMDS-Sammelgetriebes;
b) unterschiedlicher Realisierungen der
mechanischen Rekonfigurierbarkeit
n Lastunabhängige Verzahnungsverlustleistung P VZ,0
:
Dieser Verlustleistungsanteil berücksichtigt die durch die Verzahnteile
hervorgerufenen hydraulischen Verluste eines Getriebes. Diese
entstehen infolge des Planschens der im Ölbad einer Tauchschmierung
befindlichen Zähne und infolge der Ölverdrängung aus den
Zahnzwischenräumen im Eingriffsbereich. Aufgrund der komplexen
hydrodynamischen Verhältnisse sind zur mathematischen Beschreibung
ebenfalls empirisch ermittelte Gleichungen bekannt
(Gleichung (2)) [Mau87].
04 Schematische Darstellung des Schieberadkonzeptes
zur vollständigen mechanischen
Entkopplung eines Einzelantriebsstrangs
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