antriebstechnik 10/2016

06 MMDS-Prüfstand
b) Für einen möglichst einfachen Getriebeaufbau werden beide
Konzepte einstufig, geradverzahnt und mit einer einzelnen Abtriebswelle
ausgelegt.
c) Für die Lagerungen wird eine Mindestlebensdauer von
10 000 Stunden gefordert, wobei bei dem MMDS-Getriebe aus
Gründen der Modularität für alle Einzelantriebsstränge der größte
verwendbare Motor als Auslegungsreferenz genutzt wird. Sämtliche
Lagerungen werden als Fest-Los-Lagerungen ausgeführt.
d) Die Materialausnutzung der Getriebekomponenten soll in beiden
Fällen annähernd identisch sein. Weiterhin wird eine vergleichbare
Torsionssteifigkeit der Getriebe gefordert, sodass bei Maximalbelastung
der Torsionswinkel der Wellen 0,35° nicht überschreitet.
e) Für beide Getriebevarianten wird eine Tauchschmierung verwendet.
Die Eintauchtiefen von unter Öl laufenden Ritzeln und
Rädern sollen vergleichbar sein.
f) Es werden vergleichbare Gehäusedimensionen (annähernd
identischer Abstand der Verzahnteile zu den Gehäusewänden)
gefordert, sodass vergleichbare Strömungs- und Spritzölverhältnisse
entstehen.
g) Für die Verzahnung werden eine Grübchensicherheit von
mindestens 1,3 und eine Sicherheit gegen Zahnfussbruch von
mindestens 2,0 gefordert.
h) Um die Anwendbarkeit der Gleichung (4) sicherzustellen,
werden bei gegebenem Schmierstoff ausschließlich Wellendrehzahlen
betrachtet, bei denen das Produkt aus dynamischer Schmierstoffviskosität
v und Wellendrehzahl n W
die Bedingung v⋅n W
> 2 000 mm2 /
(s.min) erfüllt.
i) Die Verzahnungsgeometrie von MMDS-Getriebe und SMDS-
Getriebe ist identisch. Einzig die Zahnbreite verbleibt als freier
Entwurfsparameter.
j) Um die Gültigkeit der Gleichung (2) zu gewährleisten liegt das
Verhältnis von Nenn-Zahnnormalkraft und Zahnbreite unterhalb
von 150 N/mm. Weiterhin liegen die betrachteten Tangentialgeschwindigkeiten
der Verzahnung unterhalb von 10 m/s.
k) Die Abdichtung der Wellen an den Gehäuseaustrittsstellen
geschieht mittels Radialwellendichtringen.
l) Um die größten Vorteile der mechanischen Rekonfigurierbarkeit
zu nutzen, wird ein Schieberadkonzept integriert.
Unter Berücksichtigung der Randbedingungen a) bis l) wurden
ein MMDS-Sammelgetriebe und ein leistungsäquivalentes SMDS-
Getriebe entworfen (Bild 05). Der Festigkeitsnachweis der Komponenten,
die Lagerberechnung und die Auslegung der Verzahnung
wurden dabei mit Hilfe des Softwaretools Kisssoft vorgenommen.
Durch die Aufteilung der MMDS-Antriebssystemnennleistung
konnten die Komponenten der Einzelantriebsstränge wesentlich
kleiner dimensioniert werden als die Komponenten des SMDS-
Antriebsstrangs. Bei der Tauchschmierung ist für das MMDS-Getriebe
zu beachten, dass aufgrund der Positionierung der Einzelantriebsstränge
nur die beiden unteren Ritzel und Lagerungen im Ölbad laufen,
während die oberen Ritzel und Lager ausschließlich durch Spritzöl
geschmiert werden. Die Tabelle fasst die für die Verlustleistungsberechnung
der Getriebe relevanten Komponentendaten zusammen.
Abgesehen von der Abtriebswelle und deren Dichtung konnten alle
Komponenten des MMDS kleiner dimensioniert werden als die des
SMDS-Getriebes. Insbesondere die Reduktion des Antriebswellendurchmessers,
der antriebsseitigen Lagerdurchmesser sowie die
geringere Zahnbreite der Ritzel und des Sammelrades führen nach
den Gleichungen (1)-(5) zu geringeren Einzelverlustleistungen
der Komponenten. Es ist jedoch zu prüfen, ob die Gesamtverlustleistung
des MMDS unterhalb der SMDS-Verlustleistung liegt, da
die Einzelverlustleistungen der Komponenten zwar geringer sind,
die Anzahl verlustverursachender Komponenten jedoch deutlich
gesteigert wurde (Tabelle / Bild 05).
Ein Vergleich der Gehäusemaße zeigt, dass das MMDS-Getriebe
nur unwesentlich größer gestaltet wurde als das SMDS-Getriebe.
Wird berücksichtigt, dass die zu verwendenden Motoren im MMDS
eine kürzere Baulänge aufgrund einer geringeren Nennleistung
je Einzelmotor aufweisen, so haben beide Antriebssysteme einen
ähnlichen Platzbedarf. Die aus dem ersten Beitrag bekannte, allgemeine
Anforderung an ein MMDS nach Einhaltung bekannter und
üblicher Schnittstellen, ist aufgrund der ähnlichen Hauptabmaße
sowie gleicher Abtriebswellengeometrie gewährleistet.
MMDS-Prüfstand und Verlustleistungsmodell
Basierend auf den Gleichungen (1)-(5) wurde ein Simulationsmodell
zur Untersuchung der Getriebekonzepte entwickelt. Neben
der Berechnung der Einzelverlustleistungen der Getriebekomponenten
wird ebenfalls die Möglichkeit der mechanischen Rekonfigurierbarkeit
berücksichtigt. Somit ist eine umfassende Beurteilung
des Betriebsverhaltens der Getriebekonzepte möglich. Da die beiden
zu vergleichenden Getriebe bisher nur als Entwurf vorliegen, wurde
der bereits existierende MMDS-Prüfstand des KAt verwendet, um
das Simulationsmodell zu validieren. Bild 06 zeigt den aktuellen
Prüfstandsaufbau.
Antriebsseitig können vier identische Siemens 1PH8103 Asynchronmotoren
mit jeweils 5,5 kW Nennleistung installiert werden.
Alternativ können zwei der Motoren durch einen Siemens 1PH8101
Asynchronmotor (3,7 kW / 1 500 1/min) und einen Siemens
1PH8105 Asynchronmotor (7 kW / 1 500 1/min) ersetzt werden.
Abtriebsseitig ist eine Lastmaschine vom Typ Siemens 1PA6186
installiert, welche beliebige Belastungssituationen bis zu einem
Drehmoment von 700 Nm simulieren kann.
Damit das Betriebsverhalten des Getriebes sowie das der Motoren
vermessen werden kann, sind separate Drehmomentmesswellen
mit integrierter Drehzahlmessung verbaut worden. Antriebsseitig
werden vier Drehmomentmesswellen des Typs KTR Dataflex
32/100 verwendet. Abtriebsseitig ist eine Drehmomentmesswelle
des Typs KTR Dataflex 42/1000 installiert.
Weiterhin verfügt der Prüfstand über eine Öltemperierung mit
der ein Betriebstemperaturbereich von 10 bis 150 °C eingestellt
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