Gesamtsystem
Toleranzbewertung im Gesamtsystem
Fertigungstoleranzen sind unvermeidbar, doch ihr Einfluss auf das Verhalten von Getrieben ist oft größer, als man denkt. Schon kleinste Abweichungen in der Position von Planetenträgern oder den Mikrogeometrien der Zahnflanken verändern die Lastverteilung, die Verzahnungssicherheit oder das akustische Verhalten des Getriebes. Die FVA-Workbench ermöglicht eine systemweite Toleranzanalyse, die alle relevanten Bauteile berücksichtigt: von Wellen, Lagern und Gehäusen bis hin zu Verzahnungen. Auf Basis statistischer Methoden wie Monte-Carlo-Simulationen werden reale Streuungen aus der Fertigung abgebildet und direkt mit den Anforderungen an Tragfähigkeit, NVH und Lebensdauer verknüpft.
Mehr als nur Grenzwerte
Anstatt Worst-Case-Annahmen übermäßig enge Toleranzen zu erzwingen, erlaubt die FVA-Workbench eine statistisch abgesicherte Bewertung. Damit lassen sich robuste Designs entwickeln, die sowohl Kosten als auch Qualität im Blick behalten – und das bei kürzeren Entwicklungszeiten und höherer Prozesssicherheit.
Ihr Nutzen auf einen Blick:
- Frühzeitige Identifikation kritischer Toleranzen: Erkennen, welche Abweichungen die Funktion tatsächlich gefährden
- Kosteneinsparungen durch gezielte Freigabe unkritischer Toleranzen
- Absicherung der Fertigungsqualität im Gesamtsystem
- Realitätsnahe Simulation des kompletten Getriebesystems
Universelles lokales Reibmodell für realitätsnahe Verlustberechnung
Die Verlustberechnung in Getrieben erfolgt häufig auf Basis der ISO 14179-2. Allerdings beruhen die zugrunde liegenden Formeln auf Messdaten, deren Unsicherheiten in den Tabellen selbst nicht sichtbar sind. Gerade bei komplexen Betriebszuständen werden Einflüsse wie Temperatur, Drehzahl oder Kontaktbedingungen abgebildet, ohne dass die Ergebnisse eindeutig auf das physische System übertragbar sind.
Simulation statt Regression mit physikalischer Reibsimulation direkt in der FVA-Workbench
Die FVA-Workbench unterstützt diese Methode bereits heute. Mit dem universellen lokalen Reibmodell wird zusätzlich ein neuer Ansatz verfolgt: Statt empirischer Formeln kommt ein physikalisches Modell auf Kontaktebene zum Einsatz. Entwickelt in Zusammenarbeit mit MEGT und basierend auf der Promotion von Prof. Dr.-Ing. Oliver Koch (RPTU Kaiserslautern-Landau), ermöglicht es eine realitätsnahe Beschreibung tribologischer Effekte. Die Simulation erfolgt direkt über die Kontakte im System, ohne zusätzliche Eingaben oder separate Parametrierung.
Das universelle lokale Reibmodell ist nahtlos in die Systemsimulation integriert und berücksichtigt betriebsabhängige Einflüsse automatisch. Das zu erwartende Ergebnis lässt sich als Stribeck-Kurve darstellen und physikalisch konsistent interpretieren. Dadurch ist es nicht nur auf Wälzlager beschränkt, sondern künftig auch auf weitere Komponenten anwendbar. Validierungen, unter anderem im FVA-Projekt 998 („Reibmodell für tribologische Phänomene in der FVA-Workbench“), zeigen eine gute Übereinstimmung mit Messungen und ermöglichen belastbare Aussagen zu Verlusten und Kontaktzuständen.Ihr Nutzen auf einen Blick:
- Physikalisch fundiert statt rein empirischer Verlustberechnung
- Zuverlässige Ergebnisse durch validierte Modellbasis
- Kein zusätzlicher Modellierungsaufwand für Einflussfaktoren
- Ganzheitliche Betrachtung des Getriebesystems
- Erweiterte Anwendbarkeit auf verschiedene Komponenten
Im Ergebnis erhalten Sie eine transparente und nachvollziehbare Bewertung von Reibverlusten für fundierte Entscheidungen in der Getriebeentwicklung.
Kreuzeinflüsse im Gesamtsystem
Für die richtige Auslegung von Getriebesystemen müssen alle Kreuzeinflüsse zwischen den Maschinenelementen innerhalb eines Getriebegesamtsystems im Betriebszustand miteinbezogen werden. Die Kreuzeinflüsse sind von den Elastizitäten der Maschinenelemente abhängig und führen zu einem komplexen Verformungszustand.
Bei der Gesamtsystemberechnung werden der Leistungsfluss und die Verformungen für das gesamte Getriebe berechnet. Die auftretenden Kräfte, Verlagerungen etc. werden dabei automatisch an die einzelnen Maschinenelemente weitergegeben. Somit erfolgt die Berechnung der weiterführenden Tragfähigkeitsverfahren unter Berücksichtigung der Verformungskreuzeinflüsse. So wird beispielsweise die Lastverteilung bei Stirnradstufen maßgeblich durch das Verformungsverhalten der Welle-Lager-Systeme und des Gehäuses beeinflusst.
Durch die genaue Kenntnis dieser Randbedingungen wird der Konstrukteur in die Lage versetzt, bereits früh im Entwicklungsprozess fundierte Entscheidungen zu treffen und sein Getriebe optimal auszulegen.
↓ Das Steifigkeits- und Verformungsverhalten wird für alle Maschinenelemente berechnet
Gesamtsystemverformung im 3D-Modell der FVA-Workbench
Aufgrund des nichtlinearen Verhaltens, zum Beispiel der Lagerstellen im Getriebe, muss das System iterativ gelöst werden. Auf Basis der Belastungen und Verformungen können eine Reihe von Aussagen über das Getriebe getroffen und aufbauende Berechnungen durchgeführt werden.
