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Infobrief Nr. 46 für Dezember 1997

Copyright by HEXAGON Software 1997


WL1+ Quick-Ausgabe

In die Quick-Ausgabe von WL1+ wurde die Lebensdauer L10 und L%a der Wälzlager mit aufgenommen (% = Ausfallwahrscheinlichkeit in Prozent)

WL1+ Sicherheiten

WL1+ berechnete bisher die Sicherheiten bezogen auf wechselnde Beanspruchung von Biegung, Zug/Druck und Torsion. In der neuen Version können Sie wählen, ob Drehmoment und Axialkräfte wechselnd, schwellend oder ruhend auftreten.

In Abhängigkeit davon berechnet WL1+ dann die Vergleichsspannung bezogen auf Sigma bw. Als Ergebnis erhält man nur noch einen Wert für die Sicherheit: S = Sigma bw / Sigma v.

WL1+ Belastungszustand

Für Drehmomente und Axialkräfte kann man angeben, ob die Beanspruchung wechselnd, schwellend oder statisch sein soll. Biegespannungen (aus Querkräften, Streckenlasten und Biegemomenten) sind durch die Drehung der Welle immer wechselnd, auch wenn die Belastung rein statisch ist. Die Lastfrequenz ist gleich der Drehzahl der Welle. Anhand der Vergleichsspannung wird der räumliche Spannungszustand auf einen ebenen Spannungszustand umgerechnet. Die Sicherheit wird berechnet aus

S = sigma bw / Sigma v

Abhängig von der Festigkeitshypothese ist

Sigma v = SQRT ( sigma² + ( alpha0 * phi * tau )²)

Mit der  Korrekturzahl  alpha0  kann man die  unterschiedlichen
Spannungszustände berücksichtigen:

              Sigma bw
alpha0   =  ------------
             phi * tau

wobei für tau bei wechselndem Drehmoment tau w, bei schwellendem Drehmoment tau sch, und bei statischer Beanspruchung tau F eingesetzt wird. phi ist abhängig von der Festigkeitshypothese (1,2, oder 1.73). Beispiel: Eine Welle aus St50 ist durch das Biegemoment Mb und das Drehmoment Mt belastet. Wie groß ist nach der Hypothese der größten Gestaltänderungsenergie die Korrekturzahl alpha0, wenn a) die Biegung wechselnd, die Torsion ruhend, b) beide wechselnd, c) die Biegung ruhend, die Torsion wechselnd erfolgt ?
Aus der Werkstoffdatenbank WST1 entnimmt man die Grenzspannungen: sigmabF=450N/mm² sigmabW=250N/mm² tauF=180N/mm² tauW=150N/mm². Es ist also mit phi=SQRT3
a) alpha0 = sigma bW/(phi tauF) = 250 / ( SQRT3 * 180 ) =  0.8
b) alpha0 = sigma bW/(phi tauW) = 250 / ( SQRT3 * 150 ) =  0.96 ÷ 1
c) alpha0 = sigma bW/(phi tauF) = 450 / ( SQRT3 * 150 ) =  1.7
Bei WL1+ wird die Korrekturzahl alpha0 vom Programm ermittelt, wenn man den Werkstoff aus der Datenbank wählt und die Festigkeitskennwerte bekannt sind.

WL1+ Zug- und Biegespannung

Für die Berücksichtigung von überlagerten Zugspannungen auf die Vergleichsspannung wird die Zugspannung auf den Biegewechselspannungsanteil der Vergleichsspannung folgendermaßen umgerechnet:
sigmaz wechselnd: sigmavb = sigmab + sigmaz * sigmabw / sigmaw
sigmaz schwellend: sigmavb = sigmab + sigmaz * sigmabw / sigmasch
sigmaz ruhend: sigmavb = sigmab + sigmaz * sigmabw / Re

WL1+ Krit.Drehzahl für 3-fach Lagerung

Auch für 3-fach gelagerte Wellen kann man nun die Resonanzdrehzahl für Biegeschwingungen berechnen. Da hierdurch die Rechenzeit um ein mehrfaches erhöht wird, kann man nun unter "Bearbeiten->Berechnung" die Berechnung der biegekritischen Drehzahl abschalten. Die Kritische Drehzahl für Drehschwingungen ist unabhängig von der Anzahl der Lagerstellen, und kann daher immer ausgegeben werden.

