Prognose der Luftschallabstrahlung von Getrieben
FVA 587 II, IGF-Nr. 17813 N
Prognosemethodik für die Schallleistung von Getrieben während der Konstruktionsphase
Bei Leistungsgetrieben spielt die Abstrahlung von Luftschall eine entscheidende Rolle für die Beurteilung des Geräuschverhaltens. Der durch das dynamische Verhalten des gesamten Antriebes induzierte Körperschall wird auf das Getriebegehäuse übertragen und als Luftschall abgestrahlt. Typisch im Vergleich zu den Großserien im Fahrzeugbau (PKW und LKW) sind jedoch kleine Stückzahlen und viele kundenspezifische Einzellösungen, die nicht im Prototypversuch beurteilt und optimiert werden können. Hier wird eine Methode benötigt, mit der das Geräuschverhalten frühzeitig abgeschätzt werden kann.
Zur Erreichung der oben genannten Ziele wurden im ersten Schritt Messungen an verschiedenen Getrieben durchgeführt. Während der experimentellen Untersuchungen wurden Luftschallgrößen, Körperschallgrößen sowie die Drehzahlen und Drehmomente der Antriebs- und Abtriebsmaschinen aufgenommen. Zusätzlich sind für die Validierung der Simulationsmodelle experimentelle Modalanalysen an allen Getrieben durchgeführt worden. Parallel zu den experimentellen Arbeiten wurde eine geeignete Simulationskette zur Berechnung der abgestrahlten Schallleistung ausgearbeitet. In dieser Simulationskette wurden die Getriebe vollumfänglich in der MKS-Umgebung abgebildet, um die Interaktion des Wellensystems mit dem Gehäuse zu berücksichtigen. Sowohl das Wellensystem als auch die Gehäuse und weitere Anbauteile wurden als elastische Körper eingebunden.
Die Berechnung des Luftschalls erfolgt in einem nachgelagerten Schritt in der FE-Umgebung. Zur Übertragung der in der MKS-Umgebung berechneten Oberflächenverschiebungen der Getriebegehäuse in das FE-Modell der umgebenden Luft wurde eine Schnittstelle zwischen SIMPACK und Abaqus geschaffen. Dieses Forschungsvorhaben zeigt auf, dass die Berechnung des Luftschalls mit der Kombination aus MKS- (SIMPACK) und FE-Simulation (ABAQUS) möglich ist. Eine Toolkette zur Bestimmung der Schallleistung unter Berücksichtigung der Interaktion des Wellensystems und des Getriebegehäuses ist erarbeitet worden. Es wird jedoch festgestellt, dass für die Berechnung des Luftschalls ein hoher Detailgrad in der Modellbildung notwendig ist. Dies führt zu einem entsprechend hohen Aufwand in der Modellbildung und langen Rechenzeiten. Es zeigt sich, dass der notwendige Detailgrad für die Prognose der Schallleistung mit stark vereinfachten Strukturen und damit der Anwendung des Modellgenerators aus FVA 587 I nicht zufriedenstellend möglich ist.
Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 17813 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
