Tribologisches Verhalten und Tragfähigkeit PVD-beschichteter Getriebe-Zahnflanken

Die stetige Erhöhung der Leistungsdichte von Zahnradgetrieben erfordert innovative Konzepte zur Steigerung der Verzahnungstragfähigkeit. PVD-Beschichtung von Zahnflankenkontakten kann eine Konstellation herbeiführen, die eine hohe Belastbarkeit des Substratwerkstoffes mit optimalen Verschleißeigenschaften der Oberfläche kombiniert und somit eine funktionsgerechte Anpassung der Bauteileigenschaften unter Wälzbeanspruchung ermöglicht. Die vorliegende Arbeit zeigt durch systematische, praktische und theoretische Untersuchungen die Wechselwirkungen zwischen den tribologischen Einflussgrößen Grundkörper, Schmierstoff und Oberfläche eines PVD-beschichteten Zahnflankenkontaktes auf. Im weiteren Schritt werden diese Wechselwirkungen auf das Tragfähigkeits- und Verschleißverhaltenhochbelasteter Zahnflanken reflektiert.So beispielsweise zeigt sich bei Betrachtung der PVD-beschichteten Grundkörper unter Wälzbeanspruchung,dass sowohl der Verschleiß als auch die Oberflächenermüdung durch die PVD-Beschichtung der kontaktierenden Zahnflanken signifikant reduziert werden kann. Hierbei muss jedoch der Einfluss des PVD-Beschichtungsprozesses auf die Werkstoffeigenschaften einsatzgehärteter Substrate beachtet werden. Die Substratrauheit beeinflusst das Verschleißverhalten der PVD-Beschichtung unter Wälzbeanspruchung ebenfalls. Die hohe Duktilität der amorphen, metallhaltigen Kohlenwasserstoff-Schichtsysteme (a-C:H:Me), die als Basissysteme in der vorliegenden Arbeit dienen, wirkt sich hier positiv aus. Die Untersuchungen zurWechselwirkung PVD-beschichteten Oberflächen mit dem Getriebeschmierstoff zeigen, dassPVD-Beschichtungen sowohl das Temperatur- als auch das Schmierfilmbildungsverhalten imWälzkontakt positiv beeinflussen können. Ebenfalls die Rolle der Schmierstoffadditive zumSchutz der Zahnflanken vor Verschleiß wird bei PVD-beschichteten Oberflächen hinterfragt.Abschließend wird am praktischen Beispiel einer Automobil-Serienverzahnung die LeistungsfähigkeitPVD-beschichteter Zahnflankenkontakte eindrucksvoll demonstriert. Gleichzeitig wird die verfahrensspezifische Schichtdickenverteilung über die Zahnflankenhöhe am Beispiel einer Industrieverzahnung diskutiert und Verbesserungspotential abgeleitet.

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Die stetige Erhöhung der Leistungsdichte von Zahnradgetrieben erfordert innovative Konzepte zur Steigerung der Verzahnungstragfähigkeit. PVD-Beschichtung von Zahnflankenkontakten kann eine Konstellation herbeiführen, die eine hohe Belastbarkeit des Substratwerkstoffes mit optimalen Verschleißeigenschaften der Oberfläche kombiniert und somit eine funktionsgerechte Anpassung der Bauteileigenschaften unter Wälzbeanspruchung ermöglicht. Die vorliegende Arbeit zeigt durch systematische, praktische und theoretische Untersuchungen die Wechselwirkungen zwischen den tribologischen Einflussgrößen Grundkörper, Schmierstoff und Oberfläche eines PVD-beschichteten Zahnflankenkontaktes auf. Im weiteren Schritt werden diese Wechselwirkungen auf das Tragfähigkeits- und Verschleißverhalten hochbelasteter Zahnflanken reflektiert. So beispielsweise zeigt sich bei Betrachtung der PVD-beschichteten Grundkörper unter Wälzbeanspruchung, dass sowohl der Verschleiß als auch die Oberflächenermüdung durch die PVD-Beschichtung der kontaktierenden Zahnflanken signifikant reduziert werden kann. Hierbei muss jedoch der Einfluss des PVD-Beschichtungsprozesses auf die Werkstoffeigenschaften einsatzgehärteter Substrate beachtet werden. Die Substratrauheit beeinflusst das Verschleißverhalten der PVD-Beschichtung unter Wälzbeanspruchung ebenfalls. Die hohe Duktilität der amorphen, metallhaltigen Kohlenwasserstoff-Schichtsysteme (a-C:H:Me), die als Basissysteme in der vorliegenden Arbeit dienen, wirkt sich hier positiv aus. Die Untersuchungen zur Wechselwirkung PVD-beschichteten Oberflächen mit dem Getriebeschmierstoff zeigen, dass PVD-Beschichtungen sowohl das Temperatur- als auch das Schmierfilmbildungsverhalten im Wälzkontakt positiv beeinflussen können. Ebenfalls die Rolle der Schmierstoffadditive zum Schutz der Zahnflanken vor Verschleiß wird bei PVD-beschichteten Oberflächen hinterfragt. Abschließend wird am praktischen Beispiel einer Automobil-Serienverzahnung die Leistungsfähigkeit PVD-beschichteter Zahnflankenkontakte eindrucksvoll demonstriert. Gleichzeitig wird die verfahrensspezifische Schichtdickenverteilung über die Zahnflankenhöhe am Beispiel einer Industrieverzahnung diskutiert und Verbesserungspotential abgeleitet.