ISBN 978-3-8439-4060-3

978-3-8439-4060-3, Reihe Fahrzeugtechnik

Florian Gangauf
Untersuchungen zum Einfluss von Viskosität und Rauheit auf Verluste und Verschleiß im Achsgetriebe

246 Seiten, Dissertation Technische Universität Dresden (2019), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Effizienzsteigerung durch Reibungsreduzierung bietet nach wie vor einen wesentlichen Stellhebel zur Reduktion von Verbrauch und Emissionen in konventionellen Antriebssträngen. Ein vielversprechender Ansatz ist die Verlustreduzierung im Hinterachsgetriebe, über dessen beide Komponenten Antriebskegelrad und Tellerrad beim Standardantrieb nahezu die gesamte Antriebsleistung übertragen wird. Da Plansch- und Verzahnungsverluste in jedem Betriebspunkt die dominierenden Verlustquellen darstellen, versprechen Optimierungen von Schmierstoff und Verzahnungsoberfläche ein nennenswertes Potenzial. Gleichzeitig sind die komplexe Verzahnungsgeometrie und die tribologischen Belastungen im Getriebe große Herausforderungen an einen Glättungsprozess und einen Schmierstoff. In dieser Arbeit wird der Einfluss von Viskosität und Rauheit auf Verluste und Verschleiß im Hinterachsgetriebe auf Basis des Modells nach Stribeck untersucht. Ausgehend vom geläppten Serienzustand der Verzahnungen wurden mehrere Verfahren für eine effiziente und robuste Rauheitsreduzierung untersucht. Hierbei stellten sich chemisch beschleunigte Gleitschleifverfahren als am besten geeignet heraus. Mit diesen Verfahren gelang es, die Zahnflanken ohne negative Auswirkungen auf Tragbild oder Flankenform prozesssicher zu bearbeiten und die Rauheit um etwa eine Größenordnung zu reduzieren. Für Wirkungsgrad- und Verschleißuntersuchungen konnte auf eine Reihe neuer hochscherstabiler Öle für Achsgetriebe zurückgegriffen werden. Eine Besonderheit besteht darin, dass sich die Öle nur durch ihre Viskositäten, nicht aber durch ihre Additivierung unterscheiden, was ein Umölen ermöglicht. Mit einer Kombination aus glatter Oberfläche und dünnem Öl konnten die Verluste im NEFZ um bis zu 43%, in charakteristischen Betriebspunkten im Kennfeld sogar um mehr als die Hälfte reduziert werden. Dabei zeigte sich, dass das Wirkungsgradpotenzial durch eine Rauheitsreduzierung umso größer ist, je mehr ein Betriebspunkt im Mischreibungsbereich liegt. Weiter bestätigte sich insbesondere im Bereich der Hydrodynamik die Schlüsselrolle der Viskosität auf die Gesamtverluste. Die Untersuchungen zeigten, dass sich die Öle durch eine robuste Formulierung sowie ein stabiles Viskosität-Temperatur / Druck-Verhalten auszeichnen und die Öleigenschaften gut auf die Beanspruchungen im Achsgetriebe eingestellt wurden. Dieses Verhalten macht die Öle sehr attraktiv für eine Viskositätsreduzierung in seriengeläppten sowie geglätteten Achsgetrieben.