Reduzierung von Getriebegeräuschen durch Körperschallminderungsmaßnahmen

Abstract

Getriebegeräusche rücken durch steigende Komfortansprüche an Fahrzeuge immer weiter in den Fokus. Um das Geräuschverhalten maßgeblich zu beeinflussen, ist es notwendig, neben primären Maßnahmen auch auf sekundäre Maßnahmen zur Geräuschreduktion zurückzugreifen. Im Fall der Heul- und Pfeifgeräusche, die in unter Last stehenden Verzahnungen entstehen, befassen sich primäre Maßnahmen mit der Verminderung der Geräuschanregung in der Verzahnung. Zusätzliche, sekundäre Maßnahmen können zu einer weiteren Reduktion der Getriebegeräusche führen. In dieser Arbeit werden verschiedene sekundäre Maßnahmen untersucht. Deren Eignung in einem Fahrzeuggetriebe wird anhand des Einsatzes in einem Versuchsgetriebe gezeigt. Dazu werden zunächst die theoretischen Grundlagen zur Ausbreitung von Schall in Festkörpern, sogenanntem Körperschall, zusammengefasst. Physikalische Mechanismen, die die Ausbreitung von Schallwellen in Körpern verhindern oder vermindern, werden aufgezeigt und daraus konstruktive Maßnahmen zur Körperschallreduktion abgeleitet. Wesentliche physikalische Prinzipien, die in Frage kommen, sind dämmende und dämpfende Mechanismen. Zur Integration geräuschreduzierender Maßnahmen wird ein Adapterring gewählt, der sich zwischen dem Lager der Getriebeeingangswelle und dem Getriebegehäuse befindet. Innerhalb dieses Adapterrings werden verschiedene dämmende und dämpfende Maßnahmen umgesetzt. Dabei werden die Ringvarianten in drei verschiedene Kategorien eingeteilt. In der Gruppe der dämmenden Maßnahmen werden alle Ringvarianten zusammengefasst, deren Wirkprinzip hauptsächlich auf Reflexions-, Beugungs- und Streuungseffekten beruhen. In der Gruppe der dämpfenden Maßnahmen beruht das Wirkprinzip vorwiegend auf Mechanismen die zur Energiedissipation innerhalb des Rings führen. Eine dritte Gruppe bilden die elastischen Zwischenschichten. In diesem Fall lassen sich dämmende und dämpfende Wirkung nicht voneinander trennen. Zur Beurteilung des Potentials der jeweiligen Ringvarianten werden die Ringe in einem Versuchsgetriebe verbaut. Am Prüfstand wurden Drehzahlhochläufe des Prüfgetriebes durchgeführt und der Beschleunigungspegel an der Getriebegehäuseoberfläche erfasst. Ein Vergleich der Ringvarianten ergibt einen geringen Einfluss der Ringvarianten mit dämmenden Mechanismen auf das Geräuschverhalten. Die Ringvarianten mit dämpfenden Maßnahmen führen zu einer Reduktion des Körperschallpegels um 3 dB. Bei den Ringvarianten mit elastischer Zwischenschicht bietet eine Ringvariante mit einer Schicht aus Metallgeflecht das größte Potential zur Geräuschminderung von 3 dB. Körperschallmindernde Maßnahmen lassen sich am effektivsten in einer frühen Entwicklungsphase in ein Produkt integrieren. Um das Potential einer körperschallmindernden Maßnahme in einem Stadium prognostizieren zu können, in dem noch keine Prototypen vorhanden sind, können Simulationsmodelle eingesetzt werden. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgt die Abbildung des Versuchsgetriebes mittels eines flexiblen Mehrkörpermodells. Die Validierung des Modells erfolgt in zwei Schritten. Zunächst wird überprüft, ob die Anregungsmechanismen in der Verzahnung realitätsnah abgebildet sind. Dazu wird ein Vergleich des gemessenen mit dem berechneten Drehwegfehler gezogen. In einem weiteren Schritt erfolgt der Abgleich zwischen gemessenem und berechnetem Gehäusebeschleunigungspegel. Sowohl der Drehwegfehler als auch der Pegelverlauf der Gehäusebeschleunigung können mit Hilfe des Modells hinreichend genau abgebildet werden. Im Weiteren wird der Einsatz des Simulationsmodells bei der Beurteilung des Potentials der Ringvarianten untersucht. Ein Vergleich der über der Drehzahl gemittelten berechneten Pegel für verschiedene Ringvarianten zeigt, dass mit Hilfe des Modells die vielversprechendste Variante ermittelt werden konnte. Eine detailliertere Analyse des Verlaufs über der Drehzahl lässt jedoch keinen eindeutigen Schluss bezüglich des Körperschallminderungspotentials zu. Die Absolutwerte der möglichen Pegelreduzierungen können nicht hinreichend genau berechnet werden. Es wird gezeigt, dass mit dem gewählten Modellierungsansatz die Wirkmechanismen der Körperschallminderung, wie beispielsweise Materialdämpfung, nicht realitätsnah abgebildet werden können.