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BGI 676 - Lärmgeminderte Zahnriementriebe
Berufsgenossenschaftliche Informationen für Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit (BGI)
(bisher ZH 1/564.19)

(Ausgabe 12/1989)

nur zur Information
Umstrukturierung der Systematik (01.05.2014): nicht mehr im DGUV-Regelwerk enthalten

1 Vorbemerkung, Anwendungsbereich

Zahnriementriebe weisen insbesondere bei höheren Drehzahlen ein erhebliches Laufgeräusch auf, welches wegen seiner Tonalität als besonders unangenehm und störend empfunden wird. Sind diese Antriebe für Leistungen ausgelegt, wie sie etwa bei Werkzeug-, Papier- oder Textilmaschinen nötig sind (Bild 1), so werden Schalleistungspegel von 107 dB(A) nicht selten überschritten. Da diese hohen Geräuschpegel des Zahnriementriebes für das gesamte Geräuschverhalten der jeweiligen Maschine bestimmend sind, Kapselungen, Wärmeabfuhr, Sichtkontrolle und Wartung oft erheblich behindern, kommt der Lärmminderung dieses Antriebselementes eine Schlüsselstellung zu, die auch aufwendigere Minderungsmaßnahmen rechtfertigt.

Bild 1

Dieses LSA- Blatt gibt Anregungen zu Lärmminderungsmaßnahmen für den Konstrukteur, aber auch für Betreiber, die bereits bestehende Antriebe lärmmindernd nachrüsten wollen. Darüber hinaus wird eine Abschätzformel angegeben, die es ermöglicht, die Geräuschpegel für unterschiedliche Zahnriementypen in Abhängigkeit von Drehzahl und zu übertragender Leistung näherungsweise zu ermitteln. Hiermit ist die Wahl geräuschmäßig günstiger typen möglich. Grundlagen sind vergleichende Geräuschuntersuchungen an den zur Zeit der Drucklegung mit wesentlichen Marktanteilen bei Maschinenantrieben oberhalb 5 kW vertretenen Zahnriemenarten. Dem Forschungsbericht können weitere Einzelinformationen entnommen werden [1-7].

2 Geräuschentstehung, Einflussfaktoren

Das Zahnriemengeräusch entsteht aufgrund der geometrischen Bedingung des unstetigen Zahneingriffs (Polygoneffekt). Hierdurch läuft der Riemen nicht kontinuierlich in einem tangentialen Berührpunkt auf die Riemenscheibe auf, sondern jeder Zahn gelangt mit einer gewissen Aufschlaggeschwindigkeit zum Eingriff. Beim Auftreffen des Riemenmaterials auf die Zahnscheibe wird Luftschall erzeugt und im wesentlichen unmittelbar am Ort des Zahneingriffs abgestrahlt. Weil die Schallenergie hauptsächlich mit der Zahneingriffsfrequenz und deren Harmonischen emittiert, ergibt sich der typische, tonale und oberwellenreiche Klang.

Die in Schall umgesetzte Leistung steigt sehr stark mit den bei jedem Zahneingriff in Berührung kommenden Flächen, so dass die Breite des verwendeten Zahnriemens großen Einfluss auf die Höhe der Schallemission hat. Weiter ist die Schallenergie als Summe der mit jedem Zahneingriffsvorgang in Schall umgesetzten Teilenergien stark von der Zahl dieser Eingriffe pro Zeiteinheit - also von der Riemenumlaufgeschwindigkeit - abhängig.

Dabei ist es unerheblich, ob die entsprechende Riemenumlaufgeschwindigkeit durch hohe Drehzahl bei Verwendung kleiner Scheiben oder durch große Scheibenradien zustande kommt. Gemäß dieser Entstehungsmechanik ist die Schallabstrahlung auf der An- und Abtriebsseite gleich; sie wird auch von den übrigen Parametern des Zahnriementriebes (Achsabstand, Vorspannkraft, Übersetzungsverhältnis und Lastmoment) nicht wesentlich beeinflusst. Bei Riemenumlaufgeschwindigkeiten oberhalb 25 m/s macht sich das Ventilationsgeräusch zunehmend stark bemerkbar: Die Umgebungsluft wird von den umlaufenden Teilen des Antriebes mitgerissen und verwirbelt beim Auftreffen auf feststehende Umbauteile, wobei ein breitbandiges Rauschen entsteht. Erst bei Riemengeschwindigkeiten um 50 m/s wird dieser Geräuschanteil merklich. Weil die nachfolgend beschriebenen Geräuschminderungsmaßnahmen dieses Rauschen nicht unterdrücken, sondern jeweils nur das Aufschlaggeräusch mindern, verlieren die Maßnahmen mit zunehmender Umfangsgeschwindigkeit etwas an Wirkung. Angaben über erzielbare Pegelminderungen sind deshalb nur für Geschwindigkeiten bis 30 m/s verwendbar.

3 Maßnahmen zur Schallpegelsenkung

Die Wirksamkeit der nachfolgend vorgestellten Maßnahmen für eine praktische Anwendung setzt voraus, dass das Zahnriemengeräusch pegelbestimmend ist und unmittelbar in Luftschall umgesetzt wird. In Anwendungen, bei denen Umbauteile durch vom Riementrieb erzeugten Körperschall zur Abstrahlung angeregt werden, sind die Lärmminderungsmaßnahmen am Riementrieb nur in Verbindung mit gleichzeitig durchzuführender Körperschalldämmung oder sonstiger Unterbindung der Sekundärabstrahlung erfolgversprechend.

3.1 Maßnahmen an Riementrieben mit marktüblichen, nicht geräuschgeminderten Zahnriemen

Sollen übliche Zahnriemen verwendet werden, so stehen neben der Verwendung von (Teil-) Kapselungen des Antriebs folgende Lärmminderungsmaßnahmen zur Wahl:

• Der Einsatz von Zahnriemenscheiben aus spanend bearbeitetem Metall bringt gegenüber solchen aus Kunststoff eine Geräuschminderung um 3 dB(A). Riemenscheiben aus Sintermaterial sind sogar bis zu 4 dB(A) leiser als Kunststoffscheiben.
• In die Zahnriemenscheibe in Umfangsrichtung eingebrachte Nuten von 1-3 mm Breite (Bild 2) ermöglichen eine Verringerung des Schalleistungspegels um 2 dB(A). Die Nuten - eine pro 30 mm Scheibenbreite - sollten den Zahngrund deutlich unterschneiden. Da das übertragbare Drehmoment immer von der zulässigen Längskraft im Riemen oder der Scherfestigkeit der Riemenzähne begrenzt wird, bedeutet die Nutung der Scheibenzähne keine Leistungseinbußen.

Bild 2