antriebstechnik 10/2016

nach [Mül90] die Ölbetriebstemperatur ϑ Öb
, den Viskositätsgrad
VG, den Wellendurchmesser d W
und die Drehzahl der Welle n W
:
Der erste Term in Gleichung (2) beschreibt die Planschverluste in
Abhängigkeit des Zähnezahlverhältnisses
,
der Planschmomente T Pl1,2
als Funktionen der eintauchenden
Zahnfläche A b
, des empirischen Korrekturfaktors K PlG
sowie der
Winkelgeschwindigkeit des antreibenden Ritzels ω an
. Der zweite
Term berücksichtigt die Quetschverluste, welche maßgeblich durch
die Zahnbreite b und den empirischen Spritzölfaktor C Sp
beschrieben
werden.
n Lastabhängige Lagerverluste P VL,P
:
Tribologische Effekte in den Kontaktpunkten zwischen Wälzkörper
und Innen- sowie Außenring führen zu einer von der Wälzlagerbelastung
P 1
abhängigen Verlustleistung der Lager. Neben der
Belastung beeinflussen die Wälzkörper- und die Lagergeometrie
sowie die Lagerwinkelgeschwindigkeit ω L
diesen Verlustanteil.
Beschrieben werden die Verluste mittels des Lagerbeiwertes f 1
und
des mittleren Lagerdurchmessers d m
. Der Lagerbeiwert ist dabei
eine Funktion der statischen Lagerbelastung P 0
(Gleichung (3))
[Sch12].
Mit Hilfe der Gleichungen (1) bis (5) kann die Gesamtverlustleistung
eines beliebigen Getriebes berechnet werden, indem die
einzelnen Verlustanteile für jede Getriebekomponente ermittelt
werden und schließlich die Summe über alle Verlustanteile gebildet
wird. Folglich erscheint es in erster Näherung sinnvoll, die Anzahl
der an der Leistungstransformation beteiligten Komponenten
gering zu halten, um die Gesamtverlustleistung zu minimieren.
Allerdings fällt bei einem Vergleich zwischen konventionellem
SMDS-Getriebe und MMDS-Sammelgetriebe auf, dass bei
vergleichbarer Nennleistung der Antriebssysteme das MMDS-
Getriebe strukturbedingt über eine größere Anzahl an Getriebekomponenten
verfügt. Während im Falle eines SMDS ein einzelner
Antriebsstrang die gesamte Leistung überträgt, resultiert die
abtriebsseitige Leistung eines MMDS-Sammelgetriebes aus der
Summation der Leistungen mehrerer Einzelantriebsstränge mittels
einer Sammelstufe (Bild 2b). Es ergibt sich daher die Fragestellung,
welchen Einfluss die Struktur eines MMDS-Sammelgetriebes auf
den Wirkungsgrad der Leistungstransformation hat und ob konstruktive
Freiheitsgrade während des Getriebeentwurfs genutzt
werden können, um eine Verbesserung des Wirkungsgrads gegenüber
einem konventionellen Getriebekonzept zu erzielen.
Konzeptioneller Vergleich
n Lastunabhängige Lagerverluste P VL,0
:
Aufgrund der Relativbewegung zwischen Wälzkörper, Außenring
und Innenring wird während des Betriebs eines Wälzlagers permanent
Öl aus der Wälzkörperlaufbahn verdrängt. Die hierfür erforderliche
Leistung steht dem Arbeitsprozess nicht mehr zur Verfügung
und ist daher als Verlustleistung anzusehen. Neben der Lagerdrehzahl
n L
, dem mittleren Lagerdurchmessers d m
und einem
geometrieabhängigen Berechnungsbeiwert f 0
muss die kinematische
Viskosität des Öls v zur Beschreibung dieser Verlustleistung berücksichtigt
werden [Sch12].
n Dichtungsverlustleistung P VD
:
Werden zur Abdichtung der Wellendurchführungen am Getriebegehäuse
Radialwellendichtringe verwendet, so entstehen Verluste
sowohl infolge tribologischer Effekte zwischen Dichtlippe und
rotierender Welle als auch infolge hydraulischer Effekte bei der
Rückförderung des Öls von der Dichtlippe zurück in das Gehäuse.
Aus der Literatur sind empirische Ansätze zur Beschreibung der
Dichtungsverlustleistung bekannt. So berücksichtigt der Ansatz
Grundsätzlich bietet die Aufteilung der Antriebssystemnennleistung
auf mehrere Einzelantriebsstränge größere konstruktive Freiheitsgrade
während des Entwurfs als ein konventionelles Getriebekonzept.
So muss die gesamte Nennleistung erst nach der Getriebesammelstufe
übertragen werden, wodurch alle vorgelagerten
Komponenten der Einzelantriebsstränge kleiner dimensioniert
werden können als die Komponenten des konventionellen
Antriebsstranges. Die hierdurch bedingten Änderungen der
Komponentengeometrie können sich positiv auf die Verzahnungsund
Lagerverlustleistungen des Einzelantriebsstrangs auswirken.
Darüber hinaus können die Aufteilung der Nennleistung auf die
Einzelantriebsstränge und die Positionierung der Zahneingriffsstellen
innerhalb der Sammelstufe so gewählt werden, dass eine
erhöhte Werkstoffausnutzung am Sammelrad sowie Kraftkompensationseffekte
entstehen.
Bild 3a stellt schematisch die Kraftkompensation innerhalb der
Sammelstufe eines MMDS-Getriebes mit zwei Einzelantriebssträngen
dar. Durch eine um 180° auf dem Teilkreis des Sammelrades
versetzte Positionierung der Zahneingriffsstellen heben sich bei
identischer Leistungsführung der Einzelantriebsstränge die Kraftkomponenten
der Verzahnung in radialer Richtung (F r
) sowie in
tangentialer Richtung (F t
) auf, sodass durch die Sammelstufenlagerung
nur die Gewichtskraft (F G
) gestützt werden muss. Würde ein
SMDS-Getriebe verwendet werden, so würden die Radial- und Tangentialkraftkomponente
der Verzahnung in jedem Arbeitspunkt
eine zusätzliche Lagerbelastung und damit in der Abtriebswellen-
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