Browsing by Author "Kley, Markus"

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Einflüsse auf die Lebensdauer von Bus-Automatgetriebegehäusen
(2004) Kley, Markus; Binz, Hansgeorg (Prof. Dr.-Ing.)
Aufgrund des weltweit steigenden Verkehrsaufkommens nimmt die Anzahl der Stadt- und Überlandbusse ständig zu. Stadtbusse weisen im Gegensatz zu anderen Fahrzeugarten einen charakteristischen Fahrzyklus auf, der durch häufige Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge gekennzeichnet ist. Die Antriebsstrangkonfiguration, d. h. die Anordnung von Motor, Getriebe und angetriebenen Achsen von Bussen ist äußerst vielfältig. Daraus ergeben sich unterschiedliche Abtriebsvarianten für Getriebe, die in vielen Bussen zum Einsatz kommen sollen. Im Nutzfahrzeugbereich finden Automatgetriebe überwiegend in Stadtbussen ihre Anwendung. Die wesentlichen Gestaltungsmerkmale von Automatgetrieben werden ermittelt. Daraus wird der Aufbau eines Prinzipgehäuses abgeleitet. Des weiteren werden verschiedene Antriebsstrangkonfigurationen untersucht. Die Belastungen der Gehäuse sind insbesondere auf die Längsdynamik des Busses, auf Fahrbahnunebenheiten und auf Schwingungen zurückzuführen. Aufgrund der Längsdynamik entstehen am Getriebegehäuse Momente durch Kupplungen und den Retarder sowie Lager- und Stützkräfte. Der Einsatz eines Getriebetyps in unterschiedlichsten Fahrzeugen auf verschie-densten Strecken, führt zu einem breiten Belastungsspektrum der Bauteile. Neben der Drehmomentenkapazität des Motors sind für die Belastung der Getriebebauteile das Fahrzeuggewicht, die Achsübersetzung, das Schaltprogramm, die Topografie der Strecke und das Geschwindigkeitsprofil des Fahrzeugs von entscheidender Bedeutung. Hierzu ist die Bestimmung repräsen-tativer Streckendaten von großer Bedeutung. Basierend auf einer repräsentativen Anzahl an Messdaten bzgl. Topografie und Geschwindigkeit von realen Einsätzen werden die zeitabhängigen Belastungen sowie der Verbrauch und weitere Fahrparameter mittels Antriebsstrangsimulation ermittelt. Die Belastungen infolge von Lagerkräften, Kupplungsreaktionskräften und Retardermoment usw. werden an unterschiedlichen Stellen in unterschiedlichen Richtungen nicht proportional über der Zeit zueinander am Gehäuse abgestützt. Das bedeutet, dass eine mehrachsige Belastung vorliegt. Die Beanspruchungen werden mit Hilfe der Finiten-Element-Methode berechnet. Die Belastungen werden an den entsprechenden Stellen als Einheitslasten wirkend auf das Gehäuse bzw. die Anbauteile aufgebracht. Durch entsprechende Wahl der Lasten ist es möglich, z. B. dynamische Belastungen aufgrund des Schaltvorgangs in der Lebensdaueranalyse zu berücksichtigen. Die Beanspruchungen infolge multiaxialer Belastung werden für jeden Einheits-lastfall berechnet. Die Beanspruchung zu einem bestimmten Zeitpunkt wird durch Linearkombination der Beanspruchungen von den Einheitslastfällen mit den entsprechenden Lasten bestimmt. Die Kenntnis über den Zusammenhang zwischen Betriebsgröße und Bauteille-bensdauer hilft kritischere und weniger kritische Betriebsgrößen zu identifizieren sowie die Folgen der Änderung von Betriebsgrößen abzuschätzen. Unter anderem wurde der Einfluss der Durchschnittsgeschwindigkeit, die Anzahl der Stopps pro Kilometer, die Anzahl der Schaltungen, der Verbrauch, die Be-schleunigung, die Steigung und die Masse des Busses betrachtet. Der Einfluss verschiedener Abtriebsvarianten auf die Lebensdauer der Gehäuse wird außerdem betrachtet. Diese Parameter werden der Schädigung des Gehäuses gegenübergestellt um Korrelationen zu erkennen und die schädigungsverursachenden Betriebsgrößen zu ermitteln. Viele Stopps bzw. die Beschleunigungsphasen des Busses, die von einem Stopp ausgehen, führen zu einer hohen Gehäuseschädigung. Ein hoher Verbrauch tritt bei Strecken auf, bei denen eine hohe Schädigung am Gehäuse vorliegt. In einem vollbesetzten Bus wird das Gehäuse stärker beansprucht als in einem leeren Bus. In einem weiteren Schritt wird die Übertragbarkeit der Erkenntnisse auf Wellen und Zahnräder untersucht. Aus diesen Erkenntnissen heraus werden bauteilbezogene kritische Belastungskollektive für Gehäuse, Wellen und Zahnräder definiert. Als wesentliche Betriebsparameter für Busautomatgetriebe haben sich die Anzahl der Stopps, die Anzahl der Beschleunigungsvorgänge, die Steigung und die Gesamtmasse des Fahrzeugs herausgestellt. Ist ein Zusammenhang zwischen einem auf eine bestimmte Streckenlänge bezogenen Fahrparameter und der Bauteilschädigung erkennbar, kann ein Einheitszyklus definiert werden. Bei der Gegenüberstellung der bezogenen Fahrparameter und der bezogenen Schädigung muss ein kritischer Fahrparameter, wie z. B. die Anzahl der Stopps, entsprechend der Korrelation zwischen Fahrparameter und Schädigung definiert werden. Aufgrund der umfangreichen Untersuchungen ist es möglich, für die Getriebe-bauteile repräsentative Lastkollektive zu definieren. Als Grundlage hierfür diente der Zusammenhang unterschiedlicher Fahrparameter und der Schädigung verschiedener Getriebeteile. Durch die Definition entsprechender Einheitszyklen ist es möglich Versuchs- und Rechenzeiten zu reduzieren.