Auslegung von Kunststoffgetrieben im Automobilbau

phi-KunststoffgetriebeDie Elektrifizierung im Automobilbau schreitet immer weiter voran. Dies betrifft allerdings nicht nur Hybrid- und Elektrofahrzeuge. Schon seit Jahrzehnten werden mechanisch bediente Stellelemente durch elektro-mechanische Aktuatoren ersetzt. Betraf dies zu Beginn vor allen Dingen Komfortfunktionen (elektr. Fensterheber, Spiegel- & Sitzverstellung, etc.), so werden heutzutage immer mehr elektrische Aktuatoren im Motorraum verbaut. Sie ersetzen oftmals Steller, die rein mechanisch, druck- oder temperaturabhängig gesteuert wurden und eröffnen völlig neue Regelmöglichkeiten. Sie sind schneller und genauer als herkömmliche Steller und lassen sich unabhängig von Umgebungsgrössen wie Druck oder Temperatur steuern.

Solche Aktuatoren beinhalten üblicherweise einen Elektromotor, dem ein Kunststoffgetriebe zur Wandlung von Moment und Drehzahl nachgeschaltet ist. Der Motorraum als Einsatzort stellt hohe Anforderungen an diese Getriebe und die eingesetzten Kunststoffe. In dieser Umgebung sind sie Öl und Schmutz, Vibrationen und Stossbelastungen ausgeliefert. Problematisch für viele Kunststoffe ist vor allen Dingen die Umgebungstemperatur, die im Bereich von -40 °C bis 160 °C liegen kann.

Die positiven Aspekte in punkto Kosten und Gewicht sind jedoch ein großer Vorteil gegenüber Metallen als Verzahnungswerkstoff. Weitere materialspezifische Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, Bauteildämpfung und Toleranzunempfindlichkeit sprechen für die Verwendung von Kunststoffen.

Zur Getriebeauslegung und Verzahnungsberechnung der entsprechenden Kunststoffgetriebe nutzt phi die Software KISSsoft. In Verbindung mit KISSsys lassen sich komplette mehrstufige Getriebe inklusive Lagern und Wellen schnell und effizient darstellen, berechnen und auslegen. Der in KISSsys integrierte Variantengenerator liefert nach der Vorgabe einer geforderten Gesamtübersetzung sinnvolle Vorschläge zur Anzahl der Stufen und zur Verzahnungsgeometrie. Diese Methode spart Entwicklungsschleifen und verhilft der phi und ihren Kunden zu einem effizienten Produktentwicklungsprozess.

Die entwickelten Aktuatoren werden im Dauertest unter verschiedenen klimatischen Bedingungen betrieben, um die Lebensdauer im Versuch nachzuweisen und somit die Entwicklung zu verifizieren.

Aufgaben

  • Auslegung und Berechnung von mehrstufigen Getrieben aus Kunststoff
  • Entwicklung und Aufbau von Prototypen und Funktionsmustern
  • Aufbau von Versuchs- und Prüfständen
  • Dauerfestigkeits-Nachweis im Dauertest (mehrere Millionen Lastzyklen, Umgebungstemperatur: -40 °C bis +160 °C)

Werkzeuge & Methoden

  • Analytische Rechenmethoden
  • KISSsoft
  • KISSsys (inkl. Variantengenerator)
  • Klimaschrank

Publikationen

Ansprechpartner

Martin Husemann
martin.husemann@phi-group.ch
Tel.: +41 43 443 17 64