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antriebstechnik 4/2021

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antriebstechnik 4/2021

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 06 Ermittelte Schadenskraftstufen eines Getriebeöls für Doppelkupplungsgetriebe im Test A/16,6/90 07 Ermittelte Schadenskraftstufen eines Getriebeöls für Doppelkupplungsgetriebe im Test A10/16,6/90 08 Fresstemperaturen der verschiedenen Testverfahren nach [7] te Last im Testverfahren automatisch gegeben ist. Belastet man die Zahnflanken direkt in der erwarteten Kraftstufe, ohne die vorherigen Laststufen zu durchlaufen, so erhält man eine deutlich größere Abhängigkeit der Fresstragfähigkeit von den neu gefertigten, nicht eingelaufenen Oberflächen. Daraus kann abgeleitet werden, dass für übliche Schleifrauheiten eine gut eingelaufene Oberfläche etwa 3 bis 5 mal höhere Lasten schadensfrei ertragen kann als eine frisch gefertigte Oberfläche“ [7]. Als Folge ist stets darauf zu achten, ein dem Schmierstoff angepasstes Testverfahren zu verwenden, bei dem der Einlauf der Verzahnungen vollständig abgeschlossen ist, sich Ausfälle demnach erst in höheren Kraftstufen ergeben und daher auch zu erwarten ist, dass die Streuungen der Ergebnisse dort kleiner sind [11]. In einem nächsten Schritt wurden daher an der Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau mit diesem Schmierstoff vier Fresstests A/8,3/90 durchgeführt. Im Gegensatz zu den zuvor durchgeführten Tests A10/16,6R/90 stellt dies durch die niedrigere spezifische Belastung, die niedrigere Umfangsgeschwindigkeit sowie durch den Belastungszustand „treibendes Ritzel“ ein weniger scharfes Testverfahren dar, vergleiche auch Tabelle 02. Der hierfür verwendete Schmierstoff entstammt aus zwei Fertigungschargen. Einer der vier durchgeführten Tests wurde nach Kraftstufe 12 infolge des erreichten Schadenskriteriums durch Fressen beendet. Die weiteren drei Tests zeigen als Ergebnis Schadenskraftstufen, die oberhalb der nach DIN ISO 14635-1:2006-05 [4] höchsten definierten Kraftstufe 12 liegen, vergleiche Bild 05. Zwar kann davon ausgegangen werden, dass bei den durchgeführten Tests A/8,3/90 der Einlauf durchweg vollständig abgeschlossen wurde und Streuungen somit kleiner sind. Jedoch können mit diesem Testverfahren aufgrund der hohen erzielten Schadenskraftstufen derartige Schmierstoffe nur bedingt hinsichtlich ihrer Fresstragfähigkeit differenziert getestet werden. Mit dem Ziel, reproduzierbare Fressschäden in weniger hohen Schadenskraftstufen zu generieren, wurden an der Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau in einem weiteren Schritt zwei Fresstests A/16,6/90 durchgeführt. Im Vergleich zu den zuvor durchgeführten Tests A/8,3/90 stellt die erhöhte Umfangsgeschwindigkeit eine Verschärfung der Testbedingungen dar, vergleiche auch Tabelle 02. Auch an einem weiteren Institut wurden zwei Fresstests A/16,6/90 durchgeführt. Der für die Tests A/16,6/90 verwendete Schmierstoff entstammt derselben Fertigungscharge, aus der auch der Schmierstoff zweier der zuvor durchgeführten Tests A/8,3/90 stammt. Einer der vier durchgeführten Tests wurde nach Kraftstufe 11 infolge des erreichten Schadenskriteriums durch Fressen beendet. Ein weiterer Test zeigt als Ergebnis eine Schadenskraftstufe 12 und bei den restlichen beiden Tests wurden wiederum Schadenskraftstufen oberhalb der nach DIN ISO 14635-1:2006-05 [4] höchsten definierten Kraftstufe 12 ermittelt, vergleiche Bild 06. Auch hier liegen für den betrachteten Schmierstoff somit zu hohe Schadenskraftstufen vor, um eine Differenzierung hinsichtlich Fressen in ausreichendem Maße zu ermöglichen. Daher wurde in der weiteren Vorgehensweise der betrachtete Schmierstoff im Testverfahren A10/16,6/90 getestet. Im Vergleich zu den zuvor durchgeführten Tests A/16,6/90 stellt die kleinere 64 antriebstechnik 2021/04 www.antriebstechnik.de

