Miniaturisierte Kunststoffzahnradgetriebe für Automotive

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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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