Das Geräuschverhalten geschliffener Radsätze wird durch den EaseOff definiert. Bei Einsatz geschliffener Verzahnungen wird die finale Zahnflankentopografie entsprechend der theoretischen Auslegung beim Schleifen der gehärteten Bauteile erzeugt. Der EaseOff kann exakt in Analogie zu den Anforderungen definiert werden, die aus der zu übertragenden Leistung und den lastbedingten Verlagerungen resultieren. Aufgrund der großen Präzision des Schleifprozesses sind alle Tragbilder und auch die Wälzabweichungen für jeden Zahneingriff quasi identisch. Als Daumenregel für einen geräuschunauffälligen geschliffenen Pkw-Radsatz gilt, dass der Drehfehler unter 25rad liegen sollte. Das ist nicht immer oder teilweise nur mit großem Optimierungsaufwand erreichbar. In jedem Fall ist die genaue Kenntnis der Randbedingungen wesentliche Voraussetzung für eine geräuschoptimale Radsatzauslegung.
Warum sind geläppte Radsätze ‚leise‘?
Geläppten Radsätzen wird im Allgemeinen nachgesagt, dass sie leiser seien als geschliffene. Interessant ist: Anders als beim Schleifen ist der Läppprozess nicht in der Lage, eine Flankentopografie neu zu definieren. Für ein konstantes Fertigungsergebnis werden daher systematische Härteverzüge häufig bereits beim Vorverzahnen durch chargenindividuelle Härtevorkorrekturen vorgehalten.
Um trotz der nicht korrigierbaren, zufälligen Härteverzüge ein gutes Einsatzverhalten ohne Kantentragen erzielen zu können, werden die Radsätze mit großer Balligkeit ausgelegt. Entsprechend weist der gefräste und einsatzgehärtete Radsatz im Zustand vor dem Läppen einen großen Drehfehler auf. Das spätere Läppen des Radsatzes verringert solche Unregelmäßigkeiten dann wieder. Zudem wird die Balligkeit im Bereich des Läppkontakts reduziert. Beides führt dazu, dass der Drehfehler geringer und das Geräuschverhalten verbessert wird.
Besser als perfekt
Der Blick auf das Läppen zeigt, dass äußerste Präzision aus Sicht der Psychoakustik nachteilig ist. Geringe Abweichungen von einem perfekt gleichmäßigen Signal werden als deutlich angenehmer wahrgenommen. Ähnliche Effekte werden beispielsweise beim Profil von Reifen genutzt: Durch eine Modulation der Stollenlänge wird die Anregung dezidierter Frequenzen beim Abrollgeräusche vermieden. Um eine solche psychoakustische Geräuschoptimierung auch für geschliffene Radsätze zu erhalten, entwickelte Klingelnberg die Technologie des ‚Quiet Bevel Grinding‘. Hierbei handelt es sich um eine Methode zur Tragbildmodulation – basierend auf einer niederfrequent-harmonischen Modifikation der einzelnen Zahnflankentopografien. Für jede Bauteilgeometrie wird ein maximaler Betrag einer Modifikation ausgelegt. Eine Verteilungsfunktion ordnet jeder Lücke individuell einen Anteil dieses maximalen Betrags zu. Der maximale Betrag der Modifikation wird anhand einer Änderung der Einstellparameter der neutralen Maschine definiert. Damit kann er mit den in KIMoS verfügbaren Werkzeugen ausgelegt und analysiert werden.
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Die Technologie QBG befähigt dazu, das subjektiv wahrgenommene Geräuschverhalten geschliffener Kegelradsätze etwa im Bereich der Elektromobilität zu optimieren – ohne zusätzliche Aufwände bei der Verzahnungsfertigung: Quiet Bevel Gear Grinding.
Die Verteilungsfunktion wiederum definiert die relative Amplitude der Modifikation für jede Lücke, bezogen auf den zuvor festgelegten Wert der maximalen Ausprägung. Sie basiert auf der Überlagerung mehrerer Sinusfunktionen, die jeweils eine Periodenzahl unterhalb der Zähnezahl des jeweiligen Bauteils aufweisen. Daher wird die Modulation als niederfrequent-harmonisch bezeichnet.
Geräuscharm durch Quiet Bevel Grinding
Das Ziel der individuellen Topografievariation von Lücke zu Lücke ist, einen Teil der Energie der Zahneingriffsharmonischen auf die Seitenbänder zu verlagern. Das reduziert die psychoakustisch unangenehme tonale Geräuschanregung und es entsteht ein eher zufällig anmutendes Geräusch ähnlich einem Rauschen. Im Gegensatz zum Läppen, wo die individuellen Topografieabweichungen eher zufällig aus der Kombination des Härtens und des nachfolgenden Läppkontakts entstehen, lässt sich beim Kegelradschleifprozess eine Variation des Zahneingriffs gezielt definieren.
Geläppte Radsätze werden in aller Regel leiser empfunden als geschliffene. – Bild: Klingelnberg GmbH
Diese Modifikation wird dann auf jeden Radsatz identisch aufgebracht, sodass auch die akustische Charakteristik so gefertigter Radsätze untereinander gleich ist.
