Aircraft gearbox design and manufacturing of tomorrow (ARGONAUT)

Abstract

Der prozessbedingte Verzug einsatzgehärteter Luftfahrt-Getriebebauteile aus Werkstoffen wie 16NCD17 und SAE9310 stellt eine zentrale Herausforderung dar, da belastbare Simulationsmodelle zur Vorhersage dieses Verzugsverhaltens bislang nur eingeschränkt verfügbar waren. Parallel dazu existierte für innenverzahnte Hohlräder trotz des etablierten Pulsatorprüfstands zur Untersuchung außenverzahnter Zahnräder kein validiertes Prüfkonzept zur Tragfähigkeitsermittlung. Im Rahmen des Vorhabens ARGONAUT wurden daher zwei komplementäre Ziele verfolgt: die experimentelle und simulative Charakterisierung des Verzugsverhaltens einsatzgehärteter Getriebebauteile zur Prozessoptimierung sowie die Entwicklung einer Prüfmethode zur Tragfähigkeitsermittlung innenverzahnter Hohlräder im Pulsatorprüfstand. Die Verzugsuntersuchungen umfassten die Optimierung der Hochdruck-Gasabschreckung, eine systematische Eigenspannungs- und Verzugsanalyse sowie die Entwicklung eines gekoppelten DANTE-Abaqus-Simulationsframeworks und eines datengetriebenen Surrogatmodells. Zur Ermittlung der Tragfähigkeit wurden die kritischen Beanspruchungen in der Anwendung mittels FEM-Simulationen analysiert und darauf aufbauend zwei separate Analogiekonzepte für die Schadensarten Hohlrad-Flankenbiegebruch und Radkranzbruch entwickelt, simulativ validiert und in Pulsatorversuchen erprobt. Die axiale Aufschlüsselung wurde als dominanter Verzugsmodus identifiziert; das Surrogatmodell erreicht ca. 98 % Vorhersagegenauigkeit bei ca. 98 % Rechenzeitreduktion. Beide Analogiekonzepte ermöglichen eine reproduzierbare Erzeugung der jeweiligen Schadensbilder und liefern belastbare Ergebnisse zum Einfluss unterschiedlicher Wärmebehandlungsvarianten. Die entwickelten Methoden bilden damit eine fundierte Grundlage zur Prozessoptimierung und zum Nachweis der Bauteilsicherheit in der Luftfahrtgetriebefertigung.