Repräsentative Lastkollektive für Fahrzeuggetriebe (Schriftenreihe des Instituts für Fahrzeugtechnik TU Braunschweig)

Die Kenntnis über die repräsentativen Lastkollektive ist die Grundvoraussetzung für eine optimale Dimensionierung der lastübertragenden Bauteile bzw. Module eines Automobils. Dies gilt für das Fahrwerk genauso wie für den Antriebsstrang und die Karosserie eines Pkw. Kennt man in der Konzeptphase die später im Kundenbetrieb zu erwartenden Belastungen der zu konstruierenden Bauteile nicht, so führt dies zwangsläufig zur Überdimensionierung der entsprechenden Bauteile und damit zu mehr Gewicht und Bauraum.

Zusätzlich setzen die während der Entwicklung notwendigen Dauerversuche zum Nachweis der Bauteilfestigkeit die Kenntnis der repräsentativen Lastkollektive im realen Kundenbetrieb voraus. In beiden Fällen, d.h. sowohl bei der Dimensionierung als auch bei der Erprobung der Bauteile, werden in der Automobilentwicklung im wesentlichen die aus Erfahrung bekannten Belastungen herangezogen. Diese sind jedoch in vielen Fällen nicht repräsentativ, insbesondere dann nicht, wenn sich bei neuen Fahrzeugen wesentliche Parameter wie Motorleistung, Getriebespreizung und Fahrzeugmasse usw. ändern.

Deshalb beschäftigt sich der Forschungs- und Entwicklungsingenieur seit mehr als 30 Jahren mit steigender Intensität mit dem Themenkreis der Simulation von repräsentativen Betriebslasten. In der vorliegenden Arbeit stehen die kraftübertragenden Bauteile von Pkw-Schaltgetrieben im Vordergrund. Ziel der Arbeit ist es, unter Berücksichtigung aller repräsentativen Einflüsse des 3F­ Parameterraums, bestehend aus Fahrzeug-, Fahrstrecken- und Fahrerparametern, die repräsentativen Betriebslasten der Verzahnungen (Zahnfuß- und Zahnflankenbeanspruchung) und der Wälzlager zu simulieren. Die entwickelten Simulationswerkzeuge wurden anhand von umfangreichen Messungen an mehreren Versuchsfahrzeugen verifiziert.

Die erzielten Ergebnisse werden anschließend zur Optimierung des Getriebekonzepts im Sinne von Leichtbau und der repräsentativen Dauererprobung im Fahrzeug und am Prüfstand verwendet. Insbesondere wird im Hinblick auf die Prüfstandsdauererprobung eine Vorgehensweise entwickelt, die es erlaubt, die Erprobungseffizienz erheblich zu steigern.

Mit den vorgestellten Entwicklungswerkzeugen können somit folgende Aufgabenbereiche praxisnah und effizient bearbeitet werden:
- Virtuelle Ermittlung der Betriebslasten an kraftübertragenden Bauteilen des Schaltgetriebes.
- Optimierung des Getriebekonzepts im Sinne von Leichtbau.
- Optimierung der Getriebedauererprobung.

Die entwickelten Werkzeuge stellen damit auf dem Wege der virtuellen Fahrzeugkonstruktion einen wesentlichen Meilenstein dar und konnten in mehreren praktischen Entwicklungsprojekten nutzbringend eingesetzt werden.