Monitoring von Tribokontakten in Getrieben

Zur Erfassung von Akustische Emissionen (AE) wurde das GMBU Tribosensorkonzept (DE 10 2014 103 231) entwickelt, bei dem ein Sensor in unmittelbarer Nähe zu einem geschmierten Gleit – Reibkontakt gebracht wird.
Das Konzept wurde an einem Tribometer (Download Vierkugelapparat) entwickelt und auf das Monitoring von aufeinander abrollenden Zahnflanken erweitert [1,2].
In Gleitlagern konnte damit der Übergang vom EHL-Bereich in die Mischreibung in detektiert werden. Das Konzept eignet sich auch zur Detektion von Verschleissschäden in Wälzlagern.

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 insbesondere von Verschleiß betroffen. Dieser entsteht, wenn der tragende Schmierfilm unter hoher Flächenpressung zusammenbricht und sich Zahnflanken kurzfristig berühren. Ad hoc entstehen akustische Emissionen (Abbildung unten mitte), die sich bei Abrasionsschäden oder Abwesenheit des Schmiermittels deutlich verändern (Abbildung unten rechts). Mittelfristig kommt es zu Graufleckigkeit und langfristig zu Fressprozessen (Grübchen) oder Flankenausbrüchen (Abbildung links unten).
Die Adaption des Tribosensorkonzeptes für das Monitoring des Zahnflankenkontaktes bietet die Chance auf einen detailierte Einblick in das Roll-Reibgeschehen (Download Zahnflankeneingriff). Die zeitlich hochaufgelöste Erfassung der AE bietet damit die Voraussetzung für Condition Monitoring und Predictive Maintenance Konzepte.

PUBLIKATIONEN

[1] L. Ledig, U. Bauerschäfer, S. Gai, Erfassung und potentieller Nutzen hochfrequenter akustischer Emissionen in Tribosystemen am Beispiel des VKA, GETLUB Tribologie- /Schmierstoffkongress Mannheim, 26./27. März 2014

[2] S. Gai. U. Bauerschäfer, L. Ledig, K. Krüger., Zustandsdiagnose an Maschinen auf der Grundlage hochfrequenter akustischer Emissionen, NetUs 2020 Workshop VIU Akademie, 01/2020

[3] S. Schnabel, Monitoring of Wear in Elasto-Hydrodynamic Lubricated Contacts, ISBN 978-91-7439-855-7