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antriebstechnik 11/2018

antriebstechnik 11/2018

FVA AKTUELL

FVA AKTUELL Leistungsgrenzen Trockenlauf Das Streben nach immer grenzwertigerer Auslegung sowie der Steigerung der bauraum- und massenspezifischen Leistungsdichte führt zu permanent steigenden Anforderungen an die Reib- und Verschleißeigenschaften der Friktionspaarungen bzw. der Friktionssysteme. Um die steigenden Anforderungen erfüllen zu können, müssen sowohl die zulässige thermische und mechanische Beanspruchbarkeit bestehender Friktionspaarungen immer weiter ausgenutzt, als auch Friktionspaarungen mit höherer Leistungsfähigkeit entwickelt werden. Die Vielzahl möglicher Friktionspaarungen und der system- und anwendungsspezifische Einfluss auf die Leistungsgrenze erschwert jedoch die zielgerichtete, zeit- und kosteneffiziente Entwicklung von Kupplungen und Bremsen. Forschungsvorhaben FVA 737 I Innerhalb des Forschungsvorhabens FVA 737 I Leistungsgrenzen Trockenlauf wurde am IPEK – Institut IGF-Nr. 18481 N für Produktentwicklung daher eine Methode zur sicheren und effizienten Ermittlung und Identifizierung der Leistungsgrenze von trockenlaufenden Friktionspaarungen oder -systemen entwickelt – je nach Phase in der Produktentwicklung. Die Leistungsgrenze wird hierbei immer unter Einbezug der Anwendung und der damit verbundenen Anforderungen an das tribologische Verhalten ermittelt. Hierfür wurde die anwendungsspezifische Leistungsgrenze, auf Basis der bisherigen Definition, definiert bzw. konkretisiert. Diese ist definiert als die Grenze, an der das tribologische Verhalten vom zulässigen Bereich in den unzulässigen Bereich wandert, wobei diese Grenze durch die Anwendung definiert ist. Die Identifizierung der Leistungsgrenze erfolgt anhand der Beurteilungskriterien Reibungszahl, Reibungszahlgradient und Verschleißkoeffizient. Deren Grenzwerte werden durch die Anwendung festgelegt und quantifiziert. Die Methode wurde anhand von Friktionspaarungen mit organischen und sintermetallischen Friktionswerkstoffen entwickelt, welche in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Hiermit konnten die Übertragbarkeit und hohe Effektivität und Effizienz der Methode nachgewiesen werden. Im Regelfall sind experimentelle Untersuchungen mit nur vier Friktionspaarung ausreichend, wodurch Entwicklungszeit und -kosten gesparten werden können. Dabei konnte gezeigt werden, dass die in der Literatur angegebenen Grenzwerte für organische Reibbeläge bezüglich der spezifischen Reibarbeit und spezifischen Reibleistung durch die mittlerweile eingesetzten Friktionspaarungen angehoben werden konnten, wobei diese als grobe Richtwerte zu verstehen sind, da die Anwendung nicht berücksichtigt wird. Es gelang ebenso, die Methode auf eine Friktionspaarung mit sintermetallischem Friktionswerkstoff zu übertragen und anzuwenden. Deren anwendungsspezifische Leistungsgrenze konnte ebenfalls ermittelt und identifiziert werden. Da die Methode anhand verschiedener Friktionspaarungen erarbeitet und zum Schluss auch angewandt wurde, sind darüber hinaus umfangreiche Erkenntnisse über das Reib- und Verschleißverhalten der eingesetzten Friktionspaarungen bekannt. Das tribologische Verhalten der Friktionspaarungen wurde für einen großen Parameterraum hinsichtlich der Gleitgeschwindigkeit und der nominellen Flächenpressung sowie der spezifischen Reibarbeit und der spezifischen Reibleistung untersucht und charakterisiert. Darüber hinaus wurde auch der Einfluss einer Anfederung der Reibbeläge, eine spanende Endbearbeitung der Funktionsflächen sowie der Einfluss des Einlaufprozesses auf das Reib- und Verschleißverhalten bzw. die Leistungsgrenze sowie die Oberflächenbeschaffenheit untersucht. Eine Anfederung brachte jedoch lediglich bei einem der untersuchten Reibbeläge eine Verbesserung im tribologischen Verhalten. Die vorangehende Oberflächenbehandlung führte zu einem höheren Reibungszahlniveau und einem geringeren Verschleiß im Einlaufprozess. Zahnwellenprofiloptimierung Die evolventische Zahnwelle wird als formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung in zahlreichen Anwendungen genutzt. Die Zahnfußverrundung der Welle stellt dabei eine systematische Kerbe dar, die wesentlich Einfluss auf die Tragfähigkeit der Verbindung nimmt. Um dieses systematische Problem zu umgehen, Forschungsvorhaben FVA 742 I IGF-Nr. 18406 BG können kontinuierliche Profilkonturen in Form von Zykloiden oder Trochoiden genutzt werden. Im Projekt FVA 742 I wurden diese Profile in Bezug auf Ihre Eignung zur Drehmomentübertragung hin numerisch untersucht und optimiert. Als Ergebnis davon wurde das M-T046 Profil entwickelt. Experimentelle Vergleichsuntersuchungen zeigten bei gleichem Wellendurchmesser gegenüber einer im Zahnfuß optimierten Evolvente nach DIN 5480 eine um ca. 25 % höhere Drehmomentkapazität der M-T046 Trochoide. Für die praktische Anwendung wurden dazu im Rahmen des Projekts einfache Auslegungsformeln bereitgestellt. Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 18406 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: Florian Mörz, Institut für Maschinenwesen IMW, Technische Universität Clausthal, Marcus Selzer, Westsächsische Hochschule Zwickau Kontakt: Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA), Dirk Arnold, Tel.: 069/6603-1632 Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 18481 N 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. Autor: Thomas Klotz, Karlsruher Institut für Technologie KIT IPEK – Institut für Produktentwicklung 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 6 antriebstechnik 11/2018

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