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Lehrstuhl für Maschinenelemente, Getriebe und Kraftfahrzeuge (LMGK)
Prof. Dr.-Ing. W. Predki |
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Riefenbildung an gehärteten Schnecken
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Deutsch:
Riefenbildung an gehärteten Schnecken
Die Tragfähigkeit von Zylinder-Schneckengetrieben wird in der Regel durch das Schneckenrad aus Bronze begrenzt, da die Bronze im Vergleich zum Schneckenwerkstoff Stahl eine geringere Festigkeit besitzt. In der Praxis treten jedoch auch Schäden am harten Gegenkörper auf. Man findet starke Riefen in Umfangsrichtung auf den Zahnflanken einsatzgehärteter Schnecken. Diese Schäden bewirken wiederum einen erhöhten Verschleiß am relativ weichen Schneckenrad, der zum vorzeitigen Ausfall des Getriebes führen kann.
Ziel des Forschungsvorhabens "Riefenbildung an gehärteten Schnecken" ist es, die Riefenbildung speziell im niedrigen Drehzahlbereich zu untersuchen. Variantenversuche hinsichtlich Baugröße, Tragbildlage, Ölviskosität, Schneckenradbronze etc. erweitern das Kennfeld zur Vorhersage der Riefenbildung.
In Basisversuchen können Betriebsparameter festgelegt werden, bei denen eine starke Riefenbildung zu erwarten ist.
Versuche zum Baugrößeneinfluss zeigen, dass unter Beachtung gleich bleibender Belastungsparameter, wie der mittleren Gleitgeschwindigkeit sowie gleicher Hertzschen Flächenpressung, mit derselben Riefenbildung wie bei der Referenzverzahnung mit 100mm Achsabstand zu rechnen ist.
Riefenbildung lässt sich effektiv durch den Einsatz eines Schmierstoffes mit dem Additiv GH6 verhindern. Eine hohe Ölreinheit hilft, die Schädigung der Schneckenflanken stark zu reduzieren. So konnte durch den Einsatz einer kombinierten Sumpf-/Umlaufschmierung sowie die Verwendung starker Magneten im Ölsumpf eine deutliche Reduzierung der Riefenbildung festgestellt werden. Der Einsatz höherer Ölviskositäten kann die Riefenbildung vermindern, aber nicht ganz verhindern. Keinen Einfluss auf die Riefenbildung haben die Lage des Tragbildes sowie die eingesetzte Schneckenradbronze.
Umfangreiche Untersuchungen der gelaufenen Schneckenflanken zeigen, dass die Riefen aufgrund eines abrasiven Schädigungsprozesses hervorgerufen werden. Die notwendigen harten Abrasivteilchen entstammen dabei weder der Bronze, noch handelt es sich hierbei um Verunreinigungen des Schmierstoffes. Vielmehr kommt es aufgrund der spezifischen Belastung im Zahneingriff zu lokalen Beschädigungen der Schneckenflanken, die einen Initialschaden darstellen. Die herausgelösten Oberflächenfragmente verfügen über eine ausreichende Härte, um die Schneckenoberfläche zu beschädigen. Bei weiterem Betrieb des Getriebes betten sich diese harten Stahlpartikel in der weichen Schneckenradbronze ein und führen zusammen mit im Öl befindlichen Partikeln zu der beobachteten abrasiven Beschädigung der Schneckenoberfläche. Die einsetzende Riefenschädigung führt zu einem schnellen Anstieg der Konzentration von Stahlpartikeln im Schmierstoff, was zu einer immer größer werdenden Riefenschädigung führt.
English:
Large Scores On Case Hardened Worms
The load carrying capacity of cylindrical worm gear drives is basically limited by the worm wheel made of bronze, which is of lower strength than the worm made of steel. Damages on the case hardened worm, however, can be observed during operation. Large scores in circumferential direction occur on the worm flanks. These damages lead to a significantly increased wear of the worm wheel teeth, which causes a premature failure of the entire worm gear drive by breakage of the worm wheel teeth.
The research project "Large scores on case hardened worms" focuses on scoring at low speed.. Test parameters, such as gear set size, position of the contact pattern, viscosity of the lubricant, different bronze alloys, extend the knowledge to predict scoring at worm gear drives.
Tests with different sizes of worm gear sets prove similar scoring damage as long as the load parameters mean Hertzian pressure and mean sliding velocity remain comparable. The use of a special lubricant with the additive package GH6 prevents scoring. High oil cleanliness significantly decreases the damage on the flanks. In tests either a combination of dip and circulating lubrication or strong magnets are used to reduce the number of steel particles in the oil sump. Higher oil viscosities reduce, but do not prevent scoring. Neither the location of the contact pattern nor different bronze alloys show any influence on scoring.
Detailed investigations of the worm flanks after running 336h show that the damages on the flanks are caused by abrasive wear. Only particles, which are harder than the worm material, are able to damage the flanks, but there are no such particles coming from the bronze material. The root cause is a local damage of the worm surface caused by the specific load during the tooth contact. Particles are set free, which are hard enough to cause abrasive wear. During further operation of the gear set these particles implant to the soft wheel material, increasing the damage. More and more particles are set free, which leads to an irreversible destruction of the worm flanks.
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