In der FVA-Workbench stehen zwei verschiedene Arten der Lastkollektivberechnung zur Verfügung.
Lastkollektive im Gesamtsystem verwenden
Um Lastkollektive im Rahmen der Gesamtsystemberechnung zu berücksichtigen, muss im Tab Berechnungen auf der Getriebeeinheit der Haken "Lastkollektiv berücksichtigen" gesetzt werden.
(1) Aktiviert die Lastkollektivberechnung im Gesamtsystem. Es kann zwischen skaliertem- und flexiblem Lastkollektiv umgeschaltet werden.
(2) Berechnungen, in denen das Lastkollektiv berücksichtigt wird, haben "im Lastkollektiv" im Namen.
(3) Die Vorgabe der Lastkollektive und Schaltstellungen erfolgt im Tab "Leistungsfluss". Die Vorgaben sind je nach Art der gewählten Lastkollektivberechnung unterschiedlich und werden im Folgenden beschrieben.
Mit dem skalierten Lastkollektiv können im Rahmen der Gesamtsystemberechnung Lastkollektive als prozentuale Veränderung von Last und Drehzahl vorgegeben werden. Über die Globale Datenbank können Last-Zeit-Messreihen klassifiziert und anschließend als Lastkollektiv vorgegeben werden. Alternativ lassen sich damit auch synthetische Lastkollektive erstellen.
Anzahl der im Kollektiv berechneten Lastpunkte
Im Rahmen der Lastkollektivberechnung werden die für die Laststufen gültigen Einflüsse aus der Belastung (wie z.B. die Breitenlastverteilung) und der Drehzahl (wie z.B. die Schmierfilmdicke) berücksichtigt.
Um bei großen Kollektiven die Rechenzeit zu reduzieren kann die Anzahl der im Betriebspunkte, für die das Gesamtsystem gelöst wird, angegeben werden. Diese Betriebspunkte werden gleichmäßig im Kollektiv verteilt. Für alle anderen Lastkollektivstufen werden die Belastungen und Drehzahlen interpoliert und damit die entsprechenden Schädigungsanteile und Lebensdauern berechnet. Wird die Anzahl der Lastpunkte größer oder gleich der Anzahl der Stufen im Lastkollektiv gewählt, so werden alle Stufen im Gesamtsystem berechnet.
Hinweis
Bei der Vorgabe eines reinen Drehzahlkollektivs sind zwei unterschiedliche Berechnungsmöglichkeiten vorhanden. Wird in der Leistungsflussdefinition des Getriebes das Drehmoment vorgeben, so wird dieses konstant gehalten und nur die Drehzahl variiert. Falls die Getriebeleistung vorgegeben ist, werden die Drehmomente in den Laststufen so angepasst, dass die Leistung konstant bleibt.
Lastkollektive vorgeben und Zeitanteile angeben
Bei der Lastkollektivberechnung kann für jeden Gang im Getriebe ein individuelles Lastkollektiv vorgegeben werden. Im Tab Leistungsfluss auf der Komponente Getriebenheit können die nötigen Einstellungen vorgenommen werden.
(1) Angabe der Getriebegesamtlebensdauer.
(2) Für jeden Gang kann ein Lastkollektiv aus der Globalen Datenbank ausgewählt werden.
(3) Aufteilung der Gesamtlebensdauer auf die einzelnen Gänge.
Über Zeitanteile wird die eingegebene Gesamtlebensdauer des Getriebes auf die einzelnen Gänge verteilt. Die Eingabe erfolgt über Gewichtungsfaktoren. Damit errechnet sich ein Zeitanteil aus dem Gewichtungsfaktor geteilt durch die Summe aller Gewichtungsfaktoren mal der Gesamtlebensdauer. Somit können die Zeitanteile über Prozentzahlen, Faktoren oder Stunden eingetragen werden. Folgende Eingaben führen damit zum selben Ergebnis:
Gesamtstundenzahl: 30.000 h | ||||
Gang | Faktor | Faktor | Prozent | Stunden |
|---|---|---|---|---|
1. Gang | 0.1 | 2 | 10 | 3000 |
2. Gang | 0.2 | 4 | 20 | 6000 |
3.Gang | 0.7 | 14 | 70 | 21000 |
Werden für die Gewichtungsfaktoren vorhandene Prozent- oder Stundenwerte verwendet, muss die Summe nicht 100 % bzw. der Gesamtstundenanzahl entsprechen. Wäre die vorgegeben Gesamtstundenzahl für obige Tabelle nicht 30000 h sondern 60000 h, so würden die einzelnen Zeitanteile intern auf 6000 h (1. Gang), 12000 h (2. Gang) und 42000 h (3. Gang) umgerechnet.