FED8 - Federarbeit

Ein Diagramm mit dem Verlauf der Federarbeit wurde in die FED8-Software zur Berechnung von Drehstabfedern aufgenommen. Bei wechselnd beanspruchten Drehstabfedern geht der Verdrehwinkel von -alpha bis +alpha. Die maximale Federarbeit von -alphan .. +alphan ist dann Mn * alphan (Index n=nutzbarer Verdrehwinkel für Schubspannung tau n = tau zul).

FED2 - Oberspannung und tau zul

Theoretisch müßten die zulässige Schubspannung für statische Beanspruchung und die Oberspannung im Goodman-Diagramm identisch sein. Normalerweise trifft dies auch zu, bei manchen Werkstoffen gibt es jedoch Abweichung bis ca. 15%. Das kommt davon, daß für die Berechnung von tau zul und für die Herleitung der Goodman-Diagramme unterschiedliche Quellen verwendet wurden. Die Goodman-Diagramme stammen aus DIN 2089, die Zugfestigkeitswerte aus der EN 10270, welche der alten DIN 17223 entspricht. Bei der Druckfederberechnung ist tau zul = 0.56 * Rm (nach DIN 2089). Bei der Zugfederberechnung wird laut DIN 2089 Blatt 2 die zulässige Schubspannung als 0.45 * Rm eingesetzt. Das Goodman-Diagramm ist jedoch dasselbe für Druck- und Zugfeder, deshalb ergeben sich bei der Zugfeder größere Abweichungen. Ausschlaggebend für die Dauerfestigkeit von Zugfedern mit Ösen ist jedoch fast immer die Biegespannung im Ösenübergang. Durch Verwendung von eingerollten oder eingeschraubten Ösen oder Gewindebolzen kann diese Schwachstelle eliminiert werden.

FED2 - Index kn

Bei der Zugfederberechnung wird der Index n als nutzbarer Federweg für statische Beanspruchung ausgegeben, bei dem die Schubspannung tau n = tau zul ist. Bei dynamischer Beanspruchung werden für tau k1 und tau k2 die korrigierten Schubspannungen (tau k = tau * k) eingesetzt, bei statischer Beanspruchung wird der Spannungskorrekturfaktor k nicht berücksichtigt (entsprechend DIN 2089). Im Auszug werden für Pos. 1 und 2 die korrigierten Schubspannungen tau k1 und tau k2 eingesetzt, für Pos. 0 und n dagegen die statischen Werte tau 0 und tau n. In der neuen Version wird tau kn = tau n * k zusätzlich ausgegeben, und der zugehörige maximale Federweg bei dynamischer Beanspruchung berechnet. Dadurch wird klarer, wieso tau k2 größer als tau n sein kann.
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Federlänge mm   Federweg mm   Federkraft N        tau N/mm²       S
======================================================================
L0=  27.47ñ0.8                F0=    8.47         tau0 =   86
L1=  39.98      s1=  12.51    F1=   45.62ñ5.38    tauk1=  559     1.39
                sh=  10.00    Fh=   29.69         taukh=  364     1.09
L2=  49.98      s2=  22.51    F2=   75.31ñ5.83    tauk2=  923     0.84
Lkn= 45.96      skn= 18.49    Fkn=  63.38         taukn=  777     1.00
Ln=  50.41      sn=  22.94    Fn=   76.58         taun =  777     1.00
----------------------------------------------------------------------
                                                (S = tau zul. / tau y)

       Sigma zul. / Sigma q2 = 0.68       Sigma hzul. / Sigma bh = 0.67
In diesem Beispiel einer dynamisch beanspruchten Zugfeder ist tauk2 größer als taun, obwohl der Federweg s2 kleiner als sn ist. Jedoch ist der Federweg s2 größer als der bei dynamisch beanspruchter Feder nutzbare Weg skn. Bei Zugfedern mit Öse besteht die größte Ausfallgefahr meist im Ösenübergang, wenn die zulässige Biegespannung überschritten wird. Auch in diesem Beispiel wird die Zugfeder am Ösenübergang brechen, bevor die zulässige Schubspannung in den Windungen überschritten wird, da die zulässige Biegespannung Sigma zul. im Ösenübergang weit vor der zulässigen Schubspannung überschritten wird.

