GRÜBCHEN – Getriebe-Ressourceneffizienz durch umfassendes Verständnis des Fortschreitens lebensdauerbegrenzender Grübchenschäden

• Antragsteller: Dr.-Ing. Martin Dazer; Professor Dr.-Ing. Karsten Stahl
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538825406

Zahnräder sind eins der bedeutendsten Maschinenelemente. Sie finden Anwendung in winzigen Uhrwerken und riesigen Zementmühlen. Grübchen sind ein Schadensbild von Zahnrädern, bei dem es auf Grund der im Zahneingriff auftretenden Pressungen zu muschelförmigen Ausbrüchen auf der Zahnflanke kommt. In der Regel sind kleiner Grübchen noch kein Grund die Verzahnung direkt zu ersetzten, jedoch führt der Schaden mit fortschreitender Intensität zum Ausfall und damit zum Stillstand der Anlage. Das Schadensbild Grübchen ist seit Jahrzehnten Gegenstand der Forschung und der internationalen Normung. Allerdings befassen sich diese Betrachtungen fast ausschließlich mit dem generellen Auftreten des Schadens. Das Wachstum des Schadensbild vom Entstehen eines kleinen, initialen Grübchens bis zum letztendlichen Ausfall ist kaum erforscht. Insbesondere vergütete Verzahnungen weisen ein kontinuierliches Wachstum des Schadens auf und sind diesbezüglich noch nahezu unerforscht. Genau diese Art von Verzahnungen wird in der Zementindustrie eingesetzt. Dieser Industriezweig verursacht fast acht Prozent des gesamten CO2-Ausstoßes der Welt. Kleinste Optimierungen in den enthaltenen Prozessen und Anlagen haben somit enormes Potential für den Klimaschutz. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts soll eine Methodik erarbeitet werden, die es ermöglicht das Schadenswachstum von Grübchen unter verschiedenen Belastungen zu simulieren. Basierend auf dieser Möglichkeit, den Schaden in die Zukunft zu prognostizieren, sollen Betriebsstrategien abgeleitet werden, die eine optimale Ausnutzung der Verzahnung ermöglichen. Im Rahmen des Projekts liegt ein besonderer Schwerpunkt auf der Betrachtung des stochastischen Verhaltens des Schadens, um eine hohe Zuverlässigkeit der Methodik zu erzielen. Durch eine solche Methodik könnte Anlagen in der Anwendung länger verwendet werden, ohne dabei Kompromisse bezüglich Sicherheit oder Zuverlässigkeit einzugehen. Dies würde die Notwendigkeit für Reservekapazitäten oder frühzeitigen Austausch reduzieren und somit die Klimabilanz verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen