Tragfähigkeit
Der Großteil der Forschungsthemen beschäftigt sich mit der Tragfähigkeit der Komponenten Stirnrad-, Kegelrad- / Hypoid- und Schneckengetriebe sowie Lamellenkupplungen, Synchronisierungen und Wälzlagern.
Die Ergebnisse vieler Forschungsprojekte an der FZG werden aus parallel durchgeführten theoretischen und experimentellen Untersuchungen abgeleitet. Die so abgesicherten Methoden werden oft als Anwendungssoftware programmiert und damit der praktischen Anwendung komfortabel zugänglich gemacht. Zur Erarbeitung einer Methode werden in der Regel Simulationsmodelle für den betrachteten Beanspruchungsfall gebildet, die mit umfangreichen Experimenten an Prüfteilen abgesichert werden. Die Prüfteile werden dazu vor und nach den Experimenten, oft auch während der Versuche, aufwändig dokumentiert. Für die experimentellen Untersuchungen – also für Bau, Betrieb und Instandhaltung der Prüfstände, Dokumentation der Prüfteile und Durchführung der Versuche – ist die erforderliche Infrastruktur an der FZG vorhanden.
An Zahnrädern stellt die Grübchenbildung (Pitting) häufig die Lebensdauergrenze dar. Dabei handelt es sich um eine oberflächennahe Ermüdungserscheinung, die neben der Kontaktpressung und den Gleitverhältnissen in erster Linie durch Werkstoff, Wärmebehandlung und Schmierstoff beeinflusst wird.
Neben Lebensdauerkurven (Wöhlerlinien) werden insbesondere Einflüsse des Schmierstoffes im FZGPittingtest untersucht.
An den Flanken gehärteter Zahnräder können bei ungünstigen Schmierbedingungen Grauflecken (Micropitting) – Felder mit kleinsten Poren – entstehen, die der Flanke ein graues Aussehen verleihen. Speziell entwickelte FZG-Grauflecken-Testmethoden ermöglichen die Einflüsse von Schmierölen und Additiven zu erfassen.
Kleine Schmierfilmdicken sind die Hauptursache für einen hohen Verschleiß bei Umfangsgeschwindigkeiten unter 0,2 m/s. Besonders gefährdet sind die Zahnräder der langsam laufenden Stufe bei mehrstufigen Getrieben oder Zahnradstufen, die funktionsbedingt
mit niederviskosen Schmiermitteln betrieben werden müssen. Zur Untersuchung des Verschleißverhaltens unterschiedlicher Werkstoffpaarungen und Schmierstoffe im Bereich kleiner Umfangsgeschwindigkeiten wird der FZG-Stirnrad-Verspannungsprüfstand in standardisierten Testverfahren eingesetzt.
Fressen wird neben Belastung und Gleitgeschwindigkeit in erster Linie durch den Schmierstoff beeinflusst. Gehärtete Zahnflanken lassen höhere Flächenpressungen zu und sind deshalb besonders von diesem Schaden betroffen. An der FZG werden umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, um die Einflüsse auf das Fressen aufzuzeigen. Dabei wurde auch ein Verfahren zur Prüfung und Klassifizierung von Industriegetriebeölen festgelegt, das als „FZG-Fresstest“ in DIN ISO 14635, CEC und ASTM genormt wurde. Zur Prüfung der Fresstragfähigkeit von Automobilgetriebeölen der API Klassen GL4 und GL5 wurden weitere Testverfahren entwickelt.
Der Zahnfußbruch beschreibt eine fortschreitende Rissbildung aufgrund einer Überschreitung des Festigkeitswertes im kritischen Zahnfuß-Querschnitt. Die Zahnfußtragfähigkeit wird in Pulsatorversuchen und in Laufversuchen im FZG-Stirnrad-Verspannungsprüfstand ermittelt. Die Ergebnisse werden in Form von Lebensdauerkurven (Wöhlerlinien) dargestellt. Um die Übertragbarkeit der Pulsatorversuche auf die Getriebe aufzuzeigen, werden mit gleichen Zahnrädern Laufversuche durchgeführt.
An statischen Belastungsprüfständen werden mit Hilfe von DMS-Messketten grundlegende Untersuchungen zum Einfluss verschiedener Parameter auf die am Zahnfuß auftretenden Spannungen von Außen- und Innenverzahnungen und deren Auswirkung auf die Zahnfußfestigkeit durchgeführt. Der Beanspruchungszustand und die Verteilung von Spannung und Pressung wird sowohl unter Anwendung geschlossener analytischer Methoden als auch mit Hilfe der Finiten Elemente Methode ermittelt.
Der Zahnflankenbruch ist ein Ermüdungsschaden der oberflächengehärteten Zahnflanke bei Wälzbeanspruchung. Der Rissausgang ist dabei unter der Oberfläche, etwa in Mitte der Zahnhöhe der aktiven Flanke, von wo dieser zur Zahnfußausrundung der Rückflanke verläuft. Im Hinblick auf den Zahnflankenbruch werden umfassende theoretische und experimentelle Untersuchungen, deren Ergebnisse die Grundlage von weitergehenden Berechnungsmodellen bilden, durchgeführt.