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Werkzeugmaschinenlabor (WZL) – RWTH Aachen
Normbasierte und funktionsorientierte Filterung von Welligkeitsanteilen

Funktionale Rauheitsfilter

FVA 669 IV | IGF-Nr. 21037 N

Funktionsorientierte Filterung zur Beurteilung der Rauheit von hochfeinen Zahnflankenoberflächen

Die Oberflächenrauheit im Zahnflankenkontakt hat einen maßgeblichen Einfluss auf die Zahnflankentragfähigkeit im Betrieb. Darüber hinaus konnte in Voruntersuchungen gezeigt werden, dass auch die heute durch Filteroperationen entfernte Oberflächenwelligkeit einen Einfluss auf die Entstehung von Zahnflankenschäden hat. Eine funktionsorientierte Trennung des Rauheitsprofils vom Primärprofil ist in der aktuellen Normgebung jedoch nicht vorgesehen, da die Filterparameter in Abhängigkeit von vertikalen Rauheitskenngrößen und unabhängig von den horizontalen Kontaktbedingungen im Wälzkontakt gewählt werden.

Das Forschungsvorhaben hat daher die zentrale Fragestellung betrachtet, bei welcher Grenzwellenlänge λc eine Trennung des Primärprofils in ein Rauheits- und Welligkeitsprofil im Hinblick auf die Funktion vorgenommen werden sollte. Durch die gezielte Trennung des Rauheitsprofils vom Primärprofil wird es ermöglicht, nur den Wellenlängenbereich zu betrachten, der die Beanspruchung in der Kontaktzone des Wälzkontakts auf Mikroebene beeinflusst.

Das zentrale Ergebnis dieses Forschungsvorhabens ist eine Methode zur Bestimmung der Grenzwellenlänge in Abhängigkeit von der Hertz’schen Abplattungsbreite bH. Sowohl die funktionsorientierte Analyse als auch die Validierung mit Prüfstandsversuchen haben bestätigt, dass die Grenzwellenlänge λc etwa gleich der vollständigen Abplattungsbreite im Wälzkontakt gewählt werden sollte, siehe Bild 1 unten links. Auf diese Weise konnte eine bessere Korrelation zwischen dem Prüfstandsergebnis und dem Rauheitskennwert Ra abgeleitet werden. Für die Wahl der Messposition gilt, dass das Bauteil hinsichtlich der Oberflächenrauheit an der Stelle charakterisiert werden sollte, wo entweder die höchste Oberflächenrauheit erwartet wird oder rechnerisch die geringste Lebensdauer vorliegt. Zudem ist zu beachten, dass nach heutigem Kenntnisstand alle linearen Filter auf Unstetigkeiten, wie bspw. den Übergang zur Kopfrücknahme, im gemessenen Profil reagieren, sodass diese Bereiche nicht innerhalb der Messstrecke liegen sollten. Hinsichtlich der Filterparameter wurde ermittelt, dass das derzeitig etablierte Vorgehen (Polynom 5. Grades + lineares Gaußfilter) beibehalten werden kann, ein Wechsel auf das lineare gauß’sche Regressionsfilter oder das lineare Spline-Filter aber möglich ist. Insgesamt konnte in dem Projekt eine Richtlinie zur funktionsorientierten Filterung von Welligkeitsanteilen abgeleitet, validiert und in einem Merkblatt zusammengefasst werden.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 21037 der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

AiF Mitgliedgefördert vom BMWiK aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages
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