Getriebe-Ressourceneffizienz durch umfassendes Verständnis des Fortschreitens lebensdauerbegrenzender Grübchenschäden
Forschungsthema
Kurztitel | GRÜBCHEN |
Projektbeginn | Q4/2024 |
Förderung | DFG-Nr. 538825406, STA 1198/29-1 Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG |
Kontakt | M. Geitner, M.Sc. |
Projektbeschreibung
Zahnräder gehören zu den bedeutendsten Maschinenelementen. Sie finden Anwendung u. a. in winzigen Uhrwerken und riesigen Zementmühlen. Grübchen stellen eine Schadensform an Verzahnungen dar, bei dem es aufgrund der im Zahneingriff auftretenden Pressungen zu muschelförmigen Ausbrüchen auf der Zahnflanke kommt. In der Regel sind kleinere Grübchen je nach Ausprägung kein zwingender Grund, die Verzahnung direkt zu ersetzen. Jedoch führt der Schaden mit fortschreitender Intensität zum Ausfall und damit zum Stillstand der Anlage.
Das Schadensbild Grübchen ist seit Jahrzehnten Gegenstand der Forschung und der internationalen Normung. Allerdings befassen sich diese Betrachtungen fast ausschließlich mit dem generellen Auftreten des Schadens. Das Grübchenwachstum vom Entstehen eines kleinen, initialen Grübchens bis zum letztendlichen Ausfall ist kaum erforscht. Insbesondere vergütete Verzahnungen weisen ein eher kontinuierliches Wachstum des Schadens auf und sind diesbezüglich noch nahezu unerforscht. Genau diese Verzahnungsart wird beispielsweise in der Zementindustrie eingesetzt. Dieser Industriezweig verursacht fast acht Prozent des gesamten CO2-Ausstoßes der Welt. Kleinste Optimierungen in den entsprechenden Prozessen und Anlagen haben somit enormes Potential für den Klimaschutz.
Im Rahmen dieses Forschungsprojekts soll eine Methodik erarbeitet werden, die es ermöglicht, das Schadenswachstum von Grübchen unter verschiedenen Belastungen zu simulieren.
Basierend auf der Möglichkeit, den Schadensauftritt und -fortschritt in Zukunft zu prognostizieren, sollen Betriebsstrategien abgeleitet werden, die eine optimale Ausnutzung der Verzahnung ermöglichen. Im Rahmen des Projekts liegt ein besonderer Schwerpunkt auf der Betrachtung des stochastischen Verhaltens des Schadens, um eine hohe Zuverlässigkeit der Methodik zu erzielen. Durch eine solche Methodik könnten Anlagen in der Anwendung länger betrieben werden, ohne dabei Kompromisse bezüglich Sicherheit oder Zuverlässigkeit einzugehen. Dies würde die Notwendigkeit für Reservekapazitäten oder frühzeitigen Austausch reduzieren und somit die Klimabilanz verbessern.