Monitoring von Tribokontakten in Getrieben

Zur Erfassung von Akustischen Emissionen (AE) wurde in der GMBU e.V. Halle ein Tribosensorkonzept entwickelt, bei dem ein Sensor in unmittelbarer Nähe zu einem geschmierten Gleit – Reibkontakt gebracht wird.
Das Konzept wurde an einem Tribometer (Vierkugelapparat) erprobt und für das Monitoring aufeinander abrollender Zahnflanken erweitert.
Das Konzept eignet sich auch zur Detektion von Schäden in Wälzlagern. Der Übergang vom EHL-Bereich in die Mischreibung in Gleitlagern konnte gezeigt werden.

DIE ENTSTEHUNG VON AE IM GESCHMIERTEN TRIBOKONTAKT

Der geschmierte Reibkontakt zweier Festkörper ist ein komplexer Prozess. Die Stribeckkurve beschreibt die verschiedenen Reibszenarien in Abhängigkeit der Flächenpressung und der Relativgeschwindigkeit.
Im Bereich der Flüssigkeitsreibung sind die Festkörper durch einen Schmierfilm getrennt. Im Bereich der Mischreibung kommt es zu sporadischen Kontakten der Festkörper. Durch die elastische Deformation entstehen Vibrationen und AE. Reibungswärme wird freigesetzt. Langfristig kommt es zu plastischer Verformung der Festkörper und an den Kontaktflächen zu Mikrorissen und Masseabtrag.
Dieses Szenario ist die Grundlage dafür, mit AE-Messungen die Reib- und Verschleißprozesse indirekt abzubilden.

DETEKTION VON MISCHREIBUNG IM GLEITLAGER

Gleitlager werden im Übergang von der Flüssigkeitsreibung zur Mischreibung betrieben. In industriellen Großlagern ist die Aufrechterhaltung des optimalen Reibregimes mit der Kontrolle des Öldrucks verbunden. Aus Betriebskostengründen ist es von großer Bedeutung, den optimalen Betriebspunkt einzuhalten.
Mit Hilfe eines AE – Sensors, der in der Hohlwelle des Gleitlagers montiert wird, kann der Schmierfilmzusammenbruch erfasst werden (Übergang von grau nach weiß – Abb. Links). Für die Auswertung der AE-Signale besteht die anspruchsvolle Aufgabe, die für den Triboverschleiß relevanten Signale von Maschinenvibrationen und elektrischen Störsignalen zu diskriminieren.

CHARAKTERISIERUNG VON ROLL – GLEITKONTAKTEN AN ZAHNFLANKEN
Zahnradflanken sind besonders von Verschleiß betroffen. Dieser entsteht, wenn der tragende Schmierfilm unter hoher Flächenpressung zusammenbricht und sich Zahnflanken kurzfristig berühren. Dadurch entstehen akustische Emissionen. Mittelfristig kommt es zu Graufleckigkeit (Abb. unten Links) und langfristig zu Fressprozessen (Grübchen) oder Flankenausbrüchen.
Zur Erfassung der Vibrationen wurden mit einem breitbandiger Körperschallsensor Vibrationssignale eines Getriebes im geschmierten (Abb. unten Mitte) und ungeschmierten Betrieb (Abb. unten Rechts) aufgenommen. Die Periodizität der Signale erlaubt die Zuordnung der Signalintensitäten zu dem Ereignis des Zahneingriffs. Im ungeschmierten Zustand kommt es im Zahneingriff zu einer breitbandigen Anregung der Vibrationen (Verbreiterung der Bänder der Signalintensitäten).
Die zeitlich hochaufgelöste Erfassung der AE-Signale ermöglicht den Blick auf Einzelheiten des Roll-Gleitkontakts und erlaubt Rückschlüsse auf die Eigenschaften der Werkstoffe und Schmiermittel.