In den letzten Jahren und Jahrzehnten konnten Verzahnungen hinsichtlich Fress-, Grauflecken-, Zahnfußbruch- und Grübchenschäden immer weiter optimiert werden. Auf Grund der Berechnungsmöglichkeiten zur sicheren Auslegung gegen diese Versagensfälle tritt der Zahnradschaden Flankenbruch vermehrt als Ursache für Getriebeausfälle auf. Die zur Verfügung stehenden Berechnungsmethoden ermöglichen bisher keine zufriedenstellende Vorhersage zum Auftreten von Flankenbrüchen.

Mit diesem Forschungsvorhaben sollen erstmals lokale, dreidimensionale Finite-Elemente-Methoden zur Berechnung von Beanspruchung und Beanspruchbarkeit für die Anwendung im Auslegungsprozess auch für KMU nutzbar gemacht werden. Die Beanspruchbarkeit, welche maßgeblich durch die lokale Härte beeinflusst wird, kann mittels aufwändiger Wärmebehandlungssimulationen ermittelt werden und soll unter Anwendung von künstlicher Intelligenz (Machine Learning) rechnerisch vereinfacht darstellbar gemacht werden. Grundlage hierzu bilden die Berechnungsverfahren der ISO/TS 6336-4 [ISO19] und FVA 556 III [Boi14]. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines im Ingenieuralltag nutzbaren Auslegungskonzeptes zur Abschätzung des Flankenbruchrisikos von Kegelradverzahnungen, sowohl lokal mittels geeigneter Software, als auch unter Anwendung vereinfachter Berechnungsmethoden.

Um das zu erarbeitende Konzept auf soliden Ergebnissen aufzubauen, ist eine umfassende experimentelle und simulative Untersuchung des Schadens Zahnflankenbruch vorgesehen. Das Vorhaben soll durch Versuche an der FZG der TU München begleitet werden. Die wissenschaftlich-technische Herausforderung liegt in der computergestützten Nachmodellierung der experimentellen Untersuchungen, welche metallographische Untersuchungen und Topographievermessungen am Zahnrad und Versuchsläufe am FZG-KegelradVerspannungsprüfstand beinhalten. Mit diesem Projekt soll ein Meilenstein gesetzt werden, um weitere Werkstoffe, Wärmebehandlungen und Verzahnungsgeometrien systematisch hinsichtlich Ihres Einflusses auf die Schadensart Flankenbruch hin untersuchen zu können. Somit wird es zukünftig möglich sein, ein breit gefächertes Spektrum an Verzahnungsvariationen bezüglich Flankenbruch zu berechnen.