Allgemeines Neu Projekte Forschungsberichte

Graufleckentragfähigkeit von Großgetrieben

PA Stirnräder | FVA 286 V

In geschmierten Zahnradgetrieben gleiten und wälzen gehärtete Zahnflanken unter hohen Kontaktpressungen aufeinander ab. Verschiedene Verschleißmechanismen beeinflussen sich dabei gegenseitig und führen zu unterschiedlichen Verschleißausprägungen, die sich letztendlich auf die Lebensdauer auswirken. Eine konsistente Auslegung gegen diese Verschleißformen und den damit einhergehenden lebensdauerbegrenzenden Verzahnungsschäden stellt eine besondere Herausforderung dar, weil bislang nicht alle Ursachen und Zusammenhänge eindeutig geklärt sind.

Die ISO 6336 beschreibt die klassischen Tragfähigkeitsberechnungen von Stirnrädern für Grübchen-, Zahnfuß- und Fresstragfähigkeit. Die ISO/TR 15144-1 behandelt die Berechnung der Graufleckengefährdung von Stirnrädern. All diese Berechnungen beziehen sich auf den Neuzustand der Räder und vernachlässigen die zeitlichen Verläufe der Ermüdungserscheinungen. Vorausgegangene Untersuchungen haben gezeigt, dass Auskolkung und Rissbildung die Zahnflankenform während des Laufes verändern und Einfluss auf die Bildung von Grauflecken sowie Grübchen nehmen (Bild). Für die lokal aufgelöste Simulation des Schadensverhalten ist es wichtig, diese Effekte zukünftig zu berücksichtigen.

Das beantragte Forschungsvorhaben setzt die systematischen Untersuchungen der Graufleckigkeit an Großzahnrädern fort. Die von der Forschungsstelle aufgebauten Großgetriebeprüfstände ermöglichen beim Betrieb mit Moduln bis mn = 25 mm die Bestimmung des Baugrößeneinflusses auf die Zahnflankentragfähigkeit. Mit weiteren Versuchen sollen die Wirkmechanismen und die gegenseitige Interaktion zwischen der Grauflecken- und Grübchenbildung analysiert werden. Dadurch soll zum einen der Stand der Forschung zum Thema Ermüdungsmechanismen auf Zahnflanken erweitert und zum anderen die elementare Fragestellung geklärt werden:

„Wann liegt bei großmoduligen Zahnrädern ein kritischer Graufleckenzustand vor?“

Hierfür verfolgt dieses Forschungsvorhaben verschiedene Teilaspekte, um ergebnis-basiert optimierte Berechnungsverfahren der Grauflecken- und Grübchentragfähigkeit abzuleiten, welche insbesondere auf großmodulige Zahnräder anwendbar sind:

  • Welchen Einfluss hat die 5-Achs-Bearbeitung von großmoduligen Verzahnungen auf die Verzahnungsqualität und die Tragfähigkeit hinsichtlich Grauflecken und Grübchen?
  • Wie beeinflussen unterschiedliche Betriebsbedingungen, die mit dem Lastgeschehen veränderliche Zahnflankengeometrie und Parameter der Flankenoberfläche die Verschleißmechanismen sowie die Bildung von Grauflecken und Grübchen speziell an großmoduligen Verzahnungen?
  • Wie lassen sich die neu gewonnenen Erkenntnisse bei der Auslegung und Gestaltung von Zahnradstufen berücksichtigen?
Zeitverhalten von Verschleiß, Graufleckigkeit und Grübchenbildung an hochbeanspruchten Zahnradflanken