FED2 - Vorspannkraft

Wenn nur eine Federlänge und eine zugehörige Federkraft vorgegeben ist, gibt man bei der Druckfederberechnung F1=0 und L1=L0 und sh=s2 ein. Bei der Zugfederberechnung ist das anders, da zuerst die Vorspannkraft überwunden werden muß, mit der die Windungen aneinanderliegen. Man darf also bei der Auslegung und Vorauslegung nicht F1=0 eingeben, sondern muß für F1 die Vorspannkraft F0 einsetzen.

10 Jahre HEXAGON-Software

Die HEXAGON GmbH gibt es zwar erst seit 1990, bereits 1987 wurde jedoch die erste Software, das Toleranzprogramm TOL1 entwickelt. Parallel zum Informatik-Aufbaustudium wurden im Ingenieurbüro Ruoss Programme für den Konstrukteur im Maschinenbau geschrieben, auf einem 8086-PC mit 4,77 MHz Taktfrequenz und 256 kB Speicher, 360 kB Diskettenlaufwerk, ohne Festplatte (Das war schon ein gewaltiger Fortschritt gegenüber dem Vorgängerrechner, einem Sinclair ZX81 mit nur 1 kB Speicher!). Das Entwicklungswerkzeug Turbo Pascal 3.0 enthielt in einer nur 40 kB großen Datei (TURBO.COM) Compiler und Programmeditor. So fanden auf einer einzigen 360 kB-Diskette Entwicklungswerkzeug, Quelltexte und fertige Programme Platz. Zum Vergleich: Borland Delphi 3.0, der Nachfolger von Turbo Pascal, benötigt ca. 100 MB Speicherplatz auf der Festplatte, das ist eine Steigerung um den Faktor 2500 ! Nach dem Toleranzprogramm TOL1 kam das Zahnradprogramm ZAR1 und das Druckfederprogramm FED1. Highlight bei den Programmen war die graphische Darstellung der Zahnform bei ZAR1 und die Federzeichnung bei FED1, später die CAD-Schnittstelle mit Ausgabemöglichkeit als DXF- und IGES-Datei. Eine CAD-Schnittstelle bei Berechnungsprogrammen war damals neu, das gab es nur bei HEXAGON-Software. Während die meisten Anwender damals wenig Wert auf die CAD-Schnittstelle legten, gehört eine solche heute heute zu den Grundanforderungen an ein Berechnungsprogramm. Bei Datenbanken für Werkstoffkennwerte und Normteile wird bis heute das Ur-DBF-Format von dBase 3+ verwendet, dadurch können die Dateien alternativ mit jedem Datenbank- oder Tabellenkalkulationsprogramm (dBase, Access, FoxPro, Excel, Quattro Pro, StarOffice) bearbeitet werden. Nach Toleranzprogramm, Zahnradprogramm und Druckfederprogramm enstanden die beiden Grafik-Konvertierungsprogramme HPGL-Manager und DXF-Manager, welche auch für die interne Programmentwicklung gute Dienste leisten (Generierung von Quellcode für die Grafikprogrammierung aus DXF-Zeichnungen). Dann kamen die Programme zur Zug- und Schenkelfederberechnung, Wellenberechnung, Schraubenverbindungen, Preßpassungen und Welle-Nabe-Verbindungen. Daneben wurde auch ständig an der Verbesserung der Oberfläche gearbeitet. Seit 1992 gibt es eine UNIX-Version vom HPGL-Manager und ZARXE, für Workstation von DEC und SUN. Obwohl 1990-92 viel nach Unix-Versionen gefragt wurde, wollte sie nach Verfügbarkeit keiner mehr haben, so daß die Weiterentwicklung auf Unix-Ebene eingestellt wurde. Weit erfolgreicher war dagegen die Portierung auf Windows. Im Juni 1993 gab es den HPGL-Manager für Windows. Nach und nach wurden alle Programme auf Windows portiert, und heute werden zu 95% Windows-Versionen bestellt.

