Tribologie und Wirkungsgrad

 

Infolge der angreifenden Kräfte und der charakteristischen Kinematik werden die Flankenoberflächen von Zahnrädern bei der Drehmomentübertragung tribologisch beansprucht. Neben den vorliegenden Last- und Geschwindigkeitsverhältnissen bestimmen die technischen Eigenschaften der Zahnflankenoberflächen wie Oberflächenrauheit und –struktur sowie die Eigenschaften des Zwischen- und Umgebungsmediums den tribolobgischen Kontakt bei kämmenden Zahnrädern. Durch die Optimierung des Zahnflankenkontakts unter tribologischen Gesichtspunkten kann sowohl eine Steigerung der Flankentragfähigkeit als auch der Effizienz eines Zahnradgetriebes erreicht werden. Aus diesem Grund befindet sich das Forschungsgebiet der Tribologie kontinuierlich im Blickpunkt der öffentlichen und industrienahen Forschung der Getriebeabteilung des WZL. Ein Forschungsschwerpunkt liegt auf der Erzeugung tribologisch optimierter fertigungsbedingter Produkteigenschaften. Neben unterschiedlichen Oberflächenstrukturen in Abhängigkeit vom eingesetzten Fertigungsverfahren wird auch die Wirkung von tribologisch aktiven Zusätzen im Fertigungsprozess und im Betrieb von Zahnrädern betrachtet. Weitere Inhalte sind die geometrische Optimierung der kontaktierenden Zahnflankenbereiche und die Oberflächenveredelung durch den Einsatz von Gleischleifverfahren und PVD-Beschichtungen. Die eingesetzten Untersuchungsmethoden reichen von der Darstellung des Zahnflankenkontakts im tribologischen Rollentest bis zu Wirkungsgradmessungen an einzelnen Zahnradstufen und Getrieben unter praxisnahen Bedingungen.
Darüber hinaus wird das tribologische System „Zahnflanke“ für einzelne, lokale Kontaktbedingungen im Zwei-Scheiben-Analogieversuch untersucht. Auf experimenteller Basis werden für unterschiedliche, zahnradtypische Betriebszustände Reibkoeffizieten ermittelt, die über eine lokalen Berechnungsansatz auf die Verzahnung übertragen werden. Auf diese Weise entsteht ein detailliertes Wissen über den lokalen Wirkungsgrad entlang der Eingriffsstrecke und die Möglichkeit gezielter Optimierungsmaßnahmen.


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