Optimierung eines Integralgetriebes hinsichtlich Deformationen und Festigkeit

Integralgetriebe stellen die Kernkomponente von sogenannten Mehrwellenradialverdichtern und Mehrwellenradialexpandern dar. Bauartbedingt werden die Gehäuse der Verdichter- bzw. Expanderstufen (Spiralgehäuse) direkt an das Getriebegehäuse angeflanscht. Die Verdichter- bzw. Expanderlaufräder sind starr mit den Ritzelwellen verbunden und besitzen keine eigene Lagerung. Das Getriebegehäuse muss somit neben den Lagerkräften auch die Gewichtskräfte der Spiralgehäuse und die z. B. aufgrund thermischer Verspannungen entstehenden Rohrleitungskräfte aufnehmen.

In einer FE-Analyse wurde ein Getriebegehäuse hinsichtlich Bauteilfestigkeit und Deformationsverhalten optimiert. In der Deformationsanalyse werden die Relativbewegungen zwischen verschiedenen Lagerstühlen sowie zwischen den Lagerstühlen und den zugehörigen Verdichteranschlussflächen berechnet.

Die obere Abbildung zeigt das FE-Modell des Getriebegehäuses. Die mittlere Abbildung zeigt den Spannungsvorlauf des Gehäuses für den kritischsten Lastfall. Die maximalen Spannungen treten nahe der Trennfuge zwischen Gehäuseunter- und -oberteil auf und sind in der Abbildung rot markiert. Die untere Abbildung zeigt den Grad der Deformationen des Gehäuses (Draufsicht).

Durch das Einbringen zusätzlicher Rippen konnte das Spannungsmaximum um mehr als 40% reduziert werden, die maximalen Deformationen konnten partiell um bis zu 30% reduziert werden.

Als weiteres Ergebnis der Gehäusesimulation können die statischen und dynamischen Steifigkeiten der Lagerstühle ermittelt werden.