Höchstdrehzahlprüfstand für Fliehkraftuntersuchungen
Zur Untersuchung des Spannungzustandes der in den Prüfverzahnungen aus der Fliehkraft resultiert, ist ein entsprechender Prüfstand notwendig. Dazu wird im Rahmen des Vorhabens Light4Speed an der FZG ein Höchstdrehzahlprüfstand mit einer Grenzdrehzahl von 50.000 U/min entwickelt. Mit diesem ist es möglich, lastfrei Messungen bei hohen Drehzahlen durchzuführen. Ein drehzahlgeregelter Elektromotor treibt abgesichert über eine Überlastkupplung und einen externen Drehzahl- / Drehmomentsensor ein Vorgelegegetriebe an. Dieses übersetzt die Motordrehzahl ins Schnelle. Die Übersetzung wird so festgelegt, dass eine möglichst eine große Spreizung des Drehzahlbereiches zu ermöglicht wird. Die Ölversorgung erfolgt über ein externes Ölaggregat. Bei diesem kann die Öltemperatur als auch die Durchflussmenge geregelt werden. Der Abtrieb des Vorgelegegetriebes treibt die Antriebswelle des Prüfzahnrades an. Durch die hohe Drehzahl erfährt dieses Prüfzahnrad eine entsprechend hohe Fliehkraftbelastung. Das Prüfzahnrad befindet sich in einer berstsicheren Prüfbox, welche an einer Seite Sichtfenster aus Plexiglas besitzt. Eine High-Speed Kamera erlaubt hierbei die Beobachtung von fliehkraftinduzierten Verformungen am Prüfzahnrad. Durch am Prüfzahnrad aufgebrachte Dehnmessstreifen (DMS) können dort ebenfalls auftretende Spannungen und Verformungen quantifiziert werden. Diese werden über eine Telemetrie zum Messrechner übertragen.
FZG-Schnelllauf-Stirnradverspannungsprüfstand
FZG-Stirnradverspannungsprüfstände nach DIN ISO 14635-1 erlauben u.a. die Untersuchung der Zahnfuß- und Zahnflankentragfähigkeit von Stirnradstufen. Hierbei werden die Prüfräder mittels einer Torsionswelle und einer Belastungskupplung gegeneinander verspannt. Ein Übertragungsgetriebe mit der gleichen Übersetzung wie die zu prüfende Stirnradstufe schließt den Leistungskreislauf. Der elektrische Antriebsmotor muss bei diesem leistungsverzweigten Prüfstandsprinzip lediglich die Verlustleistung des Prüfsystems aufbringen und es eignet sich daher besonders für eine wirtschaftliche Untersuchung der Zahnradtragfähigkeit. Die übliche Drehzahl an einem FZG-Stirnradverspannungsprüfstand beträgt 3.000 U/min. Durch ein Vorgelege-Getriebe ist es möglich die Drehzahl von auf 6.000 U/min (ggf. 9.000 U/min) zu erhöhen und somit einen Schnelllauf-FZG-Stirnradverspannungsprüfstand zur Verfügung zu haben. Die FZG verfügt über mehrere FZG-Stirnradverspannungsprüfstände, von denen einer um ein solche Vorgelege-Getriebe erweitert werden soll. Optional ist angedacht, den sich derzeit in Entwicklung befindlichen Hochdrehzahl-FZG-Stirnradverspannungsprüfstand zu verwenden, falls dieser termingerecht zur Verfügung stehen sollte. Dieser soll nach aktuellem Stand noch 2021 in Betrieb genommen werden und hätte den Vorteil, dass die Prüfdrehzahl unter Last auf bis zu 15.000 U/min gewählt werden könnte.
Pulsatorprüfstand
Laufversuche in FZG-Stirnradverspannungsprüfstände nehmen üblicherweise mehr Zeit und Aufwand in Anspruch als Untersuchungen an Pulsatorprüfständen. Die Abbildung zeigt schematisch einen elektromagnetisch erregten Resonanzpulsator der FZG. Zur Ermittlung der Zahnfußtragfähigkeit wird dort ein Prüfrad zwischen zwei Backen über mehrere Zähne symmetrisch eingespannt und zyklisch belastet. Die Flanke liegt hierbei auf den planparallelen, gehärteten Flächen der Pulsatorbacken auf. Durch die evolventische Form der Zahnflanke tangiert die Strecke zwischen den Berührpunkten der Zahnflanken mit den Pulsatorbacken stets den Grundkreis, solange sich die Berührpunkte auf der Flanke befinden. Über eine Einspannhilfe wird sichergestellt, dass das Zahnrad symmetrisch eingespannt ist und die Zahnkraft an beiden Zähnen mit dem gleichen Biegehebelarm wirkt. Die Einspannhilfe wird nach dem Einklemmen des Zahnrads zwischen den Pulsatorbacken entfernt. Über die Einspannzähnezahl kann in diskreten Stufen der Biegehebelarm eingestellt werden. Dieser wird so gewählt, dass der Angriffspunkt der Pulsatorkraft näherungsweise dem äußeren Einzeleingriffspunkt im Laufversuch entspricht. Nach dem Einspannen des Prüfrads wirkt eine konstante Klemmkraft, die verhindert, dass das Zahnrad durch die Gewichtskraft aus der Einspannung fällt. Im Betrieb wirkt zusätzlich eine schwellende, sinusförmige Prüfkraft, die sich der Klemmkraft überlagert. Insgesamt ergibt sich ein sinusförmiger Belastungsverlauf dessen Unterlast die Klemmkraft und dessen Oberlast die Summe aus Klemmkraft und der Amplitude der Prüflast ist.
