Das Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design (IKTD) entwickelt im Projekt DrEADS gemeinsam mit den Industriepartnern VGA, Umbra Cuscinetti und EADS Innovation Works eine Auslegungsmethode für wälzgelagerte Systeme (insbesondere Kugelgewindetriebe und Axiallager) für deren Einsatz in der Aktorik eines Hubschraubers.
Motivation
Um das Ziel einer nachhaltigeren Luftfahrt verstärkt voranzutreiben, wurde von der Europäischen Kommission die Initiative "Clean Sky" ins Leben gerufen. Ziele von Clean Sky sind u. a. die Reduktion von Schall- und Abgasemissionen. Ein Ansatz zum Erreichen dieser Ziele ist die Substitution hydraulischer Komponenten durch elektromechanische Stellsysteme, die bislang durch einen Hydraulikkolben betätigt werden, könnten künftig durch einen Elektromechanischen Aktor (EMA) ersetzt werden. Dieser setzt sich üblicherweise aus einem Elektromotor, einem Kugelgewindetrieb und ggf. einem Getriebe zusammen.
Zwar ist die Auslegung von Kugelgewindetrieben genormt und deren Einsatz in Werkzeugmaschinen weit verbreitet, doch treten durch den betrachteten Anwendungsfall Belastungen auf, die durch gängige Berechnungsmethoden nicht berücksichtigt werden können.
Problemstellung
Ein "Worst-Case-Szenario" für einen Kugelgewindetrieb und dessen Lagerung als Teil eines Elektromechanischen Aktors (EMAs) findet sich in der Taumelscheibenverstellung eines Hubschraubers. Hier hat die Aktorik - bei quasi-stationären Manövern - in erster Linie Haltearbeit zu leisten, der kleine rotatorische Bewegungen des Regelkreises und hämmernde Lasten von Seiten des Rotors überlagert sind.
Die genormte Auslegung von Lagern und Kugelgewindetrieben, die von kontinuierlichen rotatorischen Bewegungen und weitgehend konstanten Lastniveaus ausgeht, ist für diesen Anwendungsfall ungeeignet. Der Versagensmechanismus der Ermüdung deckt nur einen Bruchteil der in Realität auftretenden Schäden an wälzgelagerten Systemen ab. Hinzu kommen in der Luftfahrt übliche, weite Einsatztemperaturen und hohe Forderungen an die Ausfallsicherheit, welche bislang nicht geeignet berücksichtigt werden.
Zielsetzung
Ziel des DrEADS-Projekts ist die Bestimmung eines Vorgehens zur sicheren Auslegung von wälzgelagerten Systemen (speziell Kugelgewindetriebe und Axiallager). Nach gegenwärtigem Stand soll diese Methode die folgenden Punkte berücksichtigen:
- Berücksichtigung von oszillierenden Bewegungen und oszillierenden Lasten in der genormten Auslegung (ISO281 und ISO3408) → erweiterte Ermüdungslebensdauerberechnung
- Berücksichtigung neuer Versagensmechanismen, wie
- Verlust der Positioniergenauigkeit infolge Verschleiß
- Schäden durch Stillstandsmarkierungen und Muldenbildung (False Brinelling) sowie Fressschäden
- Suche nach geeigneten Methoden zur Schmierung und Beschichtung
Partner
An dem DrEADS-Projekt beteiligen sich neben dem IKTD die Firmen
Projekt-Initiator: Airbus Group Innovations.
Fördergeber: CleanSky
Ansprechpartner
Matthias Bachmann
Dipl.-Ing.Gruppenleiter Antriebstechnik