Auslegung topologischer Flankenmodifikationen zur Optimierung des Einsatzverhaltens von Stufenplanetengetrieben in dynamischen Betriebszuständen unter Berücksichtigung der Herstellbarkeit

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Brecher, seit 7/2024
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Akustik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501245855

Eine Herausforderung bei der Auslegung von Fahrzeuggetrieben liegt in der Kombination aus einer hohen Leistungsdichte, einem hohen Wirkungsgrad und einer geringen Geräuschemission. Mit der Elektrifizierung des Antriebstrangs steigen die Anforderungen hinsichtlich der Geräuschemission und des Wirkungsgrades zusätzlich, da einerseits das maskierende Geräusch des Verbrennungsmotors entfällt und andererseits die Energieeffizienz bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen im Fokus steht. Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden zunehmend komplexe Getriebetopologien mit Planetengetrieben verwendet. Stufenplanetengetriebe stellen, als neuste Entwicklungsstufe von Planetengetrieben, eine potenzielle Alternative dar, die aktuellen Herausforderungen in der Antriebstechnik zu lösen. Aktuelle Forschungsarbeiten zeigen das ausgeprägte Verlagerungsverhalten von Planetengetrieben insbesondere mit Fertigungs- bzw. Montageabweichungen. Die Auswirkungen des dynamischen Verlagerungsverhalten auf die Zahnkontakte in Stufenplanetengetrieben wurden bisher allerdings nicht hinreichend erforscht. Methoden zur Optimierung des Einsatzverhaltens unter Berücksichtigung von Fertigungs- bzw. Montageabweichungen mit Fokus auf den Kontaktverhältnissen in den Zahneingriffen und Zahnflankenmodifikationen fehlen. Das Ziel dieses Vorhabens ist demnach eine Methode zur Auslegung topologischer Zahnflankenmodifikationen zur Optimierung des dynamischen Einsatzverhaltens von Stufenplanetengetrieben unter Berücksichtigung der Herstellbarkeit im Wälzschleifprozess. Das Ergebnis dieses Vorhabens ist eine validierte Methode zur Auslegung von Zahnflankenmodifikationen zur Optimierung des Einsatzverhaltens von Stufenplanetengetrieben mit Fertigungs- bzw. Montageabweichungen. Die Methode erlaubt aufgrund ihrer allgemeinen Kontaktbeschreibung die Optimierung des Einsatzverhaltens verschiedenster Getriebekonfigurationen (ein-/mehrstufige Stirnradgetriebe, Planetengetriebe, kombinierte Getriebesysteme). Als Schnittstelle zwischen der dynamischen Mehrkörpersimulation (MKS) und der quasistatischen Zahnkontaktanalyse (ZKA) ermöglicht die Methode eine direkte Berücksichtigung des hochdetaillierten Gesamtsystems in der Auslegung der Zahnflankenmodifikationen. Das Einsatzverhalten wird hinsichtlich der Geräuschanregung, der Tragfähigkeit (Zahnflankenpressung und Zahnfußspannung) sowie des Wirkungsgrades bewertet und unter Berücksichtigung einer Gewichtung der Zielgrößen algorithmusbasiert optimiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr.-Ing. Jens Brimmers, bis 6/2024