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Kurzfassung „Tribologische Transfermechanismen und großflächige Mikrokontaktsimulation der Festschmierstoffbereitstellung aus PVD-Schichten für trockenlaufende Zahnradstufen“

In Zahnradgetrieben wird als Zwischenmedium üblicherweise ein Schmierstoff in Form von Schmieröl oder Schmierfett eingesetzt. Die primären Aufgaben des Schmierstoffs liegen in der Verschleiß- und Reibungsminimierung sowie in der Wärmeabfuhr und das Austragen von Verunreinigungen und Verschleißpartikeln. Aufgrund der gegenüber Lagern und Dichtungen abweichenden tribologischen Beanspruchungen im Zahnflankenkontakt stellt insbesondere die Wärmeabfuhr eine zentrale Herausforderung dar, deren Realisierung im Trockenbetrieb hochbeanspruchter Zahnradkontakte bislang Gegenstand der Forschung ist. Die genannten primären Aufgaben der ölbasierten Schmierung sollen mit der Applikation von PVD-Festschmierstoffbeschichtungen im Zahnflankenkontakt begegnet werden, wodurch die mikro-topographische Ausprägung der sich im Kontakt befindlichen Aktivflächen weiter in den Fokus gerückt werden.

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist somit die experimentelle und simulative Analyse der Bereitstellungs- und Transfermechanismen von applizierten PVD-Festschmierstoffsystemen zur Versorgung trockener Wälzkontakte am Beispiel des Zahnflankenkontakts. Zur Beurteilung der Schichttragfähigkeit, der Kontaktreibung und Wärmeentwicklung werden die mit verschiedenen Schichtvarianten applizierten Prüfkörper mit unterschiedlich ausgeprägter Mikrotopographie auf dem Zwei-Scheiben-Prüfstand unter zahnradtypischen Bedingungen getestet. Die Prüfkörper werden analytisch und tribologisch charakterisiert, um ein grundlegendes Verständnis der ablaufenden Prozesse von Festschmierstoffbereitstellung und -transfer in Abhängigkeit von den Oberflächeneigenschaften und Beanspruchungen zu entwickeln. Basierend auf diesen Erkenntnissen wird eine Methode zur Tribosimulation des trockenen Kontakts erarbeitet. Im letzten Schritt werden die Erkenntnisse der experimentellen, analytischen und tribologischen Untersuchungen zur Entwicklung eines beanspruchungsgerechten Schichtsystems und zur Übertragung auf hinsichtlich tribologischer Beanspruchung örtlich und zeitlich veränderlichen Zahnflankenoberflächen genutzt. Zum Nachweis der Applikationsbefähigung werden Prüfverzahnungen gemäß der optimierten Oberflächen- und Schichtbeschaffenheit aus dem Scheibenversuch eingestellt und hinsichtlich der Vorhersagegenauigkeit untersucht.

• Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen

• Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien IWT Bremen