Geräuschreduzierung bei großen Getrieben

Hintergrund des Kunden#

Der Kunde ist ein großer Hersteller von Bergbauausrüstung. Seine Getriebe laufen im kontinuierlichen Schwerlastbetrieb, und die in diesem Projekt betrachtete Einheit arbeitete mit einem Geräuschpegel von 92 dB. Ein Geräuschpegel dieser Höhe beeinträchtigte die Arbeitsumgebung an der Maschine und verkürzte die Lebensdauer der Zahnradkomponenten im Getriebegehäuse. In einem Getriebe dieser Klasse ist das Zahnradpaar die Hauptquelle der Anregung, daher begann die Verbesserungsarbeit bei der Verzahnungsgeometrie und dem Fertigungsprozess und nicht beim Gehäuse.

Anforderung & Herausforderung#

• Betriebsgeräusch des Getriebes reduzieren
• Der ursprüngliche Zahnradsatz wurde ausschließlich durch Wälzfräsen gefertigt, daher war die Verzahnungsgenauigkeit gering und lag bei GB grade 8
• Das Zahnprofil wies keine Modifikation auf, und der Eingriffsstoß bei jedem Zahneingriff war erheblich
• Die Zahnflankenrauheit war grob, bei Ra ≥ 3.2 μm
• Lebensdauer der Zahnräder verlängern und das Wartungsintervall, das bei 3 Monaten lag, verlängern

Lösung & Prozess#

1. Neuauslegung der Verzahnungsparameter - Die Verzahnungsparameter wurden neu ausgelegt, sodass der Überdeckungsgrad optimiert und die Schwankung der Eingriffssteifigkeit reduziert wurde. Ein höherer Überdeckungsgrad verteilt die Last zu jedem einzelnen Zeitpunkt auf mehr Zahnpaare, wodurch die dynamische Belastung jeder Flanke sinkt.
2. K-Profilmodifikation - Am Zahnprofil wurde eine K-Modifikation von 0.02~0.04 mm angewandt. Die Modifikation kompensiert die Zahnverformung unter Last und macht die Lastübertragung von einem Zahnpaar auf das nächste weicher, sodass der Eingriffsstoß nicht mehr sprunghaft erfolgt.
3. Umstellung von Wälzfräsen auf Schleifen - Der Fertigungsweg wurde von Wälzfräsen auf Verzahnungsschleifen umgestellt, wodurch die Verzahnungsgenauigkeit auf Genauigkeitsgrad DIN 5 angehoben wurde. Das Schleifen nach der Wärmebehandlung entfernt die vom Wälzfräsen hinterlassenen Verformungen und härtet die Flanke in einer kontrollierten Geometrie.
4. Zahnflanken-Oberflächengüte - Das Schleifen brachte die Zahnflanke zudem auf Ra ≤ 0.4 μm, wodurch Reibung und die von einer rauen Flanke ausgehende Geräuschanregung verringert werden.

Ergebnis & Rückmeldung#

• Das Betriebsgeräusch sank von 92 dB auf 78 dB, eine Reduzierung um 14 dB
• Die Lebensdauer der Zahnräder wurde um 40% verlängert
• Das Wartungsintervall wurde von 3 Monaten auf 12 Monate verlängert