ZakuFress
Methode zur Ermittlung der Fresstragfähigkeit von verlagerungsfähigen Mitnehmerverzahnungen in Zahnkupplungen
| Finanzierung: |
AiF – Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen FVA – Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. |
| Förderkennzeichen: |
FVA Nr. und Kennwort: FVA 613 II Fresstragfähigkeit Zahnkupplung Förderer-Nr. AiF .: 19199 BR |
| Partner: |
Flender GmbH KWD Kupplungswerk Dresden GmbH |
| Laufzeit: | 04/2017 - 04/2020 |
| Kontakt: | Thomas Breitenbach |
Als weitverbreitetes Maschinenelement zur formschlüssigen Leistungsübertragung mit sehr guten Gleichlaufeigenschaften bei gleichzeitig hoher Leistungsdichte ist die Bogenzahnkupplung besonders in Bahnantrieben, der Stahl- und Metallindustrie, Förderanlagen im Bergbau- und Miningbereich und in Kraftwerksanlagen zu finden. Aufgrund der charakteristischen Bogenzahnform und der in Zahnbreite ballig ausgeführten Außenverzahnung lässt die Nabe eine winklige Verlagerung gegenüber der geradverzahnten Hülse zu. In doppelkardanischer Anordnung können somit radialer, axialer wie auch winkliger Wellenversatz ausgeglichen werden. Im Falle winkliger bzw. radialer Fluchtungsabweichungen vollführt die Nabe eine charakteristische Kipp-/Schwenkbewegung bezüglich der Hülse, wodurch die kontaktierenden Zahnflanken mit periodisch schwankender Geschwindigkeit gegeneinander Gleiten.
Die im Reibkontakt der relativ bewegten Zahnflanken auftretenden Verluste in Kombination mit hohen Flankenpressungen führen oftmals zu Verschleißerscheinungen, welche bei Überschreitung zulässiger Werkstoff- bzw. Schmierstoffgrenzen zum Ausfall des Maschinenelements führen. Ein besonders häufig auftretendes Schadensbild stellt das Fressen als Folge thermischer Überbelastungen und überhöhter Pressungen auf den Zahnflankenoberflächen dar. Aufgrund der temperaturabhängigen Viskositätsänderung verringert die zunehmende Erwärmung von Werk- und Schmierstoff die wirksam werdende Schmierfilmdicke. Reißt der Schmierölfilm ab oder wird örtlich durchbrochen, können die metallischen Oberflächen örtlich Verschweißen. Infolge der Relativbewegung werden die Schweißstellen außerhalb der ursprünglichen Werkstofftrennebene wieder auseinandergerissen, es kommt zu streifigen Aufrauhungen in Zahnbreitenrichtung an den Zahnflanken. Diese begünstigen ihrerseits den adhäsiven Verschleiß im Zahnkontakt bis hin zum Spontanausfall des Verbindungselements.
Wenngleich die Mitnehmerverzahnung in Zahnkupplungen ebenfalls das charakteristische Evolventenprofil der typischen Stirnradverzahnung aufweist, kann aufgrund eines abweichenden Eingriffverhaltens die methodische Herangehensweise zur Ermittlung der Fresstragfähigkeit in Laufverzahnungen nicht uneingeschränkt auf verlagerungsfähige Mitnehmerverzahnungen übertragen werden. Im vorliegenden Forschungsprojekt gilt es daher die im Zahnkontakt unter den gegebenen Betriebsparametern auftretende spezifische Reibleistungen zu quantifizieren und die daraus resultierenden thermischen Zustände zu beschreiben. Unter Berücksichtigung der anschließenden Wärmeübergangsprozesse ist die maximal zulässige Kontakttemperatur, bei der gerade eben noch keine Fresser auftreten, zu bestimmen. Im weiteren Schritt sind hieraus typische Bemessungskriterien abzuleiten um die Prognose des adhäsiven Reibverschleiß zu verbessern und betriebsbedingten Ausfällen vorzubeugen.