Rückschau und Ausblick

1997 war für HEXAGON ein sehr erfolgreiches Jahr. Besonders aus dem Ausland gab es enorme Steigerungen, der Exportanteil am Umsatz stieg auf über 50%. Viele Programme gingen in das europäische Ausland und in die USA. Auch von Argentinien, Australien, Brasilien, Korea, Taiwan, Mexiko, Indien, Israel wurde HEXAGON-Software geordert. Von der SR1-Software zur Schraubenberechnung nach VDI 2230 wurden 1997 mehr Programme in den USA verkauft als in Europa, Caterpillar hat soeben seine dritte SR1-Lizenz erworben. Von Januar bis Mitte Dezember 1997 gab es 689 neue Installationen von HEXAGON-Software. Meistverkauft war HPGLVIEW mit 129 Installationen. Das jedoch nur, weil eine Firma zunächst 20 Lizenzen, und nach erfolgreicher Einführung weitere 100 Lizenzen gekauft hatte. Kurios: Ohne diese 120 Lizenzen wäre HPGLVIEW das Programm mit den schlechtesten Verkaufszahlen ! 73 neue Installationen gab es von FED1/FED1+/FED1-, gefolgt von DXFPLOT (53), FED2/FED2+ (49), FED3/FED3+ (42) und FED7 (42), ZAR1/ZAR1+ (36), FED5 (33), SR1 (30), WL1/WL1+ (24), HPGLMAN (19). Insgesamt am meisten Installationen gibt es von FED1/FED1+ (422), gefolgt von ZAR1/ZAR1+ (268), TOL1 (247), FED2/FED2+ (214), FED3/FED3+ (193), WL1/WL1+ (174). Mit mehr als 3200 Installationen (weltweit) ist HEXAGON Marktführer für Maschinenelemente-Berechnungsprogramme. 1997 gab es als neue Programme TOL2 und TOL1CON zur Toleranzrechnung in Verbindung mit TOL1, sowie TR1 zur Trägerberechnung. Neu bei allen Programmen ist, daß man, alternativ zum Ergebnisausdruck auf Drucker, eine mit Netscape oder Internet Explorer lesbare HTML-Datei erzeugen kann. Für 1998 sind mehrere Neu- und Weiterentwicklungen geplant.

Mehrsprachige Updates

Alle HEXAGON-Programme gibt es auch als englische Version. Wenn Sie die Programmausdrucke auch in englisch oder in einer anderen Sprache benötigen, können Sie von Ihrer Lizenz zum Preis von 90 DM eine fremdsprachige Version bestellen, wenn diese auf dem gleichen Rechner installiert wird. Die Eingabedateien sind kompatibel, Sie können vorhandene Berechnungsdateien mit dem gleichen Programm egal welcher Sprache öffnen. Wenn Sie mit einer älteren Version arbeiten, sollten Sie ein Disk-Update für 60 DM oder ein Voll-Update für 100 DM gleich mitbestellen, daß alles auf dem neuesten Stand ist.

Maschinenbaupaket und Komplettpaket

In das HEXAGON-Maschinenbaupaket wurden die Programme TOL2 und TOL1CON aufgenommen, GEO1 wird durch GEO1+ ersetzt. Der neue Preis für das HEXAGON-Maschinenbaupaket beträgt beträgt DM 13.850. Das HEXAGON-Komplettpaket wurde um TOL2, TOL1CON, TR1 und FED8 erweitert, GEO1 wird durch GEO1+ ersetzt, der Preis erhöht sich dadurch auf DM 18.500.

WN2 - Fußhöhe

Die Zahn-Fußhöhe hfP bzw. Werkzeug-Kopfhöhe haP0 war bisher auf 0.55*m fest eingestellt, nach DIN 5480 wird dieser Faktor bei Herstellung der Verzahnung durch Räumen verwendet. Für die Herstellung durch Wälzfräsen wird jedoch ein Faktor von 0.6*m, und für Wälzstoßen ein Faktor von 0.65*m empfohlen. Mit der neuen Version von WN2 kann man nun den Fußhöhenfaktor frei eingeben. Für den Hinweis bedanke ich mich bei Herrn Canovas von Moog, Böblingen.

