Erhöhte Wälzfestigkeit und Reibungsminderung bei Wälzlagern und Gleichlaufgelenken durch innovative Hartbearbeitung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena; Professor Dr.-Ing. Gerhard Poll
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 200405159

Die Ermüdungslebensdauer sowie die Reibverhältnisse und die damit einhergehenden Energieverluste im Einsatz sind begrenzende Faktoren beim Betrieb wälzbeanspruchter Bauteile. Dies hängt wesentlich von den Randzoneneigenschaften (Topographie und Eigenspannungen) im Kontaktbereich sowie der wirkenden Beanspruchung ab. Dieser Antrag hat zum Ziel, die Randzoneneigenschaften beanspruchungsgerecht optimal zu gestalten und die Fertigungstechnologien zur Verfügung zu stellen, mit denen die geforderten Randzonen prozesssicher und wirtschaftlich hergestellt werden können. Hierbei werden die tribologischen Fälle Vollschmierung und Mischreibung anhand der Konstruktionselemente Wälzlager und Gleichlaufgelenk betrachtet. Für das Zylinderrollenlager ist aus dem ersten Antragszeitraum bereits bekannt, dass durch die Kombination aus Hartdrehen und Festwalzen die Eigenspannungen im Wälzlager gezielt eingestellt werden können. Beim Hartdrehen kommt es dabei zu einem Zielkonflikt. Hohe Eigenspannungen und eine geringe Oberflächenrauheit sind nicht gleichzeitig einstellbar. Hierzu muss der Festwalzprozess gezielt ausgelegt werden. Eine ungünstige Prozessabstimmung kann nach dem Walzen zu einer deutlichen Verschlechterung der Oberfläche führen. Das im ersten Antragszeitraum entwickelte Lebensdauermodell ermöglicht die Berechnung einer Ausfallwahrscheinlichkeit unter Berücksichtigung der Vorkonditionierung des Wälzlagers durch Eigenspannungen. Im Modell konnte bereits gezeigt werden, dass durch das Einbringen von Eigenspannungen die Lebensdauer von Wälzlagern verlängert werden kann. Für den Bereich der Mischreibung wurden zur Erzeugung einer gezielten Randzone erste Erkenntnisse über die Signifikanz von Prozessstellgrößen gesammelt werden. Im vorliegenden Antrag sollen diese Erkenntnisse erweitert werden. Für das Zylinderollenlager wird die Wirtschaftlichkeit des Prozesses durch die Verfahrenkombination Drehwalzen gesteigert. Der Einfluss auf die Randzone wird gezielt untersucht. Die entwickelten Modelle zur Randzonen-modifikation und Lebensdauerberechnung für das Zylidnerrollenlager werden anhand von umfangreichen Lebensdaueruntersuchungen verifiziert. Um die Effekte im Gleichlaufgelenk zu untersuchen, wird der Einfluss der Bearbeitungsstrategie und der Prozessstellgrößen auf die Reibung und Lebensdauer untersucht. Abschließend werden die entwickelten Modelle zur Vollschmierung auf den Bereich der Mischreibung erweitert, wodurch eine Übertragbarkeit der gewonnenen Erkenntnisse gegeben sein wird.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1551: Ressourceneffiziente Konstruktionselemente