Untersuchung eines tribologischen Systems für trockene Wälzkontakte am Beispiel von Leistungsverzahnungen in der Antriebstechnik

In der Antriebstechnik spielen Zahnradpaarungen zum Wandeln und Leiten von Drehmomenten eine zentrale Rolle. In vielen technischen Anwendungen ist der Einsatz flüssiger oder niedrigviskoser Schmierstoffe nicht möglich. Beispiele hierfür sind offen laufende Getriebe ohne Gehäusekapselung, Anwendungen bei tiefen Temperaturen oder der Einsatz unter Vakuumbedingungen. Ferner gibt es Anwendungen mit medienberührenden Getrieben, wo die Anwesenheit von Schmierstoffen nicht erwünscht oder ausgeschlossen ist.

Die Entwicklung schmierstoffarmer oder schmierstofffreier Getriebeelemente stellt eine anspruchsvolle Aufgabe dar, da Funktionen des Schmierstoffs nun entweder in die Oberflächen der Materialpaarung verlagert werden müssen oder gänzlich entfallen. Für den Einsatz in Hochleistungszahnkontakten wurden spezielle Schrägverzahnungsprofile mit niedrigen Schlupfwerten ausgewählt und systemgerecht optimiert. Der Lösungsansatz sieht dabei die Applikation funktionaler Beschichtungen auf den Zahnflanken in Form einer Schichtpaarung aus einer Hartstoff-Polymer-Kombinationsschicht und einer DLC-Beschichtung vor. Die Kombinationsschicht besteht aus einer lasttragenden Schicht auf welche in einem weiteren Schritt eine niedermodulige, traganteilerhöhende, beanspruchungsreduzierende, polymere Schichtkomponente appliziert wird. In diese eingelagerte, feindisperse Festschmierstoffe übernehmen dabei die Oberflächentrennung und Reduktion der Reibbeiwerte. Im Zusammenwirken mit der harten, glatten, antiadhäsiven DLC-Beschichtung entsteht so ein Tribosystem, welches vergleichsweise geringen Verschleiß und geringe Reibbeiwerte aufweist.

In einer hochaufgelösten FEM Simulation werden Lastspannungen im Wälz-/Gleitkontakt an beschichteten Scheiben und Zahnrädern gegenübergestellt sowie bewertet.