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Informationen für:

Fakultät Technik und Informatik
Department Maschinenbau und Produktion
Fakultät Technik und Informatik

Forschungsvorhaben Zahnradnormale für die sichere Messung geräuschverursachender Welligkeiten

Im Rahmen des Forschungsvorhabens Zahnrad-Welligkeitsnormal wurden verzahnte Normale entwickelt, auf deren Oberfläche Wellen mit einer Amplitude von 0,20 µm – 1,70 µm genau abgebildet werden. Mit diesen Normalen kann die Genauigkeit der in der Produktion verwendeten Verzahnungsmessgeräte überprüft und verglichen werden.

Welligkeitsmessung eines Zahnradnormals; Bild: ipt
Welligkeitsmessung eines Zahnradnormals; Bild: ipt

Die Anforderungen an Zahnräder in Getrieben in Bezug auf ein geringes Gewicht, das übertragbare Drehmoment und vor allem eine niedrige Geräuschkulisse wachsen stetig. Durch die zunehmende Verbreitung der Elektro-Mobilität treten die vorher von einem konventionellen Motor überlagerte Geräusche des Getriebes immer mehr in den Vordergrund. Seit vielen Jahren werden die Entstehungsmöglichkeiten von Geräuschen im Getriebe untersucht. In vielen Fällen sind Welligkeiten auf Zahnflanken hierfür verantwortlich.

Umlaufende Welligkeit auf einem Zahnrad; Bild: ipt
Welligkeitsmessung eines Zahnrades auf einer Getriebewelle; Bild: ipt

Mittlerweile gibt es industriereife Softwarelösungen, die gezielt Welligkeiten erfassen und auswerten. Die geräuschverursachenden Welligkeiten haben eine Größe ab 0,1 µm. Da die Welligkeiten so klein sind, müssen die verwendeten Verzahnungsmessgeräte höchste Präzision besitzen. Insbesondere das Tastsystem und der Drehtisch müssen über kleinste Wege sehr genau verstellt werden können, da ansonsten die Messergebnisse verfälscht werden. Damit eine Vergleichbarkeit der Messungen zwischen unterschiedlichen Verzahnungsmessgeräten von Zulieferer und Abnehmer erfolgen kann, ist es notwendig ein Stirnrad-Welligkeitsnormal zu entwickeln.

Im Forschungsprojekt wurden bereits vorhandene Welligkeitsnormale mit zylindrischer Form auf einem Verzahnungsmessgerät der Firma Klingelnberg in einem speziellen Verfahren gemessen. Das Messgerät wurde vom Hersteller dem Institut für Lehr- und Forschungszwecke als Dauerleihgabe zur Verfügung gestellt.

Im weiteren Verlauf wurden potentiell geeignete Fertigungsverfahren zur Herstellung eines Zahnrad-Welligkeitsnormals auf ihre Eignung untersucht. Vielversprechende Verfahren können mit Hilfe einer Simulationssoftware detailliert auf ihre Eignung geprüft werden. Ein besonderes Augenmerk wird auf die Wellenerzeugung und -genauigkeit sowie auf die Anwendbarkeit gelegt. Die gefertigten Welligkeitsnormale bilden Zahneingriffsordnungen, nieder- und hochfrequente Geisterordnungen sowie verschiedene Modulationen um die Zahneingriffsordnungen herum mit kleinsten Amplituden ab. Die Normale werden in Vergleichsmessungen auf praktische Anwendbarkeit geprüft, um die Genauigkeit der heute eingesetzten Welligkeitsmessung abschätzen und verbessern zu können. In der Untersuchung einer Vielzahl von Verzahnungsmessgeräten zeigt sich, dass diese im Vergleich eine sehr geringe Streuung erzielen.

Zum Abschluss des Forschungsprojektes stehen nicht nur Zahnrad-Welligkeitsnormale zum Vergleich von Verzahnungsmessgeräten zur Verfügung, sondern es konnten viele Erfahrungen im Umgang mit periodischen Abweichungen auf der Verzahnungsoberfläche gesammelt werden. Diese können genutzt werden, um in der Zukunft den Fahrkomfort im Auto durch leisere Getriebe zu steigern. 

von Prof. Dr.-Ing. G. Gravel und Thies Kahnenbley

Das Forschungsvorhaben wurde von der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. finanziert.

 

 

 

Laufzeit: 02/2015 – 09/2017

Letzte Änderung: 06.12.18

An die Redaktion

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