Lastkollektive werden als Datensätze in der Globalen Datenbank gespeichert. In der Datenbank gespeicherte Lastkollektive können dann in beliebigen Getriebemodellen als Datenbankkomponente eingefügt werden.
(1) Name des neuen Lastkollektivs
(2) Legt einen neuen Datensatz vom Typ Lastkollektiv an.
Lastkollektive könne als .csv-Dateien (Comma-separated values) importiert werden. Diese Dateien können mit Excel oder einem anderen Tabellenkalkulationsprogramm erstellt werden. In der ersten Spalte muss die Stufenhäufigkeit angegeben werden. In der zweiten und dritten Spalte können die Lastamplituden für Drehmoment und Drehzahl angegeben werden. Das Lastkollektiv kann ein- oder zweispaltig sein. In der ersten Zeile kann optional der Titel der Datenreihe angegeben werden.
Hinweis
Als Dezimaltrennzeichen muss in den Datenreihen ein Komma verwendet werden. In Excel kann das standardmäßig verwendete Dezimaltrennzeichen unter Datei -> Optionen -> erweitert eingestellt werden.
Lastkollektiv mit 2 Datenreihen für Drehmoment (Faktor) und Drehzahl (%). Links die Darstellung in Excel, rechts die .csv Datei im Texteditor.
(1) Startet den .csv-Import
(2) Datei auswählen
(3) Auswahl, in welcher Zeile die Titel stehen und ab welcher Zeile die Datenreihen beginnen.
(1,2) Nach erfolgreichem Import muss für jede Datenreihe der Typ (Drehmoment/Drehzahl) angegeben werden. Zusätzlich ist auszuwählen, ob es sich bei den Werten um Prozentwerte (%) oder Faktoren (--) handelt.
(3) Sind alle Angaben vollständig, kann der Datensatz in der Globalen Datenbank gespeichert werden.
Synthetische Kollektive können ein Hilfsmittel bei prinzipiellen Untersuchungen und bei der Vorauslegung sein. Sie lassen sich durch die drei Parameter Kollektivumfang H0, Kollektivhöchstwert Ŝa und Kollektivformparameter ν mathematisch beschreiben. Je größer der Formparameter ν ist, desto größer ist der Schädigungsinhalt des synthetischen Kollektivs bei gleichem Kollektivumfang H0 und gleichem Kollektivhöchstwert Ŝa.
x-Achse: Summenhäufigkeit H (log)
y-Achse: Auf den Kollektivhöchstwert bezogene Amplitude
Mit dem flexiblen Lastkollektiv ist es möglich, beliebige Kombinationen aus Lasten und geschalteten Gängen zu berechnen. Für jeden Lastfall können der Zeitanteil, die Betriebstemperatur, die Schaltstellung, die Leistungsflussdaten und auch externe Belastungen vorgegeben werden. So können auch Nebenaggregate berücksichtigt werden, die nicht in allen Betriebszuständen aktiv sind. Mit der generischen Komponente "Übersetzungselement" können Getriebekomponenten mit variablem Übersetzungsverhältnis und einer spezifischen Wirkungsgradkennlinie in den Leistungsfluss integriert werden.
Für jeden der Lastfälle wird eine separate Berechnung des Gesamtsystems durchgeführt. Im Nachgang erfolgt eine Akkumulation der Lastfälle mit den jeweiligen Zeitanteilen. Der Anwender kann also im Nachgang die Auswirkungen der verschiedenen Betriebszustände separat und das Ergebnis der gesamten Berechnung im Reporting der FVA-Workbench nachvollziehen.
