Zur Minimierung der Losteilgeräusche von Fahrzeuggetrieben

Abstract

Verbrauchs- und emissionsoptimierte Verbrennungsmotoren führen zu Drehzahlungleichförmigkeiten und folglich zu Torsionsschwingungen des gesamten Antriebsstrangs. Die Ursache der Klapper- und Rasselgeräusche in Fahrzeuggetrieben sind Torsionsschwingungen von nicht unter Last stehenden Getriebekomponenten, die sich innerhalb ihrer funktionsbedingten Spiele hin- und herbewegen. Diese Geräusche heben sich von den übrigen Lärmquellen ab und fallen infolge ihres lästigen Charakters auf. In der vorliegenden Arbeit wurden die Einflüsse von Betriebs- und Konstruktions-parametern auf das Klapper- und Rasselverhalten von Getrieben an einem bestehenden und weiterentwickelten Klapper- und Rasselprüfstand untersucht. Der Prüfstand wurde so erweitert, daß die Einbaulage des Getriebes im Fahrzeug nachgebildet werden kann. Es wurden rechnerische Berechnungsansätze eingesetzt und mit den experimentellen Untersuchungen verglichen. Zur Reduzierung dieser Geräusche wurden getriebeinterne Maßnahmen entwickelt. Aus den gewonnenen Erkenntnissen konnten Konstruktionshinweise für die Auslegung von klapper- und rasselarmen Getrieben abgeleitet und in Form eines Datenbanksystems mit einer grafischen Benutzeroberfläche visualisiert werden. Das vorhandene EKM-Näherungsverfahren (Einfachst-Klapper-Modell) zur Ermittlung des Klapper- und Rasselgeräuschverhaltens einstufiger Zahnräder mit zwei Freiheitsgraden in Umfangs- und Axialrichtung wurde auf komplette Getriebe beliebiger Bauweise und Schaltzustände erweitert. Die näherungsweise Geräuschberechnung an einem kompletten Koaxialgetriebe und an einem kompletten Front-/Quergetriebe im Leerlauf und geschaltetem Gang wurden mittels zahlreicher Messungen überprüft. Die Einflüsse des Klapper- und Rasselpegels von den Betriebs- und Konstruktionsparametern am Prüfstand zeigten eine gute Korrelation zu den berechneten Geräuschpegeln. Desweiteren wurde das rechnerisch ermittelte Schleppmoment mit Prüfstandsmessungen verglichen.

Rattling and clattering noise is a great challenge in the development of low-noise automotive transmissions. Combustion processes in both spark ignition and diesel engines designed to optimise fuel consumption and emission characteristics, increasingly stringent statutory requirements, increasing customer expectations in terms of comfort, and weight reduction in driveline components are collectively giving rise to greater irregularity of rotation in the drivelines of modern motor vehicles, which in turn leads to rattling and clattering noise in automotive transmissions. This noise is generated by idle loose parts such as idler gears within the transmission, which made to vibrate within their functional backlash by the irregular pattern of rotational speed, consequently knocking against fixed gears. Experimental and theoretical studies of production transmissions indicate the cause, type and effect of loose part vibration. In addition to experimental analysis of vehicle transmissions test stand trials, modelling is used to simulate the movement patterns of the individual loose parts within the vehicle transmission over time and a method is used to calculate the drag torque of automotive transmissions. There is a number of established measures, both internal and external to the transmission, for minimising rattle and clatter. The external measures reduce excitation of the transmission by decoupling or damping the rotational irregularities of the combustion engine. But these measures incur serious penalties in terms of weight, bulk and cost. Measures inside the transmission can be addressed specifically to the main sources of noise, and are therefore light and cost-effective.