Oberflächenbeschichten Leistungssteigerung durch Beschichtung

Eine Beschichtung senkt nicht nur den Verschleiß, sie ist auch ein Konstruktionselement zur Optimierung von Bauteilen. Ein Planetenbolzen führte so zu einer 33 %-igen Leistungssteigerung.

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Hinsichtlich der wachsenden Anforderungen im Fahrzeugbau macht die Herstellung von Landmaschinen keine Ausnahme: Auch hier sind Schnelligkeit, Kostenreduktion und Produktivität die entscheidenden Faktoren. Ein gutes Beispiel dafür ist die Weiterentwicklung des S-Matic 240 Getriebes des führenden Zulieferers ZF Friedrichshafen AG am Standort Passau.

Weiterentwicklung des Getriebes für höhere Leistungsklasse

Das Planetengetriebe arbeitet stufenlos, der Fahrer kann sich also ohne Kuppeln und Schalten auf seine eigentlichen Aufgaben konzentrieren. Auch sinkt der Zeitaufwand für traktorgestützte Arbeiten zugunsten von mehr Produktivität. „Fast alle namhaften Traktorenhersteller setzen darum unsere Stufenlos-Technologie ein“, sagt Andreas Haslinger, Teamleiter Applikationsentwicklung CVT bei ZF in Passau.

Auf dem Wunschzettel dieser Kunden stehen immer kompaktere Schlepper mit wachsender Leistungsdichte. So stand ZF im Zuge des Aufbaus höherer Leistungsklassen vor der Aufgabe, das S-Matic 240 Getriebe an die zunehmenden Belastungen anzupassen. Angesichts klarer Vorgaben hatten die Konstrukteure eine harte Nuss ökonomisch zu knacken: Es galt höher beanspruchte Bauteile zu verstärken, der verfügbare Bauraum musste jedoch gleichbleiben. Eine Neukonstruktion schied von vornherein aus wegen der ambitionierten Zeitplanung.

Beschichtung des hochbeanspruchten Planetenbolzens als Lösung

Nach eingehender Analyse wurde schließlich die Beschichtung des Planetenbolzens, eines der am stärksten belasteten Bauteile, als bestmögliche Lösung erwogen. Dies versprach im vorliegenden Rahmen auch wirtschaftlich den größten Erfolg und sparte Entwicklungskosten. Nach intensiven Tests mit Beschichtungen des ausgewählten Partners Oerlikon Balzers erwies sich die metallfreie Kohlenstoffschicht Balinit DLC Star (diamond-like-carbon) als beste Wahl. Sie besteht aus einer widerstandsfähigen Chromnitridbasis mit darüber liegendem, tribologisch wirksamem Kohlenstoff. Diese Kombination minimiert den Reibwert sowie adhäsiven Verschleiß und die Bildung von Graufleckigkeit und Pitting. Die Multifunktionsschicht ermöglichte dadurch die geforderte Steigerung der Getriebeeingangsleistung um rund 33 % von 180 PS auf 240 PS und des Eingangsdrehmoments von 756 Nm auf 960 Nm. Auch die Einhaltung der ZF-Lebensdauervorgaben war damit gegeben.

Auf Vorschlag der Beschichtungsexperten von Oerlikon Balzers wählten die ZF-Entwickler zudem einen alternativen, beschichtungsgerechten Werkstoff für den Planetenbolzen aus: Der Lagerstahl 100Cr6 wurde durch den Nitrierstahl 30CrMoV9 ersetzt. Damit wurde ein optimales Gesamtsystem gefunden in Bezug auf Werkstoff, Oberfläche und Beschichtung des Bauteils.

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