Einsatz von Entwicklungsprüfständen für schnelldrehende Rotorsysteme zur Erhöhung der Produktreife

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sven Matthiesen
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429569390

Bei in Polymergehäusen eingebetteten schnelldrehenden Antriebssystemen ist die Abstimmung von Triebstrang und Polymergehäuse auf das Schwingungsverhalten des Systems, bspw. im Hinblick auf die Lagerung von Getriebestufen, eine Kernherausforderung der Entwicklung. So sind Untersuchungen zu Schwingungseinflüssen bei schnelldrehenden Getriebestufen Gegenstand aktueller Forschung. Der Konstruktionsingenieur steht dabei vor der Herausforderung, aus den Entwicklungszielen geeignete Konstruktionszielgrößen abzuleiten.Ziel des Antrags ist eine methodische Vorgehensweise zur Ableitung von Gestalteigenschaften von Polymergehäusen zur Reduktion von Schwingungen in schnelldrehenden Rotorsystemen zu entwickeln. Hierzu werden in diesem Vorhaben analytische Methoden und Entwicklungsprüfstände gemeinsam eingesetzt, um gestaltungsrelevante Erkenntnisse zu gewinnen.Auf Basis bestehender Gestaltungs- und Analysemethoden wird eine qualitative Wirkstruktur für einen generischen Winkelantrieb mit Kegelradstufe erstellt. Das Entwicklungsziel für den Winkelantrieb ist die Reduzierung der Bauteilbelastung der Verzahnung, welche durch die Schwingungsanregung des Antriebsstrangs verursacht wird. Dabei wird der Gestalt-Funktion-Zusammenhang des zu untersuchenden Antriebsystems analysiert. Es wird zunächst mit Hilfe von Simulationsmodellen das Systemverhalten ermittelt und in Wirknetzen abgebildet. Durch eine Sensitivitätsanalyse werden die Gestalteigenschaften mit hoher Funktionsrelevanz ermittelt und die quantitativen Zusammenhänge durch experimentelle Untersuchungen an einem Entwicklungsprüfstand erforscht. Aus den daraus gewonnenen Erkenntnissen wird ein Bauteil mit den gewünschten Eigenschaften entwickelt. Dieses Bauteil wird anschließend im Antriebssystem eingebunden und auf dem Entwicklungsprüfstand validiert. Die gewonnenen Erkenntnisse werden zur Entwicklung der methodischen Vorgehensweise verwendet. Der Fokus liegt dabei bewusst auf dem gemeinsamen forschen am System und den dazugehörigen Methoden.Das Ergebnis ist eine für das untersuchte Antriebssystem explizierte parametrische Wirkstruktur, mit welcher der Zusammenhang von Gestalteigenschaften und Systemverhalten beschrieben wird. Weiterhin steht als Ergebnis eine methodische Vorgehensweise, wie mit Hilfe von analytischen Methoden und Entwicklungsprüfständen gestaltungsrelevante Erkenntnisse erzeugt werden können, zur Verfügung. Mit dieser Arbeit ist es erstmalig möglich mit Hilfe einer Kombination aus Entwicklungsprüfstand und methodischer Unterstützung quantitative Wirkstrukturen zu ermitteln und damit Zielgrößen für die Konstruktion zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen