Probleme: Übertragungsfehler, Transmission Error, Emissionen von Körperschall und Geräuschen, mechanischer Verschleiß an Bauteilen

Ziel: Optimale Auslegung Windkraftgetriebe, Reduzierung Körperschallemissionen

Jedes Getriebe und die darin verbauten Einzelteile unterliegen Fertigungstoleranzen, die je nach Bestimmung und Einsatzort der gesamten Baugruppe unterschiedlich eng gefasst sind. Aufgrund dieser Fertigungstoleranzen in Kombination mit den temperatur- und lastabhängigen Bauteilelastizitäten sowie Montageeinflüssen weicht die Übertragungsfunktion der Drehbewegung und des Drehmoments von der idealen Übertragungsfunktion ab. Dieses Phänomen wird auch als Übertragungsfehler (engl. TE = Transmission Error) bezeichnet. Je komplexer ein Getriebe aufgebaut ist, d.h. je mehr Getriebestufen inklusive Wellen, Räder und Lager ein Getriebe besitzt, desto größer wird die Summe der einzelnen Übertragungsfehler. Die Folgen der Übertragungsfehler äußern sich durch erhöhten makroskopischen und mikroskopischen Verschleiß an den Bauteilen und Bauteiloberflächen. Des Weiteren sind sie durch Emission von Körperschall und Geräuschen für Menschen akustisch wahrnehmbar. Daher ist eine Messung des Übertragungsfehlers notwendig. Diese stellt sicher, dass jede einzelne Getriebestufe in ihrem Fehler quantifiziert werden kann.

Folglich lassen sich bauartbedingte Einflüsse, die sich beispielsweise zwischen Stirn- oder Planentengetriebe stark unterscheiden, als auch Zahneingriffsfehler mittels geeigneter Messtechnik analysieren. Durch leistungsstarke Software können Ordnungs- und Frequenzspektren in zwei- und dreidimensionaler Darstellung erzeugt und Korrelationen zwischen Übertragungsfehlern und Körperschallemissionen gefunden werden. Um Messdaten zu erfassen, werden hochauflösende Inkrementalsensoren an der Getriebeeingangs- und Ausgangswelle appliziert. Jedoch verursachen Exzentrizitäten oder Wellenschläge Messfehler. Daher können bei großen Wellendurchmessern auch zwei um 180° versetzte Drehzahlsensoren appliziert werden, um die Messfehler in der Software zu eliminieren. Hierzu stehen je nach Wellendurchmesser unterschiedliche Sensortypen zur Verfügung wie einteilige Hohlwellendrehgeber oder eine zweiteilige Sensorik mit separatem Sensorkopf und einem Magnetband, das die Welle umspannt. Darüber hinaus sind im Idealfall weitere Drehzahlsensoren an den Zwischenwellen im Getriebeinneren verbaut. Parallel zur Drehzahlerfassung erfolgt eine Messung des Körperschalls mittels Beschleunigungssensoren an unterschiedlichen Stellen des Getriebes.

Die erfassten Messwerte werden im Zeit- sowie Spektralbereich ausgewertet.

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