Ultra Silent Gears

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Karsten Stahl
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546841893

Aufgrund der zunehmenden Elektrifizierung von Antriebssträngen werden maskierende Geräusche stetig reduziert. Dadurch treten Getriebegeräusche stärker in den Vordergrund, was Geräuschoptimierungen notwendig macht. Getriebegeräusche entstehen hauptsächlich im Zahneingriff durch die über den Eingriff schwankende Zahnsteifigkeit, die zu einem ungleichmäßigen Übersetzungsverhältnis, auch Drehwegabweichung genannt, führen. Eine Reduzierung des Anregungsverhaltens der Verzahnung wird in der Regel durch geometrische Modifikationen der Flankentopologie gegenüber der Evolvente erreicht. Allerdings sind Flankenmodifikationen nur bei einer bestimmten Last wirksam. Um eine zusätzliche Geräuschreduzierung zu erzielen werden neue Konstruktionsstrategien benötigt. In-äquidistante oder nicht-evolventische Verzahnungen zeigten dabei bisher keinen oder nur sehr geringen Erfolg. Eine Verzahnung mit angepasster Steifigkeit ist in der Theorie vielversprechend, kann aber mit konventionellen Fertigungsverfahren nur schwer oder gar nicht hergestellt werden. Die additive Fertigung stellt eine Lösung dar, um komplexe Freiformen durch schichtweisen Aufbau zu ermöglichen. Dadurch kann beispielsweise eine Gitterstruktur im Zahninneren gefertigt werden, welche die Steifigkeit eines Zahnes direkt beeinflusst, bei gleichzeitigem Erhalt der Schleif- und Härtbarkeit der Zahnoberfläche. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die Bauteilsteifigkeit in allen Raumrichtungen auf Grundlage analytischer Modellierung des Geräuschverhaltens von Zahnrädern zu optimieren und die so berechneten Strukturen für die Konstruktion von Testzahnrädern einzusetzen. Die Zahnsteifigkeit kann dabei über einen Ansatz nach Weber/Banaschek ermittelt und zur Bestimmung spezifischer Steifigkeiten über der Zahnhöhe genutzt werden. Die definierten Steifigkeiten dienen dann als Zielwert für die zu entwickelnden Gitterstrukturen. Eine Berechnungsmethode für die Dimensionierung einer solchen Gitterstruktur soll im Rahmen des Vorhabens entwickelt werden. Die Grundlagenuntersuchungen zu den mechanischen Eigenschaften sollen an Musterbauteilen durchgeführt werden. Die Ergebnisse der Grundlagenuntersuchungen sollen am praktischen Beispiel eines Testgetriebes verifiziert werden. Das primäre Ziel des beantragten Projektes ist daher die Ableitung einer Auslegungsmethode für die mittels additiver Fertigung hergestellten steifigkeitsoptimierten Strukturen für die Anwendung in der geräuschoptimierten Getriebeauslegung. Insgesamt soll gezeigt werden, dass additiv gefertigte komplexe Strukturen in Getrieben generell geräuschreduzierend hergestellt werden können und eine Alternative zu den heutigen konventionell gefertigten Zahnrädern darstellen. Das Projekt liefert ein theoretisches Modell, das die Geräuschreduzierung durch Änderung der Steifigkeit beschreibt und ein Beispiel für ein additiv gefertigtes Zahnrad, das mit konventionell hergestellten Zahnrädern verglichen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartner: Dr.-Ing. Hans-Jörg Dennig