Forschungsprojekte

Verbesserte Getriebeakustik durch Verzahnungswalzen

Zielbranchen

Fahrzeug- und Verkehrstechnologien, auch: Antriebstechnik

Problemstellung

Aufgrund von Umweltschutzvorgaben und Komfortanforderungen müssen enge Grenzwerte bei der Getriebeakustik eingehalten werden. Dies macht vor allem bei Leichtbaugetrieben eine differenzierte Optimierung erforderlich.

Das Verzahnungswalzen hat am Fraunhofer IWU einen Entwicklungsstand erreicht, der die Herstellung von Laufverzahnungen für Leistungsgetriebe zulässt. Hinsichtlich des Fertigungseinflusses auf die Tragfähigkeit belegen Literaturangaben und eigene Untersuchungen die höhere Biege- und Dauerfestigkeit. Bisher angewandte Zerspanungstechnologien wie das Wälzfräsen und das Wälzstoßen sind durch erhebliche Werkstoffverluste in der Herstellung charakterisiert. Bezogen auf die zu fertigenden Verzahnungen kann dieser Volumenanteil bis zu 25 % betragen. Die walzend hergestellte Verzahnung ist dagegen durch praktisch keinen Materialverlust im Herstellungsprozess sowie schnellere Prozesszeiten gekennzeichnet.

Lösung

Am Fraunhofer IWU kommt deshalb das Walzen von Verzahnungen mit evolventischen Profilen zum Einsatz. Diese Fertigungstechnologie verspricht eine Verringerung der Anregung im Zahneingriff in Kombination mit einer verbesserten Tragfähigkeit.

In einem Forschungsprojekt mit dem Institut für Maschinenelemente und  Maschinenkonstruktion (IMM) der TU Dresden wird am wissenschaftlichen Nachweis einer Verbesserung des Geräuschverhaltens gewalzter Verzahnungen bei gleicher Referenzgeometrie gearbeitet. Die Eigenschaftsänderungen in der Verzahnungsakustik sind darauf zurückzuführen, dass Metalle bei zahlreichen Parametern von der Kristallrichtung abhängige physikalische Eigenschaften aufweisen. Ausgehend von isotropen Metallen sind beispielsweise Steifigkeit und Dämpfungen entsprechend richtungsabhängig. Dies bewirkt für die geordneten Walztexturen Eigenschaftsveränderungen, die in unmittelbarer Oberflächennähe und parallel zur Verzahnungsaußenkontur auftreten.

In der Getriebeakustik bestimmen Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften eines Zahnradpaares wesentlich die Geräuschanregung. Im Forschungsvorhaben werden daher Verzahnungen mit unterschiedlichen Umformgraden werkstofftechnisch und vibroakustisch untersucht und spanend hergestellten Vergleichszahnrädern gegenübergestellt. Unter Beachtung der Tragfähigkeit kann so die Herstellungsprozesskette hin zu optimaler Verzahnungsakustik optimiert werden.

© Fraunhofer IWU