Das Reibungs- und Verschleißverhalten von Zahnflanken wird durch Grenzschichten beeinflusst, die sich an der Bauteiloberfläche in der Fertigung, im Einlauf und im Betrieb ausbilden. Die Grenzschichteigenschaften werden ihrerseits durch die Parameter der Endbearbeitung und des Einlaufs beeinflusst. Eine funktionale Einstellung der Grenzschicht im Hinblick auf das Bauteilbetriebsverhalten in der späteren Applikation ist für Zahnflankenkontakte bislang nicht Stand der Technik.
Das Ziel dieser Arbeit bestand deshalb darin, ein Modellverständnis zum Zusammenhang zwischen der Fertigung, der Grenzschicht und dem Bauteilbetriebsverhalten von Zahnrädern zu entwickeln. Dazu wurden Sätze von Prüfkörpern und Prüfverzahnungen mit verschiedenen Schleifprozessvarianten und Kühlschmierstoffen (KSS) hergestellt. In Prüfstandsuntersuchungen wurden für diese Varianten reproduzierbare Unterschiede des Reibungs- und Ermüdungsverhaltens im Zeitfestigkeitsgebiet ermittelt. Da die Versuchsergebnisse nicht ausreichend anhand der konventionell in der Zahnradfertigung tolerierten Bauteileigenschaften erklärt werden konnten, wurden die Ergebnisse auf die Wirkungsmechanismen der Ausbildung der fertigungsbedingten Grenzschicht zurückgeführt. Dabei erwies sich die infolge thermischer und mechanischer Energieeinträge während der Fertigung ausgebildete Tribomutationsschicht als wesentliche Einflussgröße auf das Bauteilbetriebsverhalten. Chemische Analysen lieferten zudem den Nachweis, dass sich auch nach gründlicher Reinigung noch KSS-Bestandteile an der Metalloberfläche befanden und in die Endanwendung mitgenommen wurden. Da die Wirkungsmechanismen der Additive des KSS und des Getriebeöls auf molekularer Ebene verwandt sind und an den gleichen Stellen aktiv sind, erfolgt somit zusätzlich eine Beeinflussung der Getriebeölwirkung durch den KSS.
Auf Grundlage der Erkenntnisse zur Grenzschichtausbildung und zum Bauteilbetriebsverhalten wurde ein Verständnismodell entwickelt, mit dem sich die Potenziale der thermomechanischen und der chemischen Bauteilvorkonditionierung beschreiben lassen. Ferner wurde eine Gestaltungsrichtlinie abgeleitet, die in diesem Zusammenhang erste Ansätze zur wirtschaftlichen und ressourcenschonenden Herstellung von Zahnrädern im industriellen Umfeld liefert.