TY - THES

T1 - Lastverteilungsabhängige Verzahnungsverluste von korrigierten und unkorrigierten Gerad- und Schrägverzahnungen

AU - Gasplmayr, Wolfgang

N1 - gesperrt bis 25-05-2028

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Die Entwicklung effizienter Getriebe in Elektroantrieben ist eine große Herausforderung, um das volle Potential des Elektroantriebs auszuschöpfen und Kundenanforderungen bezüglich Reichweite und Effizienz zu erfüllen. Eine präzise Wirkungsgradvorhersage und Berücksichtigung tribologischer und geometrischer Einflüsse sind notwendig, um Verluste in Stirnradgetrieben im Elektroantrieb zu minimieren. Somit ist das Ziel dieser Arbeit, ein Berechnungsmodell für Gerad- und Schrägverzahnungen abzubilden, dass die Auswirkungen der Mikrogeometrie auf die Lastverteilung berücksichtigt und dem letzten Stand der Technik entspricht. Daraus kann ein verzahnungsspezifischer Verlustkennwert, der lokal-geometrische Zahnverlustfaktor, abgeleitet werden, der den geometrischen Einfluss einer Verzahnung auf ihr Verlustverhalten wiedergibt. Die Arbeit beinhaltet die Grundlagen zur Berechnung der Verlustleistung in einer Stirnradverzahnung, die Beschreibung des Zahnprofils und der gängigen Verzahnungsmodifikationen sowie eine Methode zur Berechnung der Lastverteilung mittels des Verfahrens der Einflusszahlen. Das vorgestellte Berechnungsmodell wird als MATLAB-Programm umgesetzt und mittels kommerzieller Software und Literaturwerten verschiedener Prüfverzahnungen verifiziert. Der Einfluss der Mikrogeometrie auf das Verlustverhalten wird anhand eines zweistufigen eDrive-Getriebes untersucht, wobei die einzelnen Stufen unterschiedliche Verzahnungsgeometrien und Belastungen aufweisen. Dabei wird festgestellt, dass die Anwendung einer Balligkeit als Profilmodifikation die Lastverteilungsbereiche hoher Gleitgeschwindigkeiten, den Beginn und Ende des Zahneingriffes, erheblich entlasten. Lokal entstehen geringere Verluste und das Wirkungsgradverhalten einer Verzahnung wird erheblich gesteigert. Eine Balligkeit als Flankenlinienmodifikation wirkt sich tendenziell negativ auf das Verlustverhalten aus, da durch Entlastung der Stirnseiten die Lastverteilung in der Zahnmitte zentriert wird und lokal hohe Verluste am Beginn und Ende des Eingriffes entstehen. Solche Modifikationen sind jedoch aus Tragfähigkeitsgründen notwendig. Durch eine Kombination lassen sich die Vorteile beider Korrekturen auf das Wirkungsgrad- und Tragfähigkeitsverhalten vereinen.

AB - Die Entwicklung effizienter Getriebe in Elektroantrieben ist eine große Herausforderung, um das volle Potential des Elektroantriebs auszuschöpfen und Kundenanforderungen bezüglich Reichweite und Effizienz zu erfüllen. Eine präzise Wirkungsgradvorhersage und Berücksichtigung tribologischer und geometrischer Einflüsse sind notwendig, um Verluste in Stirnradgetrieben im Elektroantrieb zu minimieren. Somit ist das Ziel dieser Arbeit, ein Berechnungsmodell für Gerad- und Schrägverzahnungen abzubilden, dass die Auswirkungen der Mikrogeometrie auf die Lastverteilung berücksichtigt und dem letzten Stand der Technik entspricht. Daraus kann ein verzahnungsspezifischer Verlustkennwert, der lokal-geometrische Zahnverlustfaktor, abgeleitet werden, der den geometrischen Einfluss einer Verzahnung auf ihr Verlustverhalten wiedergibt. Die Arbeit beinhaltet die Grundlagen zur Berechnung der Verlustleistung in einer Stirnradverzahnung, die Beschreibung des Zahnprofils und der gängigen Verzahnungsmodifikationen sowie eine Methode zur Berechnung der Lastverteilung mittels des Verfahrens der Einflusszahlen. Das vorgestellte Berechnungsmodell wird als MATLAB-Programm umgesetzt und mittels kommerzieller Software und Literaturwerten verschiedener Prüfverzahnungen verifiziert. Der Einfluss der Mikrogeometrie auf das Verlustverhalten wird anhand eines zweistufigen eDrive-Getriebes untersucht, wobei die einzelnen Stufen unterschiedliche Verzahnungsgeometrien und Belastungen aufweisen. Dabei wird festgestellt, dass die Anwendung einer Balligkeit als Profilmodifikation die Lastverteilungsbereiche hoher Gleitgeschwindigkeiten, den Beginn und Ende des Zahneingriffes, erheblich entlasten. Lokal entstehen geringere Verluste und das Wirkungsgradverhalten einer Verzahnung wird erheblich gesteigert. Eine Balligkeit als Flankenlinienmodifikation wirkt sich tendenziell negativ auf das Verlustverhalten aus, da durch Entlastung der Stirnseiten die Lastverteilung in der Zahnmitte zentriert wird und lokal hohe Verluste am Beginn und Ende des Eingriffes entstehen. Solche Modifikationen sind jedoch aus Tragfähigkeitsgründen notwendig. Durch eine Kombination lassen sich die Vorteile beider Korrekturen auf das Wirkungsgrad- und Tragfähigkeitsverhalten vereinen.

KW - Wirkungsgrad

KW - Verzahnungsverluste

KW - Verlustleistung

KW - Zahnverlustfaktor

KW - Verzahnungsreibungszahl

KW - Verzahnungsmodifikationen

KW - Lastverteilung

KW - efficiency

KW - gear losses

KW - power dissipation

KW - tooth loss factor

KW - friction coefficient

KW - gear tooth modifications

KW - load distribution

M3 - Masterarbeit

ER -