Institut für Maschinenelemente der Universität Stuttgart weist kleinste Grübchenschäden mit Ultraschallsonde von SONOTEC nach.
Frühzeitig Getriebeschäden mit Ultraschall erkennen
Im Rahmen der Industrie 4.0 spielt die intelligente Vernetzung von Maschinen eine entscheidende Rolle. Damit einhergehend werden viele Maschinen mit Systemen zur Zustandsüberwachung ausgestattet. Erfasste Sensordaten dienen dazu, Aussagen über den Zustand der Maschine oder einzelner kritischer Komponenten zu treffen. Die Zustandsüberwachung erkennt auftretende Schäden frühzeitig, so dass unerwartete Maschinenausfälle vollständig verhindert werden können. Für den Maschinenbetreiber ergibt sich daraus ein Mehrwert in Bezug auf die Betriebssicherheit sowie ein finanzieller Vorteil.
Zahnradgetriebe führen im Störungsfall zum Stillstand der gesamten Maschine. Aus diesem Grund bieten sie sich besonders gut für eine Zustandsüberwachung während des Betriebs an. Die Hauptversagensmechanismen von Zahnradgetrieben weisen einen allmählich fortschreitenden Schadensverlauf auf. Daher besteht die Möglichkeit, Schäden schon frühzeitig vor dem Erreichen einer kritischen Größe zu detektieren. Sobald ein Schaden messtechnisch erfasst und der Schadenszustand identifiziert ist, kann die Restlebensdauer des Getriebes abgeschätzt werden.
Aktuelle Forschung untersucht Grübchenschäden
Der Fokus der aktuellen Forschung am Institut für Maschinenelemente der Universität Stuttgart liegt auf Grübchenschäden. In Kooperation mit dem auf Ultraschall spezialisierten Messtechnikhersteller SONOTEC wurden Grübchenschäden auf Zahnrädern untersucht. Dabei konnten Schäden bereits deutlich vor dem in der DIN 3990-5 genormten Ausfallkriterium eines Flächenanteils an einer Zahnflankenfläche von 4 % detektiert werden. Möglich ist dies mit der geeigneten Sensorik. In einer Versuchsreihe wurden synthetische Grübchenschäden mit Flächenanteilen zwischen 0,4 % und 2 % der Fläche einer Zahnflanke untersucht. Neben der Größe der Grübchenschäden wurde bei den Versuchen die Drehzahl, das Drehmoment und die Schmierölviskosität systematisch variiert. Auf diese Weise konnte die Detektionsfähigkeit der Grübchenschäden bei unterschiedlichen Randbedingungen getestet werden. Mit verschiedenen Beschleunigungsaufnehmern wurden Sensordaten im Betrieb der Zahnräder mit Grübchenschäden erfasst. Im Vergleich der Beschleunigungsaufnehmer sind die Grübchenschäden deutlich in den Messdaten der Körperschallsonde T20 vom Hersteller SONOTEC erkennbar. Insbesondere im Ultraschall-Frequenzbereich über 16 kHz sind die Grübchenschäden mit der Körperschallsonde T20 von SONOTEC deutlich feststellbar. So ist es möglich, bereits die kleinsten untersuchten Grübchenschäden mit Flächenanteilen von 0,4 % der Fläche einer Zahnflanke zuverlässig zu detektieren.
