Universität Stuttgart
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Item Open Access Rasselgeräuschminimierung von Fahrzeuggetrieben durch Getriebeöle(2013) Baumann, Axel; Bertsche, Bernd (Prof. Dr.-Ing.)In Fahrzeuggetrieben mit Stirnradverzahnungen (z.B. Handschaltgetriebe, automatisierte Schaltgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe) treten wegen der Drehschwingungsanregung durch den Verbrennungsmotor störende Klapper- und Rasselgeräusche auf, die durch Schwingungen von unbelasteten Losteilen, wie Losräder, Synchronringe und Schaltmuffen, innerhalb ihrer Spiele verursacht werden. Zur Minimierung dieser Geräusche wurden individuelle Getriebeöle entwickelt, die gleichzeitig ein geringes Verlustmoment erzeugen. Die Möglichkeiten, ein Getriebeöl für den Einsatz im Handschaltgetriebe aus vorhandenen Grundflüssigkeiten und Additiven zu formulieren, werden vorgestellt. Das Rasselgeräuschverhalten eines Handschaltgetriebes für Front-Quer-Antrieb im Zugbetrieb wurde mit den entwickelten Getriebeölen auf einem Rasselgeräuschprüfstand untersucht. Ein wasserlösliches Polyalkylenglykol zeigte in den Messungen eine Reduktion des Schalldruckpegels um 4 dB(A) gegenüber der Serienbefüllung bei fast identischer Ölviskosität. Derartige Grundflüssigkeiten sind aber für den Einsatz in Fahrzeuggetrieben ungeeignet, da sie eine wasseranziehende Wirkung haben und dadurch Korrosion auftreten kann. Verlustmomentmessungen des Handschaltgetriebes zeigten zudem eine Verbesserung des Getriebewirkungsgrads bei Verwendung des wasserlöslichen Polyalkylenglykols. Ein verbesserter Wirkungsgrad konnte vor allem im belasteten Zustand nachgewiesen werden, da hier die lastabhängigen Zahnreibungsverluste dominieren und diese maßgeblich durch den Reibwert des Getriebeöls bestimmt werden. Der Einsatz eines Getriebeöls mit niedrigem Reibwert bringt hier eine wesentliche Optimierung sowohl des Wirkungsgrads als auch der Rasselgeräuschemission mit sich. Praxisrelevante Getriebeölformulierungen wurden mit einem Hydrocrackgrundöl und hohen Konzentrationen von bestimmten Polyalkylmethacrylaten als Viskositätsindex-Verbesserer gefunden. Gewisse Polyalkylmethacrylate können dicke Grenzschmierfilme durch Adsorption von polaren Gruppen bilden. Damit wurde eine Rasselgeräuschreduktion des Getriebes von 2 dB(A) erreicht. Reibwertveränderer, z.B. auf Basis von Molybdän-Dialkyldithiocarbamat, die im Bereich der Grenz- und Mischreibung wirken, tragen ebenfalls dazu bei ein niedriges Geräuschniveau zu erreichen. Um das Rasselgeräuschverhalten der Serienbefüllung und des wasserlöslichen Polyalkylenglykols weiter zu untersuchen, wurde ein einstufiges Prüfgetriebe entwickelt und am Rasselgeräuschprüfstand in Betrieb genommen. Es wurden die Phänomene Verzahnungs- und Synchronringrasseln getrennt voneinander untersucht, um die wesentlichen Einflussparameter für die Geräuschentstehung zu ermitteln. Beim Verzahnungsrasseln im geschalteten Zustand konnte eine Rasselgeräuschdämpfung mit dem wasserlöslichen Polyalkylenglykol nur bei Verwendung einer Schrägverzahnung festgestellt werden. Daher ist der hydrodynamische Schmierfilmaufbau im Zahneingriff für die Rasselgeräuschentstehung ausschlaggebend. Ein höheres Verlustmoment bei Einsatz des wasserlöslichen Polyalkylenglykols ist folglich nicht für geringere Rasselgeräuschpegel verantwortlich. Die Untersuchung der Drehwegabweichung beim Verzahnungsrasseln ergab, dass die auftretenden Rasselstöße zu einer elastischen Verformung der eingreifenden Zahnpaare führen. Es herrschen bei einem Verzahnungsstoß hohe Zahnkräfte, die Hertzsche Abplattung der Zahnflanken und eine Viskositätssteigerung des Öls mit dem Druck (elastohydrodynamische Schmierung) hervorrufen. Elastische Verformungen der Zahnflanken führen zu Abweichungen vom Verzahnungsgesetz. Dadurch entstehen zusätzliche Eintrittsstöße, die die Intensität des Körperschallpegels und damit des emittierten Rasselgeräuschs maßgeblich beeinflussen. Beim Einsatz des wasserlöslichen Polyalkylenglykols treten diese Eintrittsstöße nicht auf, was das günstige Rasselgeräuschverhalten dieser Ölsorte erklärt.