Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Evaluierung von Getriebeölen für verschleißgefährdete Mobil- und Stationärantriebe

Die Lebensdauer langsam laufender Zahnradgetriebe ist oft durch Verschleiß der Verzahnung begrenzt. Zur Lebensdauerberechnung ist die vorherige, experimentelle Ermittlung der Verschleißcharakteristik eines vergleichbaren Tribosystems unter Verwendung des entsprechenden Schmierstoffs nötig. Die beste Aussagekraft ist aus anwendungsnahen Komponentenversuchen wie dem DGMK-FZG-Getriebeölverschleißtest C/0,05/90:120/12 zu erwarten. Dieser Test ist bislang nicht genormt und nur einem begrenzten Anwenderkreis bekannt.

In diesem Vorhaben soll die Genauigkeit eines solchen Testverfahrens abgesichert werden. Dazu werden Haupteinflussgrößen auf die Genauigkeit identifiziert und die bestehenden Verschleißkategorien für moderne Öle unterschiedlicher Anwendungsgebiete überprüft. Darüber hinaus soll die Differenzierbarkeit der Verschleißschutzwirkung niedrigviskoser, hochlegierter Öle sowie hochviskoser, niedriglegierter Öle verbessert werden, um auch Hochleistungsschmierstoffe z. B. für Automotive- oder Industriegetriebe zuverlässig bewerten zu können.

Um die Ergebnisse eines solchen Tests einer breiten Nutzung in der Getriebeauslegung zugänglich zu machen, wird in einem dritten Schritt der Wissensstand zu den Verschleißcharakteristiken der typischen Zahnradwerkstoffpaarungen hart/hart und hart/weich grundlegend erweitert. Dabei werden Möglichkeiten der Umwertung von Verschleißcharakteristiken beider Materialpaarungen überprüft.

Als wesentliches Ergebnis entsteht ein normfähiges Schmierstoffprüfverfahren, das bei der Entwicklung von Getriebeölen eingesetzt werden kann. Zudem wird die Verschleißlebensdauer insbesondere von Großgetrieben erstmalig einer zuverlässigeren Berechnung zugänglich gemacht. Dies mindert erhebliche Schadensrisiken entsprechender Antriebe und steigert die Wettbewerbsfähigkeit von KMU in der Schmierstoff- und Getriebeindustrie.

Ergebniszusammenfassung:

Die zentrale Zielsetzung des Vorhabens bestand darin, den Langsamlauf-Verschleißtest für Getriebeöle (DGMK 377-01) für die Übertragung in ein normfähiges Prüfverfahren mit einer umfassenden Berechnung der Verschleißlebensdauer von Verzahnungen vorzubereiten. Das Prüfverfahren sollte dabei zuverlässig und reproduzierbar sein sowie ein Berechnungsverfahren etabliert werden, das eine größtmögliche Anzahl praxisrelevanter Anwendungen abdeckt.

Dazu wurde das Prüfverfahren im Hinblick auf innere und äußere Einflüsse systematisch untersucht. In den experimentellen Untersuchungen wurden vielfältige Einflüsse geprüft und für beherrschbar empfunden. Auf Basis der Ergebnisse wurde eine erweiterte Prüfvorschrift entwickelt, die die Details in der Versuchsdurchführung präzisiert, und anschließend im PA abgestimmt. Das bildete die Grundlage für Abgleichversuche in sechs weiteren Laboren des PA. Die Ergebnisse dieser Versuchsreihe zeigen eine eindeutige Differenzierbarkeit der beiden untersuchten Schmierstoffe sowie sehr gute Werte hinsichtlich der Zuverlässigkeit in allen Laboren.

In den Untersuchungen zur Zahnradpaarung hart/weich wurde ein deutlich höherer Verschleiß, maßgeblich am weichen Rad, beobachtet. Er hängt maßgeblich von der Oberflächenhärtedifferenz der beiden Zahnradpartner und der Rauheit des härteren Zahnrads ab. Um diese Einflüsse in die Verschleißberechnung einzubeziehen, wurden Berechnungsfaktoren abgeleitet, die eine Umwertung des Prüfergebnisses auf eine hart/weiche Praxisverzahnung ermöglichen.

Damit steht ein Prüfverfahren zur Verfügung, dessen Eignung zur Evaluierung der Verschleißtragfähigkeit von Zahnrädern nachgewiesen wurde und das die Tragfähigkeit unterschiedlicher Schmierstoffe differenzieren kann. Aus den Ergebnissen lassen sich mit der Verschleißberechnung nach Plewe Aussagen zur Lebensdauer bei Betriebsbedingungen sowie über die neu eingeführte Umrechnung auch zur Lebensdauer von Zahnradstufen unterschiedlicher Oberflächenhärte treffen.