Entwicklung eines PTO-Winkelverteilergetriebes : Konstruktion eines Prototyps

Abstract

Ziel dieser Diplomarbeit war die Entwicklung, Konstruktion und Erstellung aller fertigungstechnisch relevanten Unterlagen eines Winkelverteilergetriebes für den Sonderfahrzeugbau der Firma Rosenbauer International AG, welches den Vorgaben des Lastenheftes "Lastenheft für die Entwicklung eines PTO-Winkelverteilergetriebes D002" und der darin niedergeschriebenen Anforderungen genügen musste. Das Getriebe soll in einem, noch in der Entwicklung befindlichen, seriellen Hybrid Feuerwehrfahrzeug die Aufteilung der mechanischen Antriebsleistung einer Verbrennungskraftmaschine auf die primären Komponenten des Fahrzeuges bewerkstelligen. Zu diesen Komponenten zählen der Generator, welcher die Stromversorgung des gesamten Fahrzeuges bewerkstelligt, die Löschwasserpumpe und der Nebenabtrieb, welcher durch Riementriebe mehrere Nebenverbraucher des Fahrzeuges versorgen soll. Eine weitere Anforderung an die Konstruktion war die Implementierung des dritten Lagerungspunktes des Antriebsstranges und die praktische Umsetzung einer ebenfalls in das Getriebegehäuse integrierten Tragkonstruktion des Generators. Der dem Getriebe eingeräumte Bauraum dieses Fahrzeugkonzeptes forderte eine kompakte Bauweise mit den maximalen Abmessungen von 250 x 250 x 250 mm. Zusätzlich war eine orthogonale Anordnung der Abtriebswellen der Generatorstufe und der Löschwasserpumpe zur Kurbelwellenachse der Verbrennungskraftmaschine ein wesentlicher Punkt des Lastenheftes. Der Nebenabtrieb sollte stirnseitig, in Längsrichtung angeordnet sein, und somit als Durchtrieb der Getriebeeingangswelle realisiert werden. Der Nachweis der Tragfähigkeit von Zahnrädern und Wellen erfolgte mittels der Berechnungsprogramme KISSsoft und FVA-Workbench, Lagerberechnungen erfolgten teilweise händisch, mit Excel und unter Zuhilfenahme der von SKF angebotenen Lagerberechnungstools. Die Berechnung der Wellennabenverbindungen erfolgte wiederum händisch. Die Konstruktion des Getriebes erfolgte mittels Solid Edge V18, die Fertigungszeichnungen wurden in Auto CAD 2007 erstellt.

The objectives of this thesis were the development of a transfer gearbox, including the preparation of all necessary engineering data, for the special-purpose vehicle manufacturing. The gearbox had to comply with the requirements, written down in the specification sheet "Specification sheet for the development of a PTO- transfer gearbox D002" which was issued by Rosenbauer International AG. The function of the gearbox is to divide the mechanical output of an internal combustion engine and distribute the power on the primary Components of the vehicle. The primary components are the Generator, which is provides the vehicle concept with electrical power, the water pump and the auxiliary of the car. The power take off for the auxiliaries will be managed due various belt drives supporting them with the appropriate rotation speed. A further requirement of the Construction is the implementation of the third suspension trolley of the drive train and the mechanical support for the just mentioned generator. The available installation space, which accounts on 250 x 250 x 250 mm, is the limiting factor for the outer dimensions of the gearbox and requires a compact construction. Another point, which had to be observed, was the geometrical arrangement required by Rosenbauer International AG. For that the axes of the generators and the pump reduction stage had to be orthogonal measured against the crankshaft axis of the combustion engine. The power take-off for the auxiliaries should be located on the face side of the gear box and be realised by designing the gear input shaft as a through drive. The load-proof of capacity for the shafts and gears was performed by using the calculation software KISSsoft and FVA-Workbench, the calculation of the bearing service life was particularly made by hand, with MS-Excel and the help of the online calculation tool provided by SKF. The calculation of the shaft-hub connection was carried out by hand again. The construction of the transfer gearbox was carried out by means of CAD-Systems, called Solid Edge V18, the construction drawings where generated whit Auto CAD 2007.