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Oliver Thies

Oliver Thies

Werner-Heisenberg-Gymnasium

 

Titel der Forschungsarbeit: Konstruktion gewichtsoptimierter Radnabengeometrien für Höchstdrehzahlverzahnungen unter Anwendung bionischer Strukturen

Fakultät: TUM School of Engineering and Design

Lehrstuhl: Lehrstuhl für Maschinenelemente

Betreuung: Yves Johannes Barth und Sascha Rommel

Abstract der Forschungsarbeit

Leichtbau wird seit Beginn des Automobilbaus eingesetzt. Bei der Entwicklung von massereduzierten Maschinenelementen für Elektromotoren mit hohen Drehzahlen darf auch die Fliehkraft nicht vernachlässigt werden. Ziel dieser Arbeit war der Entwurf eines Portfolios von Leichtbau-Geometrien für Zahnräder unter Berücksichtigung des Fliehkrafteinflusses. Hierfür wurde auf den Formleichtbau in Kombination mit der Bionik zurückgegriffen. Zunächst wurden die Entwürfe mithilfe der Ergebnisse aus den Fliehkraftsimulationen in mehreren Iterationen optimiert, um eine möglichst gleichmäßige Spannungsverteilung im Radkörper zu erzielen. Im Anschluss daran wurde derselbe Optimierungsprozess unter Berücksichtigung der Verzahnungskraft durchgeführt. Die Masse der finalen Varianten konnte signifikant reduziert werden. Variante 5.1 weist die besten Ergebnisse bei der Zahnfußspannung unter Fliehkrafteinwirkung auf, die Spannung aus der Verzahnungskraft ist allerdings verhältnismäßig hoch. Die Spannung in der 30°-Tangente infolge der Verzahnungskraft ist bei Variante 5.2 am geringsten, auch die errechnete Zahnfußspannung infolge der Fliehkraft liegt nicht weit über der Spannung bei Variante 5.1. Variante 5.3 ist zwar die leichteste Variante, die berechneten Spannungen sind jedoch auch in allen Bereichen am höchsten. Aus der Masse sowie der Tragfähigkeit der drei Varianten ergeben sich unterschiedliche Anwendungsbereiche.