Analyse der Charakteristika und der sensorischen Nutzungspotentiale der elektrischen Impedanz leistungsführender Evolventenverzahnungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckhard A. Kirchner
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569255052

Ziel ist die Analyse der statistischen Eigenschaften der elektrischen Impedanz von Evolventenverzahnungen über einen weiten Betriebsbereich und deren phänomenologische Beschreibung als Basis einer neuen Diagnosemethode für beginnende Oberflächenschäden. Im Fokus stehen ölgeschmierte gerad- und schrägverzahnte Stirnräder mit Evolventenverzahnung mit Tauchschmierung. Diese Untersuchungen dienen dazu, Nutzungspotentiale der messtechnisch erfassbaren elektrischen Impedanz von Verzahnungen für die Schadensfrüherkennung in der Antriebstechnik mithilfe von Methoden des maschinellen Lernens abzuleiten. Um dieses übergeordnete Ziel zu erreichen, werden im Rahmen des Projekts die folgenden Forschungsfragen bearbeitet: FF 1: Wie lässt sich die elektrische Impedanz des Zahnkontakts quantitativ hinsichtlich ihres zeitlichen Verlaufs, Betrag und Phasenlage sowie deren Häufigkeitsverteilungen in Abhängigkeit von der wirkenden Beanspruchung charakterisieren? FF 2: Welchen quantitativen Einfluss haben Schmierstoffmenge und -viskosität auf die Impedanz und die messtechnische Differenzierbarkeit von Schmierungszuständen? FF 3: Welchen quantitativen Einfluss hat die Profilüberdeckung auf das messbare elektrische Impedanzsignal und damit auf die Differenzierbarkeit der Zahneingriffsstrecke? FF 4: Wie wirken sich Oberflächenveränderungen an den Zahnflanken qualitativ auf die Impedanz aus und wie lassen sich die Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge für die Identifikation von Zahnflankenschäden mithilfe von ML-Methoden nutzen? FF 5: Welche Potentiale und Grenzen bietet die sensorische Nutzung der elektrischen Impedanz von gerad- und schrägverzahnten Stirnrädern im Realgetriebe? Für die Beantwortung der ersten drei Forschungsfragen wird ein kombiniertes experimentelles und analytisches Vorgehen genutzt, bevor Schadensmechanismen untersucht und Nutzungspotentiale diskutiert werden. Ausgehend von der gegebenen Eingriffsstrecke und der Schmierung wird der primäre Einfluss der mechanischen Betriebsbedingungen untersucht, um ein quantitatives, phänomenologisches Verständnis des elektrischen Verhaltens zu liefern. Zur Interpretation kommen analytische, semianalytische sowie empirische Gleichungen aus dem Stand der Forschung zu Einsatz. Für das experimentelle Vorgehen wird ein Prüfaufbau verwendet, der auf die kurzzeitige experimentelle Untersuchung der elektrischen Impedanz ausgerichtet ist. Drehzahl und Drehmoment werden durch zwei dynamisch regelbare elektrische Maschinen im Vier-Quadranten-Betriebs in Back-to-Back-Anordnung aufgebracht. Auf eine Variation des Schmierstoffs wird verzichtet, auch werden die Versuche nur mit Öl durchgeführt, da hier durch eine Temperierung aktiv die Viskosität beeinflusst werden kann. Einflüsse durch Schmierstoffalterung werden durch Filterung und regelmäßigen Austausch des Öls soweit möglich vermieden. Einzelne Dauerversuche werden am Ende der Projektlaufzeit bei Beanspruchungen oberhalb der Dauerfestigkeit zur Verifikation durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen