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antriebstechnik 10/2018

antriebstechnik 10/2018

FVA AKTUELL Örtliche

FVA AKTUELL Örtliche Fresstragfähigkeit Fressen an Stirnradverzahnungen ist charakterisiert durch ein lokales Zusammenbrechen des Schmierfilms und einem daraus folgendem Metall-Metall-Kontakt der Zahnflanken, wodurch diese lokal verschweißen. Bei der anschließenden Trennung der Zahnflanken kommt es zu einem Materialabtrag bzw. -übertrag. Dieser Schaden tritt spontan bereits bei kurzzeitiger Überlastung auf und führt zum Ausfall der Verzahnung durch adhäsiven Verschleiß der Zahnflanken. Zur Berechnung der Fresstragfähigkeit von Stirnradverzahnungen existieren verschiedene, z. T. genormte Verfahren, deren Gültigkeitsbereich jedoch meist eingeschränkt ist, beispielsweise nur bis zu einer Umfangsgeschwindigkeit von 50 m/s. Außerdem liefern diese Verfahren für bestimmte Verzahnungstypen, z. B. Hochverzahnungen, falsche Tragfähigkeitsprognosen. Ziel des Vorhabens war es daher, ein Berechnungsverfahren zu entwickeln, dessen Gültigkeitsbereich über den der genormten Verfahren hinausgeht. Anhand von Versuchen auf drei Prüfständen mit unterschiedlichen Achsabständen (91,5 mm, 203,3 mm, 447,3 mm) sowie mit drei unlegierten Mineralölen der Viskositätsklassen ISO VG 32, VG 68 und VG 100 wurden die Einflüsse verschiedener Verzahnungsgeometrien, speziell von Schräg- und Hoch- Forschungsvorhaben verzahnungen, auf die Fresstragfähigkeit untersucht. Zusätzlich erfolgten FVA 598 II IGF-Nr. 17999 BG Versuche zum Einfluss hoher Umfangsgeschwindigkeiten bis 100 m/s, für die am Lehrstuhl für Industrie- und Fahrzeugantriebstechnik der Ruhr-Universität Bochum ein neuer Prüfstand konstruiert und aufgebaut wurde. Ergebnisse vom Prüfstand zeigen, dass die Fress tragfähigkeit mit zunehmender Umfangsgeschwindigkeit zunächst absinkt und im Bereich hoher Umfangsgeschwindigkeiten ab etwa 70 m/s erneut ansteigt. Dieser Anstieg der Fresstragfähigkeit wird von bestehenden Berechnungsmodellen nicht erfasst. Versuchsbegleitend wurden am Lehrstuhl für Maschinenelemente und Tribologie der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg 3D-TEHD-Simulationsrechnungen durchgeführt, mit denen unter Berücksichtigung exakter Flankengeometrie, realistischer Belastungsverläufe, den realen Rauheiten der Zahnflanken und des rheologischen Verhaltens der Schmierstoffe lokal aufgelöst der Druck, die Schmierspalthöhe, die Temperatur und die Mischreibung berechnet wurden. Damit können die Bedingungen im Zahnflankenkontakt, die zum Zeitpunkt des Fressens herrschen, genau ermittelt werden. Am Ende des Vorhabens stehen verbesserte Näherungsgleichungen zur Berechnung der Fresstragfähigkeit und der lokalen Reibungszahl, deren Gültigkeit bis zu einer Umfangsgeschwindigkeit von 100 m/s gegeben ist. Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 17999 BG der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Autoren: Manuel Joop, Lehrstuhl für Industrie- und Fahrzeugantriebstechnik (IFA), Ruhr-Universität Bochum, Holger Ittenson, Institut für Maschinenkonstruktion, IMK Lehrstuhl Maschinenelemente und Tribologie, Uni Magdeburg Kontakt: Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA), Florian Mazurek, Tel.: 069/6603-1872 Leistungspotenziale des Kühlschmierstoffeinsatzes beim Wälzfräsen Zahnräder nehmen eine zentrale Stellung im Bereich der Antriebstechnik ein. So werden in Deutschland jährlich über 250 Mio. Zahnräder hergestellt. Für die spanende Vorbearbeitung dieser Zahnräder wird zu mehr als 90 % das Fertigungsverfahren Wälzfräsen eingesetzt, das seit über 100 Jahren das wichtigste Verfahren zur Herstellung von außenverzahnten Zylinderrädern ist. Zum Wälzfräsen liegen allgemein umfangreiche wissenschaftliche Kenntnisse vor. Im Bereich der Forschung lag der Schwerpunkt jedoch überwiegend auf der Etablierung und Weiterentwicklung der Trockenbearbeitung. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden daher Möglichkeiten zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Wälzfräsprozessen untersucht. Im Fokus des Projekts standen die Untersuchung eines KSS auf Basis nachwachsender Rohstoffe und einer Emulsion sowie die Reduzierung der eingesetzten KSS- Mengen durch neu entwickelte KSS-Zufuhrsysteme. Zu diesem Zweck wurden Untersuchungen beim Schlagzahnfräsen mit variierenden Prozessparametern durchgeführt. Die Verschleißverläufe wurden ausführlich dokumentiert und analysiert. Zudem sollte eine Abgrenzung zwischen Nass- und Trockenbearbeitung, die angibt welcher Prozess unter gegebenen Bedingungen technisch und ökonomisch sinnvoll ist, ermittelt werden. Als Beurteilungsgrundlage dienten hierbei neben Standzeiten und Verschleißmechanismen Qualitätskriterien wie die Verzahnungs- bzw. die Oberflächenqualität. Bei der Beurteilung der KSS-Zufuhrsysteme wurde zudem die Nebelsowie die Ölrauchbildung berücksichtigt. Das Forschungsvorhaben hat gezeigt, dass der Verschleiß durch die Wahl der richtigen Kühlschmierstrategie deutlich reduziert werden kann. Zudem wurde deutlich, dass Werkzeug und Maschine den Einsatz höherer als die bisher indus triell genutzten Prozessparameter möglich machen. Der limitierende Faktor liegt oft in der Ölnebel- bzw. Ölrauchbildung, die durch die neu entwickelten Zufuhrsysteme nicht reduziert werden konnte. Das Ziel des Forschungsvorhabens lag in der Aufdeckung möglicher Leistungspotenziale beim Wälzfräsen und wurde damit erreicht. Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 18538 BG der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Autoren: Daniel Sackmann, Leibniz-Institut für Werkstofforientierte IWT, Hauptabteilung Fertigungstechnik, Max Köchig, Institut für Fertigungstechnik und Qualitätssicherung, IFQ, Uni Magdeburg Kontakt: Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA), Peter Exner, Tel.: 069/6603-1610 Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt Tel.: 069 / 6603-1515 E-Mail: info@fva-net.de Internet: www.fva-net.de Forschungsvorhaben FVA 744 I IGF-Nr. 18538 BG 6 antriebstechnik 10/2018

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