Einfluss triboinduzierter Schichten auf Schäden und Reibungsverhalten von Zahnrädern unter besonderer Berücksichtigung des Einlaufvorgangs - experimentelle und analytische Untersuchungen

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Kopnarski; Professor Dr.-Ing. Karsten Stahl
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262631975

Die Entstehung von triboinduzierten Schichten (Triboschichten) durch Wechselwirkung der Schmierstoffadditive mit den Wälzkörperoberflächen kann die Schadensformen und das Reibungsverhalten von Zahnrädern signifikant beeinflussen. Während im Rahmen von Förderperiode I eine praxisnahe und optimierte Einlaufmethode zur Steigerung der Flankentragfähigkeit von geradverzahnten Stirnrädern definiert wird, werden die komplexen Mechanismen des Triboschichtaufbaus während dem Einlauf und Betrieb nicht im Detail betrachtet. Da jedoch alle Ergebnisse eine deutliche Abhängigkeit von den untersuchten Schmierstoffadditivierungen zeigen, soll in Förderperiode II der Zusammenhang zwischen der Entstehung und Entwicklung von Triboschichten und deren Auswirkung hinsichtlich Flankentragfähigkeit und Reibungsverhalten von Zahnrädern systematisch untersucht werden. Die Eigenschaften der Triboschichten sowie die Beanspruchung und Beanspruchbarkeit des Tribosystems müssen dabei hinreichend genau bekannt sein. Dazu werden einerseits die physikalischen und chemischen Zusammensetzungen der Triboschichten und des oberflächennahen Bereichs mit geeigneten Analysemethoden untersucht (Beanspruchbarkeit) und andererseits die lokale Beanspruchung aus detaillierten simulationsseitigen Betrachtungen des geschmierten Kontaktes beim Kooperationspartner IMK Magdeburg ermittelt. Erstmals soll dabei örtlich aufgelöst die Entstehung von Triboschichten in Kombination mit den lokalen Beanspruchungen im Kontakt an technischen Oberflächen betrachtet werden. Auf Basis der durchgeführten Untersuchungen sollen Modellvorstellungen und Aussagen entwickelt werden, welche Triboschichten niedrige und hohe Reibung bzw. welche Triboschichten niedrige und hohe Flankentragfähigkeiten bewirken. Der Fokus der Tragfähigkeitsuntersuchungen liegt auf den Schadensformen Grübchen und Fressen. Dabei soll auch untersucht werden, ob sich Triboschichten gleichzeitig auf alle Untersuchungsgebiete (Fressen, Grübchen, Reibungsverhalten) positiv auswirken können. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens können einen wichtigen Beitrag zur Ressourcenschonung leisten, da Triboschichten während des Betriebs ohne Zusatzaufwand und ohne aufwendige konstruktive Änderungen entstehen und dabei einen positiven Effekt auf die Tragfähigkeit und das Reibungsverhalten haben können. Dem Anwender bzw. Additiv- und Schmierstoffhersteller werden die Projektergebnisse Ansätze zur geeigneten Wahl einer Schmierstoffadditivierung bzw. zur Optimierung von Schmierstoffformulierungen für Zahnradgetriebe aufzeigen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1551: Ressourceneffiziente Konstruktionselemente
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Dirk Bartel