Transfer der Methode zur gehörgerechten Auslegung auf geschliffene Kegelradverzahnungen erweitert um die Aufprägung einer gezielten Mikrogeometriestreuung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Brecher
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 384949278

Die Anforderungen an Getriebe werden von äußeren Rahmenbedingungen wie der Gesetzgebung sowie der Konkurrenzsituation auf dem Weltmarkt bestimmt. Die stetige Forderung nach höheren Leistungsdichten zur Steigerung der Effizienz kann durch eine Verringerung der beteiligten Massen sowie durch eine Steigerung der Tragfähigkeit durch neuartige Werkstoffe realisiert werden. Eine weitere Hauptanforderung an Getriebe ist ein niedriges Geräuschniveau. Insbesondere Kegelradverzahnungen werden aufgrund der vergleichsweise geringen Überdeckungsverhältnisse resultierend aus hohen Modifikationsbeträgen oftmals als akustisch kritisch angesehen.Geläppte Kegelradverzahnungen werden subjektiv als akustisch angenehmer beschrieben als geschliffene Verzahnungen. Aktuelle Untersuchungen weisen darauf hin, dass die fertigungsbedingte Mikrogeometriestreuung und Teilungsabweichung als ursächlich anzusehen sind. Geschliffene Kegelradverzahnungen weisen hingegen prozessbedingt eine hohe Reproduzierbarkeit der Geometrie und geringe Teilungsabweichungen auf. Die hohe Geometriegüte kann zu einer tonalen Anregung im Geräuschspektrum führen. Die Einbringung gezielter Teilungsfehler zur Reduktion der Tonalität wird im Lüfterbau angewendet, um insbesondere die Höherharmonischen der Schaufelblattfrequenzen zu reduzieren. In praxisnahen Anwendungen in der Getriebetechnik wird der Teilungsfehler zur Reduktion der Tonalität vermieden, da dies zum vorzeitigen Zahneingriff, und damit zu einer Verringerung in der Tragfähigkeit, führen kann. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist der Transfer der Methode zur gehörgerechten Auslegung auf einen Kegelradsatz aus einer Automobilanwendung. Die Basis stellen die existierenden Methoden zur Dynamiksimulation des Zahneingriffs sowie zur gehörbezogenen Auslegung von Verzahnungen dar, sodass die gehörbezogene Auslegung auf die Betrachtung einer Überrollung erweitert wird, um signalverrauschende Effekte aus einer Mikrogeometriestreuung über dem Umfang einer Verzahnung gezielt auszulegen. Eine Mikrogeometriestreuung soll genutzt werden, um den Rauschanteil zu erhöhen und die Tonalität des Getriebegeräuschspektrums zu reduzieren. Anhand der FE-basierten Zahnkontaktanalyse erfolgt die Simulation einer Überrollung unter Vorgabe unterschiedlicher Topografien für den einzelnen Zahn. Als Teilziel ist das Verständnis der Fertigbarkeit ohne zusätzliche Abrichtzyklen erforderlich, um praxisrelevante Prozesszeiten zu gewährleisten. Des Weiteren ist sicherzustellen, dass die Mikrogeometriestreuung nicht zu Tragfähigkeitseinbußen führt. Die zusammengeführten Methoden werden auf eine Nennauslegung appliziert und durch Prüfstandsversuche und Fahrzeugmessungen validiert. Das Ergebnis des geplanten Transfervorhabens ist die Zusammenführung der Teilergebnisse zu einer neuartigen Methode zur Akustikoptimierung von Kegelradsätzen durch Aufprägung einer gezielten Mikrogeometriestreuung basierend auf einer gehörbezogenen Auslegung von Verzahnungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Daimler AG; Mercedes-Benz Kassel Plant; Klingelnberg GmbH