Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Berechnungsverfahren und Grenzkriterien zum Verschleißverhalten fettgeschmierter Getriebe unter Berücksichtigung der Werkstoffpaarung

Jüngste Forschungsarbeiten zeigen, dass fettgeschmierte Zahnräder auch bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten und damit vermeintlich verschleißunkritischen Betriebsbedingungen durch Verschleiß zunehmend gefährdet sein können. Im Wesentlichen wird das Verschleißverhalten fettgeschmierter Zahnradpaarungen durch den sich einstellenden Schmierungsmechanismus (Umwälzen/Freigraben) bestimmt. Besonders interessant ist dabei der Übergangsbereich zwischen den beiden Schmierungsmechanismen, der bis Dato noch nicht systematisch untersucht wurde. Zahnradschäden in diesen Betriebsbereichen können zu Stillstandszeiten und Reparaturkosten führen, die besonders in der Grundstoffindustrie hohe Folgekosten verursachen.

Durch Ableitung entsprechender Berechnungsmöglichkeiten zum Verschleißverhalten fettgeschmierter Zahnräder soll diese Wissenslücke geschlossen und somit das Schadensrisiko verringert werden. In theoretischen und experimentellen Untersuchungen werden unter genauerer Betrachtung des Übergangsbereichs des Schmierungsmechanismus von Umwälzen zu Freigraben geeignete Grenzkriterien systematisch überprüft. Aus den gewonnenen Erkenntnissen kann ggf. ein rechnerischer Ansatz zur Abschätzung des Schmierungsmechanismus abgeleitet werden. Zudem werden unterschiedliche Werkstoffpaarungen betrachtet und Möglichkeiten zur Umrechnung des Verschleißverhaltens der Paarung einsatzgehärtet/einsatzgehärtet auf die Paarung einsatzgehärtet/vergütet (und umgekehrt) geprüft. Aufbauend auf den Ergebnissen sollen passende Verschleißkategorien für den Langsamlauf-Verschleißtest für Schmierfette (DGMK 725) anhand geeigneter Versuche vorgeschlagen werden. Die erwarteten Ergebnisse des Vorhabens sind insbesondere für Hersteller von mechanischen Antrieben und die Schmierstoffindustrie von Bedeutung. In diesen Branchen sind viele KMU tätig, für die der Aufwand eigener Forschungsaktivität diesbezüglich zu groß ist.

Ergebniszusammenfassung:

Das Vorhaben umfasste im Wesentlichen drei Zielsetzungen: Entwicklung eines Berechnungsansatzes zur Abschätzung der Schmierstoffversorgung im Zahnkontakt fettgeschmierter Zahnradpaarungen, Schaffung eines grundlegenden Kenntnisstands zum Verschleißverhalten von Zahnradpaarungen unterschiedlicher Wärmebehandlung sowie Absicherung des modifizierten Langsamlauf-Verschleißtests für Schmierfette. Dazu wurden umfangreiche, experimentelle Untersuchungen und theoretische Studien durchgeführt. Fette unterschiedlicher Zusammensetzung wurden über einen großen Drehzahlbereich sowie mit unterschiedlichen Betriebsbedingungen unter Beobachtung des sich einstellenden Versorgungsmechanismus untersucht und auftretende Schadensarten dokumentiert. Ferner wurde in systematischen Langsamlauf-Verschleißtests die Versuchsbasis des modifizierten Prüfverfahrens für Fette vergrößert, sowie in Stichversuchen Zahnradpaarungen unterschiedlicher Wärmebehandlung untersucht. Die experimentellen Ergebnisse wurden in eine erweiterte Modellvorstellung integriert.

Folgende Ergebnisse wurden erarbeitet:

- Übergangsbereich der Schmierstoffversorgung (Umwälzen/Freigraben) ist maßgeblich von Fetteigenschaften, äußeren Randbedingungen und Betriebsbedingungen abhängig. Mithilfe des weiterentwickelten Berechnungsansatzes ist es möglich, den sich einstellenden Versorgungsmechanismus einer fettgeschmierten Getriebestufe abzuschätzen.

- Paarungen einsatzgehärteter und -vergüteter Zahnräder weisen einen erhöhten Verschleiß auf. Dies wird zusätzlich von der Rauheit des harten Bauteils, der Oberflächenhärtedifferenz sowie den Schmierstoffbestandteilen beeinflusst. Die erzielten Erkenntnisse ermöglichen eine erste Umrechnung des Verschleißaufkommens vom standardisierten Test auf eine Verzahnung hart/weich für fettgeschmierte Getriebe.

- Der modifizierte Verschleißtest ist für die Anwendung mit Fetten geeignet. Eine Wiederholbarkeit und Differenzierbarkeit der Ergebnisse ist möglich.

Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.