Anhand eines Beispiels aus der Kupplungsentwicklung wird dargestellt, wie bei Mannesmann Sachs die Finite-Elemente-Methode zur Betriebsfestigkeitsprüfung und Optimierung von Bauteilen eingesetzt wird. Bei der Festigkeitsberechnung einer Nabenscheibe ist zusätzlich zu den Krafteinleitungen die Rotation des Teiles mit Motordrehzahl zu berücksichtigen. Nach geeigneter Vernetzung der Nabenscheibengeometrie und Eingabe der Lasten und Randbedingungen errechnet das Finite-Elemente-Programm z.B. die Verteilung der resultierenden Spannungen im Bauteil. Allerdings genügt Betriebsfestigkeit allein nicht mehr. Bei allen Bauteilen muss zusätzlich ein Optimum bzgl. geringer Masse angestrebt werden. Die Optimierung einer Nabenscheibe wird in drei Schritten durchgeführt. Der erste Schritt verfolgt ausschließlich das Ziel der Massenreduzierung. Durch die Einführung von Design-Variablen in dem angewendeten FEM-Programm wird dieser früher zeitaufwendige Prozess nahezu vollständig automatisiert und die Bearbeitungszeit drastisch reduziert. Der zweite Schritt der Optimierung konzentriert sich auf das möglichst gleichmäßige Abstützen der Zähne der Nabenscheibe auf die Vordämpfernabe. Die Einstellung des mittels FEM berechneten günstigsten Verdrehwinkels zwischen äußerem und innerem Bereich der Nabenscheibe kann die Betriebsfestigkeit der Nabenscheibe deutlich erhöhen, ohne dass die Material- oder Herstellkosten beeinflusst werden. Der dritte Schritt der Optimierung ist auf alle Geometrien in gleicher Weise anwendbar. Die hierbei angewandte Methode beruht auf einem von Mattheck und Moldenhauer erstmals vorgestellten Verfahren, das mit Hilfe iterativer FE-Analysen das biologische Wachstum von Strukturen wie Bäumen nachbildet. Wendet man diese Methode auf die Ecken der Federfenster und die Radien in der Innenverzahnung der Nabe an, so werden diese optimiert zu Kurven mit weitgehend homogener Spannungsverteilung an der Oberfläche. Mit der beschriebenen Vorgehensweise wird sichergestellt, dass Funktion und Betriebsfestigkeit mit optimiertem Leichtbau verbunden wird.
Finite-Elemente-Methode in der Kupplungsentwicklung
Finite element method in the clutch development
Automobiltechnische Zeitschrift - ATZ ; 102 , 1 ; 46-48
2000
3 Seiten, 4 Bilder, 3 Quellen
Article (Journal)
German
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