Tribologisches Einsatzverhalten erodierter Wälzkontakte

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs, seit 7/2019
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387674136

Hochbelastete Wälzkontakte, wie z.B. der Zahnflankenkontakt, sind komplexe tribologische Systeme, deren Eigenschaften sich durch die Wechselwirkungen zwischen den Kontaktpartnern, dem Schmierstoff und dem Umgebungsmedium einstellen. Die Eigenschaften des tribologischen Systems beeinflussen maßgeblich das Einsatzverhalten hinsichtlich Reibung, Verschleiß und Materialermüdung. Die Wälzfestigkeit wird durch den Werkstoff, die Randzoneneigenschaften, die Oberflächenbeschaffenheit sowie die Betriebsparameter Schlupf und Summengeschwindigkeit beeinflusst. Die Reibung ergibt sich aus dem Schmierungszustand im Kontakt, der sich in Abhängigkeit vom Schmierstoff, der Temperatur sowie der Oberflächenrauheit und -struktur einstellt. Zur Reibungsreduktion und Tragfähigkeitssteigerung hochbelasteter Wälzkontakte wird in der jüngsten Forschung insbesondere die Oberflächentopographie als Optimierungsparameter untersucht. Ein zentrales Ergebnis ist, dass durch eine optimierte Oberflächenstruktur aus dem finalen Bearbeitungsschritt die Schmierfilmbildung im Wälzkontakt und die Lebensdauer bei Untersuchungen auf dem Zwei-Scheiben-Prüfstand verbessert werden können. Für deterministisch erzeugte Oberflächenstrukturen ergibt sich für flache Napfstrukturen ein verbessertes Einsatzverhalten hinsichtlich Reibung im Vergleich zu polierten Oberflächen. Die Funkenerosion kann durch die prozessinhärente Ausbildung einer Kraterlandschaft eine solche Oberflächenstruktur erzeugen. In Voruntersuchungen konnte herausgefunden werden, dass beim Drahterodieren durch die Prozessführung mittels geeigneter Nachschnitte grundsätzlich tribologisch günstige Oberflächenstrukturen eingestellt werden können. Bei Anwendung eines zeitgemäßen Prozesses kam es beim durchgeführten Tragfähigkeitstest zu einer Verdreifachung der ertragbaren Lastwechselzahl im Zeitfestigkeitsgebiet bei der Grübchentragfähigkeit von drahterodierten gegenüber geschliffenen Zahnrädern. Die Zielsetzung des Projektes beinhaltet den Aufbau eines wissensbasierten Prozessmodells für den Zusammenhang zwischen den Parametern der Funkenerosion und der resultierenden Oberflächenintegrität des bearbeiteten Bauteils. Auf Basis physikalischer Kenngrößen des Entladeregimes wird ein Beschreibungsmodell aufgebaut, das die Grundlage zur Optimierung funkenerosiver Randzonen und Oberflächenstrukturen bildet. Aufbauend darauf wird das Ziel verfolgt, das tribologische Einsatzverhalten experimentell im Zwei-Scheiben-Analogieversuch zu untersuchen sowie die vorhandene Wälzfestigkeitsberechnung auf den tribologischen Kontakt stochastischer Oberflächenstrukturen zu erweitern. Zur Integration wird der vorhandene Schmierstoffansatz gezielt um den Verformungskreuzeinfluss erweitert. Final erfolgt der Abgleich zwischen den theoretisch berechneten Wälzbelastungen bei funkenerosiv und schleiftechnologisch hergestellten Oberflächenstrukturen und den experimentellen Ergebnissen, um das zukünftige Optimierungspotential zu bestimmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Fritz Klocke, bis 6/2019