FED1+ Quick-Ausgabe

Die Ausgabe des Fertigungsausgleichs wurde um 1 Zeile nach unten verschoben. Dadurch wird vermieden, daß der Text in der 2. Spalte überschrieben werden kann.

FED3+ Einspannwinkel

Bei der Drehfeder läuft der Einspannwinkel delta entgegengesetzt zum Federwinkel alpha. Dies wird oft mißverstanden, und war auch in dem Hilfebild zum Anwendungsbeispiel falsch eingezeichnet.

Analog zur Druckfeder mit: L = L0 - s gilt für die Schenkelfeder: delta = delta0 - alpha

FED3+ Einspannung

Im Programm kann zwischen fester Einspannung und abgestütztem Schenkel gewählt werden. Bei abgestützem Schenkel wird zusätzlich der Hebelarm zur Mittelachse abgefragt, das Programm berechnet dann die Durchbiegung des Schenkels und daraus die zusätzliche Verdrehung ß. Bei fest eingespanntem Schenkel wird die Feder direkt am Außendurchmesser gehalten. Wenn die Federenden axial abgebogen oder nach innen gebogen sind, ist ebenfalls "feste Einspannung" zu wählen. Die Hilfetexte wurden entsprechend erweitert.

Windows-Versionen für NT

Alle Windows-Versionen seit 1996 können Sie problemlos auch unter Windows NT installieren. Die einzige Einschränkung ist, das Sie für Dateinamen weiterhin das 8.3 Format mit max. 8 Zeichen und 3 Zeichen für Erweiterung verwenden müssen.

Dateiname: Keine Leerzeichen verwenden !

Verwenden Sie in Dateinamen bitte keine Leerzeichen, obwohl dies mit Windows 95/NT und den alten DOS-Versionen möglich ist. Es könnte sonst sein, daß Sie beim Wechsel auf eine neuere Version Ihre alten Dateien nicht mehr laden können. Wenn dieser Fall bereits aufgetreten ist, bleibt nichts anderes übrig, als die alte DOS-Version nochmals zu installieren, alle Dateien mit Leerzeichen laden und mit anderem Namen ohne Leerzeichen speichern.

Seminarplan 1998

Im Früjahr und Herbst 1998 finden wieder Seminare zu Zahnrad- und Getriebeberechnung, Federberechnung, Betriebsfestigkeitsberechnung und Zertifizierung nach DIN ISO 9001 statt Neu aufgenommen wurde das Thema "Schwingungs- und Geräuschverhalten von Getrieben" von Dr. Müller, mit dem immer wichtiger werdenden Thema zur Geräuschminimierung von Getrieben.
Seminar Zahnrad- und Getriebeberechnung (2-tägig)
Dozent: Körner
Termine: 18.-19.03.1998,  14.-15.10.1998
Kursgebühr: 1000,- DM

Schwingungs- und Geräuschverhalten von Getrieben (1-tägig)
Dozent: Müller
Termine: 20.03.1998,  16.10.1998
Kursgebühr: 500,- DM

Betriebsfeste Dimensionierung von Bauteilen (1-tägig)
Dozent: Zammert
Termin: 16.03.1998
Kursgebühr: 500,- DM

Federberechnung (1-tägig)
Dozenten: Schnitzer, Zammert
Termine: 17.03.1998 und 20.10.1998
Kursgebühr: 500,- DM

Zertifizierung nach DIN ISO 9001 (1-tägig)
Dozent: Körner
Termin: 13.10.1998
Kursgebühr: 400,- DM

Zeitplan
Kursdauer: 8.45 - 16.15Uhr
Kaffeepause  10.15 - 10.30 Uhr
Mittagspause 12.00 - 13.00

Dozenten
Tillmann Körner, Dr.-Ing., VOITH TURBO Antriebstechnik
Wolf-Udo Zammert, Prof.Dr.-Ing., FHT Esslingen/Göppingen
Jürgen Schnitzer, G.S. Technik, Meinerzhagen
Robert Müller, Dr.-Ing., VOITH TURBO Antriebstechnik

Ausstattung
Die maximale Teilnehmerzahl ist auf 5-6 begrenzt. Jedem
Teilnehmer steht ein PC zur Verfügung. Softwareseitig kann mit
allen HEXAGON-Programmen gearbeitet werden. Jeder Teilnehmer
erhält einen Ordner mit Schulungsunterlagen.

