Experimentell abgesicherte Bestimmung des Korngrößeneinflusses auf die Flankenbruchtragfähigkeit einsatzgehärteter Stirnräder
Forschungsthema
| Kurztitel | Korngrößeneinfluss Flankenbruch |
| Projektbeginn | Q3/2025 |
| Förderung | FVA-Nr. 1075/I Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V., FVA |
| Kontakt | Dr.-Ing. T. Tobie |
Projektbeschreibung
Das Ziel des Vorhabens besteht darin statistisch abgesicherte Kennwerte zum Einfluss der Korngröße auf die Schadensart Flankenbruch abzuleiten. Hierzu wird mittels Laufversuchen die Dauerfestigkeit unterschiedlicher Varianten im Wöhlerversuch bestimmt. Durch Vergleich einer Feinkorn-Referenz und einer Grobkornvariante soll der festigkeitsmindernde Einfluss des Grobkorngefüges charakterisiert werden.
Fortschritte bei der Tragfähigkeitssteigerung von Verzahnungen bezüglich Schäden mit Rissausgang im oberflächennahen Bereich (Zahnfußbruch und Grübchen) verschiebt den Schadensausgang häufig in die Werkstofftiefe [Wit12a]. Flankenbruch ist ein Ermüdungsschaden mit Rissausgang unterhalb der aktiven Zahnflanke, oftmals im Übergangsbereich von der Randschicht zum Kernbereich [Wit12b].
Zurzeit sind keine Kenntnisse über die quantitative Auswirkung erhöhter Grobkornanteile auf die Flankenbruchtragfähigkeit von Verzahnungen in der Literatur vorhanden. Im Forschungsvorhaben FVA 848 I [Cas23] wurde der Einfluss von Grobkornanteilen mittels Stichversuche auf die Flankenbruchtragfähigkeit nachgewiesen. Um statistisch abgesicherte Aussagen über das Ausmaß der Tragfähigkeitsminderung bei Flankenbruch treffen zu können, sind jedoch weitere Untersuchungen notwendig. Daraus entsteht die Motivation für das vorliegende Forschungsvorhaben zur statistisch abgesicherten Untersuchung des Grobkorneinflusses auf die Schadensart Flankenbruch mit Ermittlung quantitativer Aussagen bezüglich des Festigkeitsverlusts bei vorhandenem Grobkorngefüge relativ zum praxisüblichen Feinkorngefüge.
Basierend auf den Versuchsergebnissen aus dem Forschungsvorhaben sollen normfähige Kennwerte zur Berücksichtigung des Korngrößeneinflusses für die Auslegung von Verzahnungen bezüglich Flankenbruch in ISO/TS 6336-4 [ISO19] abgeleitet werden. Weiter sollen Empfehlungen für die ISO 6336-5 [ISO16] hinsichtlich der zulässigen Werkstoffkennwerte für die Schadensart Flankenbruch erarbeitet werden. Damit soll die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Tragfähigkeitsberechnung durch Berücksichtigung der Gefügeeigenschaften verbessert werden.
Literatur
[Cas23] Castens, M.; Fuchs, D.; Rommel, S.; Steinbacher, M.; Tobie, T.; Fechte-Heinen, R.; Stahl, K.: FVA 848 I, IGF-Nr. 19986 N - Grobkorn Abschlussbericht - Einflüsse auf die Ausbildung und Wirkung von Grobkorn in Al-N stabilisierten Einsatzstählen, Forschungsvereinigung Antriebstechnik, Frankfurt/Main, Heft 1559 (2023).
[ISO16] ISO 6336-5:2016-8: Calculation of load capacity of spur and helical gears - Part 5: Strength and quality of materials (2016).
[ISO19] ISO/TS 6336-4:2019-1: Calculation of load capacity of spur and helical gears - Part 4: Calculation of tooth flank fracture load capacity (2019).
[Wit12a] Witzig, J.: Flankenbruch - Eine Grenze der Zahnradtragfähigkeit in der Werkstofftiefe, Dissertation, Technische Universität München (2012).
[Wit12b] Witzig, J.; Tobie, T.; Stahl, K.: FVA 556 I: Flankentragfähigkeit-Werkstofftiefe - Entwicklung eines erweiterten Berechnungsverfahrens zur Ermittlung optimaler Zahnflankentragfähigkeit bis in den Bereich großer Werkstofftiefen, Forschungsvereinigung Antriebstechnik, Heft 1000 (2012).