Die FVA Schriftenreihe bündelt das Wissen zu jedem FVA-Projekt und genügt hohen Qualitätsstandards, jedes Heft wird durch die projektbegleitende Arbeitsgruppe geprüft und freigegeben.

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FVA: 242 IV, AiF: 14529 BR
Weiterentwicklung der mikrosystemgestützten Verzahnungsdiagnose zur Getriebediagnose

Durch die immer höhere Auslastung von Getrieben bis hin zur Leistungsgrenze erhöht sich auch das Risiko von Verzahnungsschäden. Die Überwachung von Getrieben gewinnt daher immer mehr an Bedeutung, um ungeplante Systemausfälle oder Stillstandszeiten zu vermeiden. Derzeit verfügbare kommerzielle Diagnosesysteme sind in der Regel Lösungen für Großanlagen (z.B. Windkraftanlagen, Fördermaschinen), die mit hohen Kosten einhergehen und damit nicht für Seriengetriebe der Klasse bis 5000,- EUR geeignet sind. Ursache sind dabei nicht die Kosten für die Technik allein, sondern der Installationsaufwand und die Einstellung der Anlage durch Fachpersonal. Aus diesen Gründen wurde im FVA-Forschungsvorhaben 242/IIIc der Prototyp eines kostengünstigen mikroelektronischen Diagnosesystems entwickelt. Die damals vorgeschlagenen Diagnosemerkmale wurden nun auf die Anwendbarkeit auf einstufige und zweistufige Seriengetriebe untersucht. Dabei lag der Fokus auf der Erkennung von Pittingschäden. Die gestiegene Komplexität der Versuchsbedingungen erforderte die Weiterentwicklung der Auswertealgorithmen. Aus umfangreichen experimentellen Untersuchungen konnten Diagnosemerkmale abgeleitet werden, die die Erfassung sowohl lokal begrenzter als auch gleichmäßig verteilter Verzahnungsschäden im Umfeld äußerer Störeinflüsse zuverlässig ermöglichen. Diese Merkmale zeigten ebenfalls bei einem Wellen- und Zahnfußanriss ihre Wirksamkeit. Besondere Aufmerksamkeit galt dabei der einfachen Parametrierbarkeit der Algorithmen, um wenig erfahrenen Anwendern später die Inbetriebnahme eines solchen Mikrosystems zu ermöglichen. Für die Erweiterung zur gesamtheitlichen Getriebediagnose wurden Methoden der Lagerüberwachung in das System implementiert. Die mikroelektronische Hardware wurde den Erfordernissen der neuen Auswertemethoden angepasst und weiter miniaturisiert. Der angefertigte seriennahe Demonstrator (Bild) stellt die Machbarkeit eines kostengünstigen, einfach zu installierenden mikroelektronischen Überwachungssystems unter Beweis. Es ist geplant dieses System bei interessierten Firmen im industriellen Einsatz zu testen.

FVA 520, AiF 14868 N
Synchro-Kaltschaltverhalten 

Die Funktion von Kfz-Schaltgetrieben sowie der Komfort-Eindruck des Fahrers beim Schaltvorgang hängen maßgeblich von der Synchronisierung ab. Dabei kommt dem Reibungs- und Verschleißverhalten der Reibkupplung zentrale Bedeutung zu. Zu Beginn des Synchronisierungsvorgangs sind beide Reibflächen mit Öl benetzt. Das Öl muss verdrängt werden, um die gewünschte bzw. für die Sperrwirkung benötigte Reibungszahl zu gewährleisten. Beeinflusst wird die Verdrängung des Öls durch das Zusammenwirken von Makrogeometrie - Drainageprofilierungen – und Mikrogeometrie – Porosität, Topografie – der beiden Reibflächen, mit dem Schmierstoff bei Betriebstemperatur. Die Drainage-Makrogeometrie der Reibfläche (Nutung) wirkt sich daher sowohl auf den Reibmomentenaufbau (Funktion) als auch auf die mechanisch-thermische Beanspruchung (Lebensdauer) der Synchronisierung aus. Positive Effekte durch Nutung hinsichtlich Reibungszahlaufbau können sich hinsichtlich Lebensdauer negativ auswirken. Im Forschungsvorhaben wurden die kritischen (Kaltschalt-) Versuchsbedingungen ermittelt (hohe Ölviskosität, kurze Kraftanstiegszeit und niedrige Anfangsgleitgeschwindigkeit). Es wurden für die Bewertung des Kaltschaltverhaltens hinsichtlich Sperrsicherheit verschiedene Kaltschaltkennzahlen entwickelt und verglichen. Ebenso wurden Topografieuntersuchungen an den Reibbelägen der Synchronisierungen durchgeführt, um das Kaltschaltverhalten mit der Mikrogeometrie zu korrelieren. Demnach ist bei den Reibbelägen eine Kernrauhtiefe von RK>10μm zu empfehlen. Eine unzulängliche Mikrogeometrie hinsichtlich Kaltschaltverhalten kann nicht über die Makrogeometrie ausgeglichen werden. Große Vorsynchronkräfte begünstigen das Kaltschaltverhalten, da das Öl schneller, noch in der Vorsynchronphase, zwischen den beiden Reibpartnern verdrängt werden kann. Maßgeblichen Einfluss auf den Reibungszahlaufbau bei Versuchen mit hohen Betriebsölviskositäten hat die Ölmenge zwischen den beiden Reibpartnern und somit die Beölungssituation. So wurden Innenbeölung, Einspritz- und Tauchschmierung miteinander verglichen. Innenbeölung erweist sich aufgrund des kontinuierlichen Ölstroms und des erhöhten Ölaufkommens zwischen Synchronring und Synchronkonus als kaltschalt-kritischer als Einspritzschmierung und Tauchschmierung. Vergleiche mit verschiedenen Ölvarianten zeigen, dass die Betriebsölviskosität und nicht die Additivierung den größten Einfluss auf das Kaltschaltverhalten ausübt. Durch die Ergebnisse ist eine verbesserte Entwicklung „kaltschaltgerechter“ Synchronisierungen mit geeigneter Mikro- und Makrogeometrie möglich. Außerdem ermöglichen die Kaltschaltkennzahlen eine Bewertung von Synchronisierungen hinsichtlich Kaltschaltverhalten und Sperrsicherheit, so dass ein mögliches Versagen der Synchronisierungen im Kaltschaltbetrieb bereits in Prüfstandsversuchen prognostiziert bzw. ausgeschlossen werden kann. 

Beide Vorhaben wurden aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) gefördert.