(1) | Über die Schaltmatrix können verschiedene Konfigurationen für den Leistungsfluss durch Zu- und Abschalten der Lasten festgelegt werden. |
(2) | Angabe der Anzahl der Lastfälle, wobei jeder Lastfall eine Zeile in der Tabelle darstellt. |
(3) | Angabe der Gesamtbetriebsdauer des Getriebes. Dieser Wert wird bei allen Tragfähigkeitsberechnungen im Gesamtsystem berücksichtigt. |
(4) | Zeigt oder verbirgt die Felder für die Leistungsflussdaten in der Lastfalltabelle. |
(5) | Zeigt oder verbirgt die Felder für externe Kräfte in der Lastfalltabelle. |
(6) | Für jeden Lastfall kann ein Beschreibung angegeben werden. Die Bezeichnungen in dieser Spalte werden auch für die Namen der Modellstände übernommen -> (13). |
(7) | Mit den Checkboxen in dieser Spalte kann festgelegt werden, ob bei der Berechnung ein Modellstand für diesen Lastfall erstellt werden soll. Dieser enthält die detaillierten Berechnungsergebnisse für die im Lastfall angegebenen Lastdaten. |
(8) | In der Spalte "Zeitanteil" kann die Aufteilung der Gesamtbetriebsdauer auf die einzelnen Lastfälle angegeben werden. |
(9) | Angabe, welche Konfiguration aus der Schaltmatrix für den Lastfall angewendet werden soll. |
(10) | Angabe von Drehzahl, Drehmoment und Leistung für eine Belastungskomponente im Getriebe. Dabei müssen nur zwei von drei Werten angegeben werden. Der dritte Wert wird automatisch berechnet. Die Werte sind vorzeichenbehaftet. |
(11) | Angabe von externen Kräften und Drehmomenten für eine Belastungskomponente im Getriebe. |
(12) | Modellstand, der die akkumulierten Berechnungsergebnisse aus dem Lastkollektiv enthält. |
(13) | Modellstand, der die detaillierten Berechnungsergebnisse für einen Lastfall enthält. Alle Modellstände können als Basismodell wiederhergestellt werden. |
Per Rechtsklick auf eine Zelle im Editor können Werte spaltenweise aus Excel eingefügt werden.
Anmerkung
Die Zelle im Editor darf vor dem Rechtsklick nicht „ausgewählt“ sein.
Über die generische Komponente Übersetzungselement können zwei beliebige Wellen gekoppelt werden. Dabei kann eine Übersetzungs-Wirkungsgradkennlinie vorgegeben werden. Im flexiblen Lastkollektiv kann dann pro Lastfall eine Übersetzung angegeben werden.
Übersetzungselemente können per Rechtsklick auf eine Welle im Modellbaum eingefügt werden.
Über die Globalen Datenbank können Datensätze vom Typ "Messdaten" angelegt werden. In diesem Datensatz kann eine Übersetzungs-Wirkungsgradkennlinie definiert werden. Dieser Datensatz kann dann einem Übersetzungselement zugewiesen werden.
Im Tab "Leistungsfluss" kann die Übersetzung des Übersetzungselements pro Lastfall festgelegt werden. Der dazugehörige Wirkungsgrad wird dann aus der Kennlinie ermittelt.
Bei folgenden Berechnungen in der FVA-Workbench können Lastkollektive berücksichtigt werden:
Stirnradverzahnungen
Tragfähigkeit Zahnflanke & Zahnfuß nach ISO 6336 Teil 6:
Kollektivsicherheit nach Miner
statische Sicherheit
Dauersicherheit
verschiedene Schadensakkumulationshypothesen auswählbar
Spannungskollektiv und Wöhlerlinie
maximal zulässige skalierte Gesamtlastwechselzahl
Verzahnungsanregung
Anregungspegel über der Last
Zahnkraftpegel über der Last
Kraftamplituden über der Last
Anregungsamplitudenpegel über der Last
Drehwegabweichungsamplituden über der Last
Maximale Drehwegabweichung über der Last
Mittlere Drehwegabweichung über der Last
Kegelradverzahnungen
Norm-Kegelradberechnung (Normberechnung nach ISO 10300 (2014)
Variantenvergleich für örtliche Berechnungen
Mittlere spez. Zahnsteifigkeit
Schnellpegel bei 1000 U/min
Wirkungsgrad
Doppelamplitude der gesamten Wälzabweichung
Minimale Sicherheit gegen Fressen
Maximale Hertzsche Pressung
Maximale Blitztemperatur
Maximale Fußspannung
Minimale Sicherheit gegen Grübchen am Ritzel
Minimale Sicherheit gegen Grübchen am Rad
Örtliche Schadensakkumulation (Schadenssumme Zahnfuß/Zahnflanke)
Wälzlager
Wälzlagerlebensdauer (Akkumulierte Lebensdauern)
Wellen
Festigkeitsnachweis nach FKM (2012)
Verschiedene Schadensakkumulationshypothesen auswählbar (Miner-elementar und Miner-konsequent)
Konservative Berücksichtigung von nichtproportionalen Beanspruchungen