Körperschall/Luftschall

Beim Zahneingriff konventioneller Zahnrädern kommt es durch die streng regelmäßige Anordnung der Zähne zu einer stark tonalen Geräuschanregung. Dieses Geräusch wird als Getriebeheulen (engl.: gear whine) bezeichnet. Getriebeheulen ist ein als äußerst unangenehm wahrgenommenes Geräusch, das häufig zu Kundenbeanstandungen führt und so die Produktqualität negativ beeinflusst.

Um Getriebeheulen an Zahnradgetrieben zu unterbinden, wird am Fachgebiet Systemzuverlässigkeit, Adaptronik und Maschinenakustik SAM der Technischen Universität Darmstadt ein innovativer Ansatz untersucht. Der Grundsatz der streng regelmäßigen (äquidistanten) Teilung der Zähne entlang des Umfangs von Zahnrädern wird aufgehoben. Durch eine optimierte Variation einzelner Zahnpositionen und Zahndicken entsteht eine unregelmäßige Verzahnung – die inäquidistante Verzahnung.

Soundbeispiel: konventionelle äquidistante Verzahnung (Messung bei 1500 U/min)
Soundbeispiel: innovative inäquidistante Verzahnung (Messung bei 1500 U/min)

• Verringerte Lästigkeit des Zahneingriffsgeräusches – Durch die unregelmäßige Anordnung der Zähne wird die Periodizität der Geräuschanregung verringert. Die Zahneingriffsordnungen treten nicht mehr dominant hervor, sondern gehen in neu auftretenden Seitenbändern unter. Der lästige tonale Geräuschcharakter wird in Richtung eines angenehmeren, rauschartigen Charakters verschoben. Weiterhin wird der Geräuschcharakter in einen tieffrequenteren Bereich verschoben, was ebenfalls zu einer Reduktion der Lästigkeit führt.

• Verringerte Lautheit und verringerter Summenschalldruckpegel – In nebenstehender Abbildung sind experimentell ermittelte Ergebnisse für die Lautheit und den Summenschalldruckpegel (SPL) über der Drehzahl dargestellt. Durch die inäquidistante Verzahnung (rote Linien) werden für die Lautheit (oberes Diagramm) erheblich geringere Werte über den gesamten Drehzahlbereich hinweg erzielt. Das Geräusch wird somit vom Menschen subjektiv weniger laut wahrgenommen und daher als weniger lästig empfunden. Auch für den Summenschalldruckpegel (SPL, unteres Diagramm) ist die Tendenz zu erkennen, dass die inäquidistante Verzahnung leiser ist. Somit führt die inäquidistante Verzahnung auch objektiv zu einem leiseren Geräusch.

• Verringerte Anregung von Strukturresonanzen – Die dominanten Ordnungen der Zahneingriffsfrequenz werden durch die inäquidistante Verzahnung weniger stark angeregt. Stattdessen wird ein breites Gemisch aus Frequenzen mit jeweils geringerer Amplitude angeregt. Dadurch werden Resonanzen von angrenzenden Strukturen (beispielsweise Getriebegehäuse) weniger stark angeregt, was wiederum zu einer verringerten Schallabstrahlung führt.