Viele Zahnräder können von einem Phänomen namens Mikropitting betroffen sein. Dieser Zustand tritt auf, wenn sich mikroskopische Risse in den Zahnrädern bilden und mit der Zeit und unter Belastung mikroskopische Vertiefungen entstehen. Diese Vertiefungen werden größer und brechen schließlich weg. Dies kann sogar eine primäre Ausfallart für Zahnräder sein.
Mikropitting tritt im Allgemeinen bei elastohydrodynamischer Schmierung (EHL) auf. Wenn die Ölfilmdicke bei EHL an der Zahnradteilung zu dünn wird, beginnen Oberflächenunebenheiten miteinander in Kontakt zu kommen. Wenn diese Unebenheiten auf gegenüberliegenden Oberflächen und unter hoher Belastung miteinander in Kontakt kommen, verursachen sie elastische oder plastische Verformungen, die zu Mikropitting führen.
Oberflächenermüdung ist sehr ähnlich. Bei elastohydrodynamischer Schmierung entsteht Oberflächenermüdung häufig durch Dellen in einer Oberfläche aufgrund harter oder weicher Partikel. Die Dellen in der Oberfläche bilden sogenannte Bermen. Mit der Zeit und bei wiederholter hoher Belastung bilden sich Vertiefungen, wo die Oberfläche auseinanderbricht. Bei anhaltend hoher Belastung werden die Vertiefungen größer.
Die Auswirkungen
Oberflächenermüdung und Mikropitting werden vom jeweiligen Schmierstoff beeinflusst, einschließlich seines Grundöls, seiner Additive, Viskositätsauswahl und Partikelverunreinigung. Während Mikropitting oder Oberflächenermüdung bei synthetischen oder Mineralölschmierstoffen auftreten können, können synthetische Schmierstoffe bei höheren Temperaturen einen besseren Schutz bieten als Mineralöle mit derselben Viskositätsklasse und Additivierung. Dies liegt daran, dass synthetische Schmierstoffe teilweise einen höheren Viskositätsindex haben. Mit anderen Worten, die Viskosität synthetischer Schmierstoffe ist bei steigenden Temperaturen teilweise temperaturstabiler.
Obwohl Hochdruckadditive (EP-Additive) oft erforderlich sind, können sie in bestimmten Fällen sehr chemisch aggressiv auf Oberflächen wirken und Mikropitting verursachen. Diese Arten von Additiven werden bei höheren Temperaturen außerdem aktiver. Einige Forscher behaupten, dass Öle ohne EP-Additive eine maximale Beständigkeit gegen Mikropitting aufweisen. Die Fähigkeit eines Öls, vor Mikropitting zu schützen, kann mit dem FZG FVA 54-Test bestimmt werden.
Öle mit hoher Viskosität sind aufgrund ihrer dickeren EHL-Filme auch widerstandsfähiger gegen Mikropitting. Allerdings ist eine höhere Viskosität nicht immer die beste Lösung, da dies zu höheren Betriebstemperaturen, Energieverlusten und/oder einer schnelleren Öloxidation führen kann.
Reibstellen mit hohem Risiko
Überall dort, wo in Maschinen Wälzkontakt auftritt, besteht die Gefahr von Mikropitting und Oberflächenermüdung. Dies gilt auch für Wälzlager (entlang der Laufbahnbasis). Zahnräder haben ebenfalls Wälzkontakt, der normalerweise um die Teillinie herum auftritt. Nocken und Rollen sind weitere Beispiele für Bereiche, in denen Wälzkontakt und damit mögliche Oberflächenermüdung und Mikropitting auftreten können.
Partikel, die viel größer als die EHL-Filmdicke sind, können durch eine Rollbewegung zwischen Oberflächen mitgerissen werden. Sobald sich diese Partikel im Kontaktbereich befinden, sind sie einem enormen Kontaktdruck ausgesetzt. Partikel mit geringerer Druckfestigkeit können unter diesem Kontaktdruck in kleinere Stücke zerbrechen, wobei sich einige in den Oberflächen festsetzen und andere durch die Kontaktzone hindurchgehen. Härtere Partikel, die größer als die EHL-Filmdicke sind, können durch die Kontaktzone hindurchgehen, indem sie die weichere Oberfläche eindrücken. Wie bereits erwähnt, bilden diese Dellen Bermen (Schultern) und können sich mit der Zeit bei höherem Kontaktdruck von der Oberfläche lösen.
Kontrolle von Mikropitting und Oberflächenermüdung
Die Wahl der richtigen Viskosität ist entscheidend für die Reduzierung von Mikropitting und Oberflächenermüdung. Höhere Belastungen erfordern eine höhere Viskosität, während niedrigere Belastungen niedrigere Viskositäten zulassen.
Auch die Geschwindigkeit kann sich auf Mikropitting und Oberflächenermüdung auswirken. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten nimmt die Filmdicke ab. Bei höheren Geschwindigkeiten kann die Filmdicke ebenfalls zunehmen. Dies ist ein weiterer Faktor, den Sie bei der Auswahl der richtigen Viskosität für Ihre Anwendung berücksichtigen sollten.
Auch die Betriebstemperatur spielt bei Mikropitting und Oberflächenermüdung eine Rolle. Mit steigender Temperatur an der Kontaktfläche sinkt die Viskosität des Öls und die Filmdicke nimmt ab. Bei steigender Temperatur wird ein Schmierstoff mit zu geringer Viskosität dünnflüssiger und bietet keinen ausreichenden Schutz, was zu vermehrtem Mikropitting und Oberflächenermüdung führt. Bei Verwendung eines EP-Öls werden die EP-Additive bei höheren Temperaturen reaktiver und können vor adhäsivem Verschleiß schützen.
Natürlich kann eine zu hohe Viskosität auch übermäßige Hitze erzeugen. Diese Hitze, die durch eine zu hohe Viskosität verursacht wird, führt zu beschleunigter Oxidation. Wenn keine Ölanalyse durchgeführt wird, um die verbleibende Nutzungsdauer zu bestimmen und den erforderlichen Ölwechsel auszulösen, wird das Öl zerfallen und keinen ausreichenden Schutz bieten.