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG Zahnbreite des Ritzels von 10 mm bei ansonsten identischen Randbedingungen eine weitere Verschärfung der Testbedingungen dar, vergleiche auch Tabelle 02. An der Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau wurden insgesamt fünf Tests A10/16,6/90 durchgeführt. In einem der fünf durchgeführten Tests wurde hierbei eine Schadenskraftstufe 11 ermittelt. Die restlichen vier Tests zeigen als Ergebnis durchweg die Schadenskraftstufe 10. Darüber hinaus wurden an drei weiteren Instituten insgesamt sieben weitere Tests A10/16,6/90 durchgeführt. Einer dieser Tests wurde nach Kraftstufe 9 infolge des erreichten Schadenskriteriums durch Fressen beendet. Bei den weiteren Tests wurde auch hier durchweg eine Schadenskraftstufe 10 ermittelt. Die Ergebnisse der Tests A/16,6/90 sind in Bild 07 zusammenfassend dargestellt. Die erzielten Schadenskraftstufen liegen somit in einem Bereich von Kraftstufe 9 bis 11, was innerhalb der nach DIN ISO 14635-1:2006-05 [5] angegebenen Vergleichbarkeit von zwei Kraftstufen liegt. Innerhalb der Testserien, die an einem Institut durchgeführt wurden, ist darüber hinaus die nach DIN ISO 14635- 1:2006-05 [5] angegebene Wiederholbarkeit von einer Kraftstufe jeweils gegeben. Weiterhin erlaubt das Testverfahren A10/16,6/90 aufgrund der vorliegenden Schadenskraftstufen 9 bis 11 die Ermittlung der Fresstragfähigkeit sowohl von Schmierstoffen mit einer höheren als auch mit einer niedrigeren Fresstragfähigkeit, was wiederum eine entsprechende Differenzierung zulässt. BESTIMMUNG DES FESTIGKEITSWERTES Auf Basis der Ergebnisse von Fresstests an Zahnrädern lässt sich für einen Schmierstoff ein „Festigkeitswert“ hinsichtlich der Schadensform Fressen ableiten. Dies kann grundsätzlich für die in den Tragfähigkeitsnormen für Stirnräder nach DIN 3990 [2] oder für Kegelräder nach DIN 3991 [3] angegebenen Berechnungsverfahren der maximalen Kontakttemperatur nach Blok [1] oder nach der Integraltemperatur nach FZG/Michaelis [13] durchgeführt werden [7], [11]. Im Wesentlichen wird hierbei das jeweilige Verfahren auf die Bedingungen des Tests beim Fressen angewendet und die dafür berechnete Temperatur als Fressgrenztemperatur definiert [7], [11]. In der Berechnung für Stirnräder [2] werden andere Reibungszahlen verwendet als in der Berechnung für Kegelräder [3]. Daher erhält man aus dem Ergebnis desselben Fresstests unterschiedliche Fresstemperaturen [7], [11]. Nachfolgend werden für die Methode der Integraltemperatur für Stirnräder nach DIN 3990 [2] die formelmäßigen Zusammenhänge für die Tests A/8,3/90, A16,6/90, A10/16,6R/90 sowie A10/16,6/90 dargestellt. Diese Temperatur wird in Abhängigkeit der Testmethode nach DIN ISO 14635-2:2010-01 [5] bzw. nach FVA-Informationsblatt Nr.243/II [16] ermittelt. Sofern die Schmierstoffviskosität bei 40 °C nicht bekannt ist, wird die Fresstemperatur näherungsweise für eine Viskosität von ν 40 = 100 mm²/s berechnet. MODIFIZIERTER STUFENTEST A/16,6/90 MIT UMFANGSGESCHWINDIGKEIT V = 16,6 M/S: STUFENTEST A10/16,6R/90: MODIFIZIERTER STUFENTEST A10/16,6/90 OHNE TREIBRICHTUNGSUMKEHR: Fresstemperatur nach der Integraltemperaturmethode Integraltemperatur für Testbedingungen unter Verwendung der Reibungszahlgleichung nach DIN 3990 Ritzeldrehmoment der Schadenskraftstufe (2) (3) (4) STANDARD STUFENTEST A/8,3/90: Kinematische Viskosität bei 40 °C (1) Der formelmäßige Zusammenhang zur Ermittlung der Fresstemperatur des modifizierten Stufentests ohne Treibrichtungsumkehr basiert auf dem des modifizierten Stufentests A10/16,6R/90 mit Treibrichtungsumkehr, wobei der Unterschied in der Treibrichtung wiederum über den formelmäßigen Zusammenhang nach Schlenk et al. [15] berücksichtigt wird. Bezüglich des www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2021/04 65

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