Miniaturisierte Kunststoffzahnradgetriebe für Automotive
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- Sophia Fuhrmann
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1 Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design Miniaturisierte Kunststoffzahnradgetriebe für Automotive Sebastian Fraulob 4. Tagung Feinwerktechnische Konstruktion am Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design der TU Dresden 04. November 2010
2 Inhalt 1. Einleitung 2. Methodik 3. Ergebnisse 4. Fazit
3 Einleitung Elektrische Antriebe im Automobil (Auswahl im Bereich des Fahrgastraumes) Spiegelverstellung Fensterheber Schiebedach Scheibenwischer Türschließer Bild: BMW AG Sitzversteller Lenksäulenversteller Gurthöhenversteller
4 Einleitung Aufbau der Antriebe: Elektromotor, Getriebe (meist Zahnradgetriebe), elektrische Ansteuerung. ausgewählte Anforderungen an die Getriebe: Übertragen hoher Lasten, geringe Masse, kleines Volumen, geringe Kosten, geringe Geräuschemission. verstärkter Einsatz von Zahnradgetrieben aus Kunststoff mit kleinem Modul (m < 1 mm) Bild: maxon motor ag
5 Einleitung Problem: Dimensionierung: keine gültige Vorschrift für Kunststoffräder (VDI 2545, 1996 zurückgezogen, aber in Praxis gängig), kaum Veröffentlichungen. Diskrepanz zwischen Anwendungen und grundlegendem Wissen zu Kunststoffzahnradgetrieben mit kleinem Modul Interessante Punkte: Welche Besonderheiten haben kleine Module? Welches Betriebsverhalten weisen diese Getriebe auf? (Gibt es Unterschiede zu metallischen Getrieben?) Gibt es sinnvolle konstruktive Maßnahmen zum verbessern der Eigenschaften?
6 Besonderheit kleiner Module Bild: H. Linke, Stirnradverzahnung Teilungseinzelabweichung bezogen auf Teilung für verschiedene Module (Bezugsprofil DIN58400 und Qualität Q8)
7 Methode Berechnen des Betriebsverhaltens für eine Beispielgetriebestufe mit Hilfe der FEM. Ergebnisgrößen: Eingriffsverhalten, Zahnfußspannungen, Zahnflankenpressung, Verschleiß- / Geräuschverhalten, Übertragungsverhalten. Geometrische Varianten: Nennprofil nach DIN (gerad- und schrägverzahnt), DIN-Profil mit ungünstigsten Toleranzpaarungen, sinnvolle geometrische Modifikationen.
8 Berechnungsmethode - Simulationsmodell M ab
9 Berechnungsmethode - Simulationsmodell M ab
10 Berechnungsmethode - Simulationsablauf
11 Ergebnisse geradverzahnt Eingriffsverhalten Stahl / Stahl Nennprofil POM / POM Nennprofil
12 Ergebnisse geradverzahnt Eingriffsverhalten POM / POM Nennprofil POM / POM max. Teilungseinzelabweichung
13 Problem: starker Kopfkanteneingriff Ergebnisse geradverzahnt Eingriffsverhalten
14 Problem: starker Kopfkanteneingriff Ergebnisse geradverzahnt Eingriffsverhalten
15 Profilmodifikation Problem: Kopfkanteneingriff sinnvolle konstruktive Maßnahme: Profilmodifikation - Kopfrücknahme
16 Ergebnisse geradverzahnt Eingriffsverhalten
17 Ergebnisse geradverzahnt Zahnflankenpressung
18 Ergebnisse geradverzahnt Zahnflankenpressung
19 Ergebnisse geradverzahnt Zahnflankenpressung zulässige Flächenpressung POM
20 Ergebnisse geradverzahnt Zahnfußspannung
21 Ergebnisse geradverzahnt Zahnfußspannung
22 Ergebnisse geradverzahnt Übertragungsverhalten
23 Ergebnisse schrägverzahnt Bild: W. Krause, Konstruktionselemente der Feinmechanik
24 POM, Nennprofil Ergebnisse schrägverzahnt - Zahnflankenpressung
25 Ergebnisse schrägverzahnt - Zahnflankenpressung POM, Nennprofil POM, mod. Nennprofil
26 POM, max. Toleranz Ergebnisse schrägverzahnt - Zahnflankenpressung
27 Ergebnisse schrägverzahnt - Zahnflankenpressung POM, mod. Profil mit Toleranz POM, max. Toleranz
28 Fazit feinwerktechnische Zahnradgetriebe aus Kunststoff zur Leistungsübertragung zeigen: hohe Zahndeformation unter Last, große relative Toleranzen, durch gezielte konstruktive Maßnahmen vermeiden von: Eingriffsstörungen, hohem Verschleiß, großer Geräuschemission. Ziel allgemeine konstruktive Dimensionierungsrichtlinie
29 Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design Miniaturisierte Kunststoffzahnradgetriebe für Automotive Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Sebastian Fraulob 4. Tagung Feinwerktechnische Konstruktion am Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design der TU Dresden 04. November 2010
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