Erweiterung des Linienkontaktmodells für die Finite-Elemente-basierte Zahnkontaktanalyse von Stirnradverzahnungen

Das FE-basierte Linienkontaktmodell stellt derzeit eines der genauesten Verfahren für die Zahnkontaktanalyse unter Last von Stirnradverzahnungen dar. Ein Alleinstellungsmerkmal dieses Kontaktmodells ist dabei insbesondere die sehr genaue Berücksichtigung der Zahnsteifigkeiten, die durch FE-Berechnungen aus den Zahn- und Radkörperverformungen ermittelt werden. Dennoch hat sich gezeigt, dass weitere Verbesserungen des bestehenden Kontaktmodells möglich sind. Daher besteht die Zielsetzung, systematisch Verbesserungsmöglichkeiten zu sammeln, experimentell zu implementieren und anzuwenden. Des Weiteren ist eine rechnerische und experimentelle Verifikation der sich aus den Verbesserungen des Kontaktmodells ergebenden, erweiterten Anwendungsmöglichkeiten durchzuführen. Eine der derzeit bestehenden Restriktionen der FE-basierten Zahnkontaktanalyse liegt in der Kopplung zwischen der Definition der Kontaktbereiche und der FE-Berechnung. Diese Kopplung besteht darin, dass die Definition der Lastfälle, für die eine FE-Berechnung durchgeführt wird, im lastfreien Zustand an diskreten Berührpunkten erfolgt. Eine Anpassung der Berührpunktlagen unter Last für den Fall großer Verformungen im Zahneingriff kann dabei nicht vorgenommen werden. Daher soll eine Trennung der Kontaktdefinitionen von der FE-Berechnung realisiert werden, wodurch sich als wesentlicher Vorteile ergibt, dass im Falle großer Verformungen im Zahneingriff oder auch Änderungen des Achsabstandes die Kontakte respektive die Lage der Berührpunkte neu definiert werden können. Dadurch können Verlagerungen der Kontaktbereiche unter Last, Überdeckungszugewinn oder vorzeitige Zahneingriffe erfasst werden. Dies soll dann ohne erneute FE-Berechnung im Rahmen der Lösung des mathematischen Federmodells erfolgen. Zur Realisierung der Trennung von Kontaktdefinition und FE-Berechnung ist eine neue Methode zur Bestimmung der Einflusszahlen erforderlich, was letztendlich gleichbedeutend mit der Erstellung eines neuen Kontaktmodells ist.