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DER KONSTRUKTEUR 3/2016

DER KONSTRUKTEUR 3/2016

KONSTRUKTIONSELEMENTE

KONSTRUKTIONSELEMENTE Vom Konzept bis zum fertigen Produkt Der Entwicklungsprozess von High-Speed-Sondergetrieben Maria Hergesell Getriebe mit Drehzahlen von bis zu 50 000, teilweise sogar 100 000 Umdrehungen pro Minute, bewegen sich hinsichtlich Schmierung, Lagerung, Betriebstemperatur und Wellendynamik in Grenzbereichen. Daher erfordern derartige High-Speed-Getriebe bezüglich der Auslegung höchste Entwicklungs- und Fertigungskompetenz. Dr.-Ing. Maria Hergesell, Leiterin Technologiemanagement; WITTENSTEIN bastian GmbH, Fellbach Eine typische High-Speed-Getriebeanwendung ist z. B. die Gewinnung von mechanischer oder elektrischer Energie aus einer in heißem Gas laufenden Turbine. Die sehr hohen Drehzahlen von bis zu 100 000 min -1 müssen hier über ein Getriebe reduziert werden, um die mechanische Leistung direkt nutzen zu können oder über einen Generator in Strom zu wandeln. Für derartige Anwendungsbereiche sind handels - üb liche Kataloggetriebe vollkommen ungeeignet. Hierfür sind spezielle Getriebe zu entwickeln, die exakt auf die spezifischen Anforderungen zugeschnitten sind und keine Kompromisslösung für unterschiedliche Anwendungen und Branchen sind. Im Dialog mit dem Kunden Die Entwicklung eines solchen Getriebes beginnt bei Wittenstein Bastian mit der technischen Detailklärung in Zusammenarbeit mit dem Kunden. Dabei sind neben dem technischen Vertrieb auch Vertreter des Engineering-Teams und der Produktion beteiligt. Hier werden insbesondere die Auslegungsziele definiert und priorisiert. Für Energiegewinnungssysteme ist der Wirkungsgrad des Getriebes von höchster Bedeutung. Zudem ist eine ausreichende Tragfähigkeit zu gewährleisten: Üblich ist in dieser Branche eine Betriebsdauer von mindestens 15 Jahren. Bei den anliegenden 22 Der Konstrukteur 3/2016

01 Ein Beispiel eines kundenspezifisch entwickelten Sondergetriebes Drehzahlen und den damit verbundenen Lastwechselzahlen ist eine lebensdauerfeste Auslegung der meisten Komponenten daher unumgänglich. Bei mobilen Anwendungen ergeben sich zusätzliche Forderungen, wie eine sehr kompakte Bauweise und ein geringes Gewicht. Bei Energierückgewinnungssystemen, die in der Nähe von Personen betrieben werden, ist zudem auf die Geräuschanregung zu achten. Entwicklung und Fertigung eng verzahnt Die Verzahnung von Entwicklung und Fertigung beginnt bei Wittenstein Bastian schon innerhalb der Engineering-Abteilung. Diese besteht aus zehn Ingenieuren, die ihren Ausrichtungsschwerpunkt in einem der folgenden drei Bereiche haben: Konstruktion von Getrieben, Berechnung von Stirnrädern, Kegelrädern und weiteren Maschinenelementen sowie spanende Fertigungstechnologien und Wärmebehandlung. Bei der Konzeption eines High-Speed- Getriebes stellt die hohe Drehzahl besondere Anforderungen an die Auswahl von Verzahnung, Werkstoff und Lager. Nach dieser Phase werden die Maschinenelemente dimensioniert. Hierbei werden klassische Maschinenelemente wie Wellen, Welle-Nabe-Verbindungen (z. B. evolventische Mitnehmerverzahnung, Passfeder, Presssitz, Schweißverbindung) oder Lager nach gängigen analytischen oder numerischen STATEMENT Dr. Michael Döppert, Chefredakteur Die enge Verzahnung von Konstruktion, Qualitätssicherung und Fertigung – so wie sie hier demonstriert wird – ist sicherlich nicht nur bei Sondermaschinen von Vorteil. Das beweisen die großen Automobilbauer schon seit vielen Jahren. Nicht nur Daten sondern auch die Menschen im gesamten Produktentstehungsprozess müssen vernetzt sein. Nur so wird man Industrie 4.0 – wenn ich hier wieder einmal diesen Marketingbegriff einwerfen darf – leben können. Auch für High-Torque- oder Low-Noise-Anwendungen werden Getriebe auf Kundenwunsch entwickelt Methoden ausgelegt. Für die Optimierung von Stirn- und Kegelrädern hinsichtlich Tragfähigkeit, Wirkungsgrad und Geräuschanregung sind langjährige Erfahrungen und fundiertes Grundlagenwissen über Verzahnungskorrekturen vorhanden. Die Berechnung erfolgt mit Hilfe von kommerziellen Programmen wie Kisssoft, FVA-Workbench, Bearinx oder Ansys. Eigene Lösungswege zur Erarbeitung optimaler Designs werden darüber hinaus auch in selbstgeschriebener Software umgesetzt. Für die Bestimmung der optimalen Verzahnungskorrekturen des High- Speed-Getriebes werden automatisierte Massenrechnungen verschiedener Korrekturvarianten unter Berücksichtigung von Wellen- und Gehäuseverformungen

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