Erweiterte Schadensanalyse von Grübchenausbrüchen an einsatzgehärteten Zahnrädern

In der Getriebetechnik, insbesondere bei Hochdrehzahlanwendungen, nimmt die Nachfrage nach hoher Leistungsdichte kontinuierlich zu. Neben der Optimierung der Zahnform gibt es großes Potenzial in neuen Werkstoffen und speziell optimierten Wärmebehandlungen. In diesem Bericht wird die Wälzfestigkeit von drei Testvarianten unterschiedlichen Materials und unterschiedlicher Wärmebehandlung untersucht. Die höchste Lastwechselzahl wird durch eine carbonitrierte Variante des 14NiCrMo13-4 mit über 50 % Restaustenitgehalt erreicht. Neben der Auswertung des höchsten Tragfähigkeitspotenzials liegt der Fokus auf der detaillierten Analyse der Grübchenschäden und deren Vergleich mit lokalen Spannungskomponenten. Unabhängig von Material und Wärmebehandlung kann der Grübchenschaden in eine Ermüdungs- und eine Restbruchzone unterteilt werden. Beide Bereiche können anhand des Schadensbildes und der Ausbruchtiefe voneinander unterschieden werden. Die Tiefe der Restbruchzone korreliert mit der maximalen Vergleichsspannung nach von Mises. Im Gegensatz dazu kann die Tiefe der Ermüdungszone durch die zeitabhängige Änderung der Hauptnormal- und Hauptschubspannungen erklärt werden. Das Zentrum der Ermüdungszone ist in der gleichen Tiefe wie die Überlagerung der zeitlich unterschiedlichen maximalen Hauptnormal- und Hauptschubspannungen. Die Kombination der Schadensmerkmale mit der Auswertung der lokalen Hauptspannungen erweitert das physikalische Verständnis der Rissbildung und bildet die Basis für weitere Verbesserungen.