Akustik 3D-gedruckter Zahnräder

Am Fachgebiet Systemzuverlässigkeit, Adaptronik und Maschinenakustik SAM wird derzeit die inäquidistante Verzahnung entwickelt. Diese neuartige Verzahnung zeichnet sich durch eine unregelmäßige Anordnung der Zähne von Zahnrädern aus. Hierdurch wird das Geräusch, entstehend durch den Zahneingriff, verändert. Statt eines tonalen und lästigen Geräusches, wie bei konventionellen Verzahnungen („Getriebeheulen“), entsteht ein weniger lästiges Geräusch mit eher rauschartigem Charakter (siehe Beiträge zur DAGA 2016 [1] und Inter-Noise 2016 [2]). Eine besondere Herausforderung bei der Entwicklung der inäquidistanten Verzahnung ist jedoch die Fertigung von Prüfzahnrädern zur experimentellen akustischen Überprüfung der Forschungsergebnisse. Einerseits muss eine gewisse Anzahl an individuell ausgelegten Zahnradpaaren gefertigt werden können, andererseits sollen die Fertigungskosten möglichst niedrig sein. Um diesen Anforderungen zu genügen, wird in diesem Beitrag untersucht, inwiefern sich mittels Fused Deposition Modeling (FDM) 3D-gedruckte Zahnräder für die Untersuchung des Zahneingriffsgeräusches eignen. Das Druckverfahren wird allgemein vorgestellt, um anschließend auf den Herstellprozess der Zahnräder und die daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften im Speziellen einzugehen. An einem akustischen Getriebeprüfstand werden die mittels 3DDruck hergestellten Zahnräder mit geometrisch identischen Referenzzahnrädern (Stahl, Industriequalität) unter verschiedenen Betriebsbedingungen verglichen. Es wird dargestellt, welche Chancen und Risiken sich bei der akustischen Untersuchung 3D-gedruckter Zahnräder ergeben.