Kursgebühr
Die  angegebenen  Kursgebühren  verstehen  sich zuzügl.  15%
MwSt.  Mit enthalten sind Seminarunterlagen,  Pausengetränke
und Mittagessen.

Seminar 1: Zahnrad- und Getriebeberechnung
- Auslegung einer Kfz-Getriebe-Vorgelegewelle mit angeschlossenem
Hydrostat mit den Programmen ZAR1+, WL1+ (Wellen- und
Wälzlagerberechnung), WN1 (Preßpassungen) und TOL1
(Toleranzrechnung).
Aufgabenstellung, Abschätzung, Vorauslegung mit ZAR1,
Geometrieberechnung, Graphische Darstellung der Zahnform,
Festigkeitsberechnung nach DIN 3990, Definition einer
Getriebewelle (Abmessungen), Übernahme der Zahnkräfte in WL1,
Wellenberechnung mit WL1, Prüfung der Welle auf max. Spannungen,
Durchbiegung, kritische Drehzahlen, Optimierung der Welle,
Auswahl und Berechnung der Wälzlager mit WL1+, Toleranzrechnung
mit TOL1.
Optimierung von Zahnrädern und Getrieben durch Variation von
Profilverschiebungsfaktor und Zahnform, Vorgehensweise bei
Optimierung für hohe Tragfähigkeit, ausgeglichenes spezifisches
Gleiten, hohe Förderleistung bei Pumpenzahnrädern
-   Hohlräder, Planetengetriebe, Kegelradgetriebe.

Seminar 2: Schwingungs- und Geräuschverhalten von Getrieben
Dieses Seminar ist gedacht als sinnvolle Ergänzung, um neueste
Erkenntnisse zu Fragen der Geräuschanregung von Verzahnungen und
zum Geräuschverhalten von Getrieben kennenzulernen und diese
Ergebnisse bereits bei der Verzahnungsauslegung mit
berücksichtigen zu können. Im einzelnen werden folgende Themen
behandelt:
- Grundlagen zur Schwingungsanregung und zum
Schwingungsverhalten
- Dynamisches Verhalten von Zahnradgetrieben; Bestimmung der
Bezugsdrehzahl N sowie des Dynamikfaktors Kv.
- Schwingungsverhalten des Getriebes insgesamt: Einfluß des
Gesamtsystems "Getriebe" einschließlich Antriebs- und
Arbeitsmaschine, auch unter Berücksichtigung z.B. der
Wellenbiegung.
- Maßnahmen zur Beeinflußung der Schwingungs- und
Geräuschanregung bei Stirnradgetrieben; Verzahnungsgeometrie,
Verzahnungsabweichungen und Verzahnungskorrekturen,
Zahnflankenspiel, etc.
- Einflußparameter bei Kegelrad getrieben
- Besondere Schwingungserscheinungen: Getrieberasseln
- Zusammenhang zwischen der Geräuschanregung und der
Schallabstrahlung eines Getriebes.
- Maßnahmen zur Beeinflussung von Körperschalleitung und
Geräuschabstrahlung: Gehäusegestaltung
- Ausgewählte Fragen zur Meßtechnik

Seminar 3: Federberechnung
Berechnungsgrundlagen Druck-, Zug-, Schenkel-, Teller-,
Kegelfedern, Federkennlinien, Parallel- und Reihenschaltung von
Federn, Berechnung von Federn mit nichtlinearer Kennlinie,
Dauerfestigkeitsschaubild (Goodman-Diagramm),
Fertigungstoleranzen und statistische Ausschußbestimmung,
Optimierung und Kosteneinsparungsmöglichkeiten, Kugelstrahlen und
Warmsetzen, Anwendungsbeispiele mit den Programmen FED1-FED7,
Ausgabe von Diagrammen und Zeichnungen auf Drucker und Plotter,
Prüfen von Federn, Qualitätskontrolle.


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