Titelaufnahme

Titel
Possibilities for gears with high efficiency which are able to stop in case of a power outage without any additional device / von Philipp Schedl
VerfasserSchedl, Philipp
Begutachter / BegutachterinWeigand, Michael
Erschienen2013
UmfangXII, 87, [5] teilw. gef. Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2013
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-94662 Persistent Identifier (URN)
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Possibilities for gears with high efficiency which are able to stop in case of a power outage without any additional device [6.25 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

In vielen Antriebssystemen kommen Getriebe zur Anwendung. In den meisten Fällen sollen diese Getriebe hohe Wirkungsgrade aufweisen. Außerdem sollen diese Getriebe zusätzlich selbsthemmend wirken. Dadurch wird erreicht, dass die Last stillsteht, sobald der Antrieb ausfällt. Dies ist nötig um sicherzustellen, dass keine Menschen oder Güter zu Schaden kommen wenn die Leistungsversorgung ausfällt und Bremsen schadhaft sind. Da sich, die in der Literatur bekannten selbsthemmenden Getriebe durch hohe Verluste auszeichnen, werden oftmals zusätzliche Komponenten verwendet. Diese sind ausschließlich für die Selbsthemmung des Getriebes verantwortlich. Durch den Einbau von solchen zusätzlichen Komponenten steigen in der Regel das Bauvolumen und die Produktkosten. Allerdings werden höhere Wirkungsgrade erzielt und damit die Betriebskosten gesenkt. Mit der Verwendung von zusätzlichen Einbauten entstehen in einem globalen Markt weitere Probleme. Viele internationale Konzerne vertreiben ihre Produkte in einigen Ländern über Subfirmen. Für den Mutterkonzern ist es damit zunehmend schwierig den Überblick über ihre Produkte und die damit verbundenen Haftungen und Gewährleistungen zu bewahren. In einigen Fällen wird dies ausgenutzt um die erwähnten zusätzlichen Komponenten zu entfernen oder zu manipulieren. Dadurch entsteht die Frage wie ein Getriebe konzipiert sein müsste, welches nur durch eine fix implementierte Geometrie an den leistungsübertragenden Bauteilen, Selbsthemmung erzeugt und dennoch wenig Antriebsleistung vernichtet. Demnach soll die erwähnte Geometrie sowohl für die Leistungsübertragung des Getriebes als auch für die Selbst-hemmung verantwortlich sein. Das bedeutet wenn diese Geometrie entfernt oder geändert wird ist das Getriebe nicht mehr in der Lage dieselbe Aufgabe im selben Umfang zu realisieren. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist es ein Konzept für ein derartiges Getriebe zu finden. Durch eine von einer Firma vorgegebene Anforderungsliste sind andere (Sub-)Ziele vorgegeben. Wobei festgehalten werden muss, dass diese Liste für zahlreiche Anwendungen im Maschinenbau Gültigkeit hat. Entsprechend der Aufgabenstellung gilt es in dieser Diplomarbeit zu Klären, ob nur durch die Richtung des Leistungsflusses verursacht (d.h. ohne zusätzliche Bauteile), das Wirkungs-gradverhalten eines Getriebes signifikant geändert werden kann. Um mögliche Lösungen zu finden werden aus der Literatur geeignete Getriebe ausgewählt (Kapitel 2) und mit Mathcad berechnet. Insgesamt sind in dieser Arbeit drei Arten von Getrieben ausgewählt worden. Diese waren die selbsthemmende Schrägverzahnung (Kapitel 4), Planetengetriebe in Parallelschaltung (Kapitel 5) und der Kurbeltrieb (Kapitel 6). In Kapitel 3 sind die Einflüsse aus Wirkungsgrade von häufig angewendeten Getrieben möglichst allgemein untersucht worden. Sollte die Berechnungen zeigen, das Selbsthemmung möglich ist, werden diese Modelle mittels CAD-Software (Pro/Engineer) modelliert. Diese dienen dazu um das Verhalten der Getriebe in einer Mehrkörpersystem-Simulation zu testen. Hierbei muss erwähnt werden, dass diese Simulation nicht vom Autor dieser Diplomarbeit durchgeführt wird und dementsprechend auch nicht Teil dieser Arbeit ist. Auf Basis der Simulation wird mittels Mathcad, Matlab oder gnuplot eine Analyse der Modelle durchgeführt. Mit den Erkenntnissen dieser Analyse wird versucht die Nachteile dieser Getriebemodelle zu korrigieren. Dies führt zu neuen Modellen, die beurteilt werden um herauszufinden welches Modell die Anforderungsliste am besten erfüllt (Kapitel 7). Die Beurteilung wird dabei mit Excel in Anlehnung an die VDI-Richtlinie 2225 durchgeführt. Wobei die Bewertungskriterien aus der Anforderungsliste übernommen werden.

Zusammenfassung (Englisch)

In many drive systems gears are installed. It is common that these transmissions operate with high efficiencies. In some applications these gears should be self-locking additionally. This ensures that the gear is stopped in case of a failure at the motor side. This is necessary in order to reduce the risk of endangering human lives or goods in case of power outage and a brake failure. Because common self-locking gears have high power losses, often additional devices are in use. They are solely responsible for the self-locking. These devices require an increased design volume and construction costs. However they are taken into account to achieve a better efficiency and to decrease costs of operation. In a global market the use of external devices occurs to additional problems. Many international companies are working with sub-firms thus to open up new markets. In these markets, it is increasingly difficult to maintain an overview of rules, regulations and laws. Sometimes this issue is abused to remove or to manipulate the mentioned external components. Thereby the question arises how to create a gear which is able to stop only due to a fixed implemented geometry of the power transmitting parts. As a result most of the motor power can be used at the machine. Hence this geometry should be indispensable responsible for the power transmission as well as for the self-locking. That means if this geometry is removed the gear should not be able to perform the same task in the same scope. The main aim of this master thesis is to find such a solution. Other (sub-)aims of this thesis are specified in a requirement list which is given by a company. Wherein must be noted that this list is valid for multiple applications in mechanical engineering. Accordingly to the main aim of this master thesis, it has to be clarified if there is any possibility for a significant change of the efficiency performance of the gear only triggered by Subsequently they are tested in a multi body simulation, wherein it must be noted that these simulation is not part of this master thesis because it is not done of the same author as this thesis. Based on the simulation an analysis of the models is done with Mathcad, Matlab or gnuplot. With the findings of this analysis it is attempted to correct the disadvantages of these models. This leads to new models which are evaluated with Excel to find out which model satisfies the requirement list best (chapter 7). The evaluation is done according to VDI guideline 2225, wherein the criteria for evaluation have been incorporated from the requirement list.