Auslegung eines Synchrongelenks für den Einsatz in Schrägachsen-Axialkolbenmotoren
Johannes Steinwede
Hydrostatische Antriebe stehen im Wettbewerb mit anderen Antriebsarten bei mobilen Arbeitsmaschinen. Aus der Forderung nach höheren Fahrgeschwindigkeiten wird für die breit verbreiteten Schrägachsenmotoren die Notwendigkeit nach einem großen Schwenkwinkel abgeleitet. Konstruktiv ist dabei maßgeblich ein notwendiges Gleichlaufgelenk auszulegen, welches die Drehbewegungen von Triebwelle und Zylinder synchronisiert.
Ausgehend von der Konzeptentwicklung werden drei Triebwerksvarianten entwickelt, welche verschiedene am Markt etablierte Konstruktionsmerkmale aufnehmen und über einen großen möglichen Schwenkwinkel verfügen. Zwei Konzepte verwenden ein Kugelgleichlaufgelenk, eines ein doppelt angeordnetes Tripodegelenk. Zur Identifikation von Geometrieparametern, welche die Gelenkbelastung bestimmen, wird die Betriebsbelastung der Gelenke zunächst mit analytischen bzw. empirischen Ansätzen beschrieben. Die Lastbeschreibung wird darauf folgend über den Vergleich mit Messungen an den Gelenken bei Betrieb auf einem Motor-Generator-Prüfstand validiert.
Das Verhalten der verwendeten Gelenke wird insbesondere im Hinblick auf mögliche Übertragungsfehler mittels verschiedener Simulationsmethoden analysiert. Aufgrund der bisher nur auf Ermüdung berechenbaren Gelenke wird die Belastbarkeit der Gelenke unter den Bedingungen im Hydraulikmotor in stichprobenartigen Versuchen auf einem Gelenkprüfstand ermittelt.
Nach einer Konzeptvorauswahl wird für das Triebwerk mit doppeltem Tripodegelenk der Einfluss des Gesamtsystems auf die Gelenkbelastung ermittelt, indem Prüfstand und Motor als Mehrkörpersimulation abgebildet werden und Rechenergebnisse mit Messungen verglichen werden.
Anhand eines realnahen Fahrzyklus’ wird die Lebensdauer des Gelenks für den Einsatz im Motor berechnet und zugleich der Einfluss des Fahrzyklus’ auf die Gelenkbelastung ermittelt. Schlussendlich wird eine Auslegungsmethodik entwickelt, welche den universellen Einsatz von hydraulischen Schrägachsenmotoren insofern berücksichtigt, als explizit zwischen Maßnahmen in Produktentwicklung und Applikation unterschieden wird.
