Schadensentwicklung und Tragfähigkeit carbonitrierter Kegelradverzahnungen

Im Rahmen dieser Arbeit wurden systematische Untersuchungen zur Tragfähigkeit von carbonitrierten Kegelrad- und Hypoidverzahnungen durchgeführt. Ziel dabei war es, auf Basis experimenteller Untersuchungen die Übertragbarkeit der durch Carbonitrieren verbesserten Tragfähigkeitseigenschaften von Stirnrädern auf Kegelrad- und Hypoidverzahnungen, bei denen zum Teil deutlich andere Beanspruchungsverhältnisse vorliegen, zu prüfen und Tragfähigkeitspotenziale aufzuzeigen. Die für carbonitrierte Kegelradverzahnungen ermittelte Grübchen-Dauerfestigkeit ordnet sich im oberen Bereich des Festigkeitsfeldes für einsatzgehärtete Verzahnungen ein, deutlich über den Kennwerten für Werkstoffqualität MQ. Die Ergebnisse zeigen somit, dass durch eine entsprechende Parametrierung des Carbonitrierprozesses eine Steigerung der Grübchentragfähigkeit erreicht werden kann. Die Ergebnisse der Zahnfußtragfähigkeitsuntersuchungen zeigen, dass die hier umfassend untersuchte carbonitrierte Variante eine im Vergleich zu den einsatzgehärteten Varianten vergleichbare Zahnfußtragfähigkeit aufweist. Somit konnte bestätigt werden, dass an carbonitrierten Kegelrädern, die einen relativ hohen Restaustenitgehalt aufweisen, keine nennenswerte Minderung der Zahnfuß-Dauerfestigkeit im Vergleich zu herkömmlich einsatzgehärteten Kegelradverzahnungen auftritt. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen zur Fresstragfähigkeit deuten auf eine etwas niedrigere Fresstragfähigkeit der carbonitrierten im Vergleich zu den einsatzgehärteten Verzahnungen hin, was auf eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit des restaustenitischen gegenüber dem martensitischen Randgefüges zurückgeführt wird. Es konnte gezeigt werden, dass sich mit einem entsprechend additivierten Schmierstoff Fresser bei den carbonitrierten Verzahnungen vermeiden lassen. Basierend auf den experimentellen Untersuchungen zur Grübchen-, Zahnfuß- sowie Fresstragfähigkeit und den daraus gewonnenen Erkenntnissen wurden die Rechenverfahren (höherwertig basierend auf einer Zahnkontaktanalyse und vereinfacht anhand einer Ersatz-Stirnradverzahnung) nach FZG/Wirth und FZG/Klein derart erweitert, dass die Einflüsse des Carbonitrierens auf die Tragfähigkeit bei der Tragfähigkeitsberechnung korrekt erfasst werden können.