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Einblick bringt Durchblick

Optimierung der Getriebekonstruktion mithilfe der Mehrköpersimulation MKS
Einblick bringt Durchblick

Getriebekonstrukteure sehen sich kontinuierlich mit dynamischen Fragestellungen konfrontiert. Zeitgleich soll die Konstruktion immer effizienter werden. Moderne CAE-Werkzeuge helfen dabei, den Zielkonflikt zwischen Innovationsgeschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Kostenreduzierung in den Griff zu bekommen.

Exklusiv in KEM Der Autor: Jochen Kinzig, Niederlassungsleiter, ISKO engineers AG, Niederlassung Stuttgart

Die Getriebekonstruktion ist ein sehr großer, ausdifferenzierter Markt, der Entwickler vor zunehmend komplexe Herausforderungen stellt. Die Anforderungen sind breit gestreut, sowohl in den traditionellen Branchen wie auch in neuen Märkten. Zwei Beispiele: Bei Windkraftanlagen sind, bedingt durch Unwuchten von vereisten Rotorblättern, Schocklasten durch schnelle Windänderungen oder Lastabfälle im Generator, neuartige Probleme bei der Bauteilefestigkeit zu lösen. Konstrukteure im Automotive-Bereich haben solche Stabilitätsanforderungen weitestgehend im Griff. Neue Aufgaben ergeben sich dort dafür aus der Entwicklung kraftstoffsparender Getriebe, dem Einsatz von Kunststoffzahnrädern oder aber Akustikphänomenen bei Hybrid- und Elektroantrieben.
Getriebekonstruktion mit der Mehrköpersimulation
Eines dieser Konstruktionswerkzeuge ist MSC Adams/Gear AT. Ingenieure können mit dieser Software statische und dynamische Konstruktionsansätze an einem einzigen Simulationsmodell des Getriebes untersuchen und virtuell testen. Gear AT ist ein Plug-in der Mehrkörpersimulations-Software Adams (Advanced Dynamic Analysis of Mechanical Systems) von MSC Software, der weltweit am häufigsten eingesetzten Software zur Simulation mechanischer Systeme. Adams erlaubt die Berechnung der Bewegungsabläufe mechanischer Systeme mittels Mehrkörperdynamik. Die Simulationsergebnisse beinhalten Verschiebungen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen von starren und elastischen Körpern und Kräfte in den kinematischen Zwangsbedingungen sowie in den Kraftelementen. Das Look-and-Feel der Bedienerschnittstelle von Gear AT ist dabei so konzipiert, dass sich Getriebespezialisten sofort „zu Hause“ fühlen. Sie speisen ihre bekannten geometrischen Daten in das System ein, das darauf aufbauend im Hintergrund automatisiert die speziell entwickelten MKS-Komponenten für Lager und Verzahnungen erstellt, sodass diese im Modell funktional präzise abgebildet und verwendet werden.
Adams/Gear AT unterstützt zurzeit Zahnräder mit Gerad-, Schräg- und Innen- oder Außenverzahnung. Der hochauflösende Zahnkontaktalgorithmus berechnet die Kraftverteilung auf die Zahnflanke unter Einbeziehung der aufgebrachten Mikrokorrekturen, des variierenden Radabstands und Eingriffsfehlers sowie aller Bewegungen und Verformungen der interagierenden Systembestandteile. Dadurch eignet sich Adams/Gear AT auch für dynamische Untersuchungen wie Getrieberasseln, -heulen oder Schaltvorgänge.
Dynamische Prozesse testen
Gear AT ermöglicht es, das gesamte Systemverhalten des Getriebes im Einbauzustand rechnerisch vorauszusagen, inklusive der Einflüsse von in allen Raumrichtungen hochgradig nicht-linearen kritischen Bauteilen wie Lager oder Verzahnungen. Herkömmliche Konstruktionsmethoden beruhen häufig nur auf statischen Studien entkoppelter, detaillierter Getriebeabschnitte oder vereinfachten, dynamischen Gesamtsystemen. Nicht so bei Gear AT, es berücksichtigt auch zeitliche Effekte wie Dämpfung und Massenträgheit, dynamische Prozesse an den Belastungsgrenzen der Komponenten oder Systemverhalten, das sich aus der dreidimensionalen Struktur ergibt.
Berechnung ist erst der Anfang
Die Leistungsfähigkeit der Getriebe-Simulation mit Gear AT kann das Ingenieurbüro ISKO engineers AG aus eigener Anwendungserfahrung uneingeschränkt bestätigen. „Wir unterstützen Endkunden zur frühen konstruktionsbegleitenden Vorausberechnung von Varianten im Rahmen von „Was-wäre-wenn“-Analysen und der Strukturoptimierung. Oder in späteren Phasen bei der Analyse von Beschädigungen, die Prototypen unter Lastsituationen erleiden. Hier zeigt sich die hohe Aussagekraft der MKS. Sie erlaubt uns im Modell Einblicke in hochdynamische Prozesse zu gewinnen, die sich der realen Beobachtung entziehen“, so die Aussage aus dem Hause ISKO.
Die mit Gear AT ermittelten Belastungsgrößen fließen darüber hinaus im Konstruktionsprozess als Randbedingungen in weiterführende FEM-Simulationen ein. ISKO engineers arbeitet dabei vorzugsweise mit dem bewährten FEM-Tool MSC Nastran. I

Info & Kontakt
ISKO Engineers
Jochen Kinzig, Niederlassungsleiter Tel.: 07152 56987-01
Direkt zu MSC-Adams-Mehrkörpersimulation
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