Pitting – Risikofaktor für Getriebeausfälle

Ursachen & Vermeidungsstrategien

Pitting kann auf Deutsch mit “Grübchenbildung” übersetzt werden, wird darüber hinaus in der Fachwelt aber auch als “Lochfraß” oder “Lochkorrosion” bezeichnet. Pittings kommen vor allem durch Reibungsverluste an Zahnrädern und Wälzlagern zu Stande und sind durch Materialausbrüche und die Bildung von Mikrorissen an der Oberfläche von Wälzkörpern und deren Laufbahn zu erkennen. Bei Betrachtung mit bloßem Auge weisen die Stellen eine matte Struktur auf.

Wie entsteht Pitting an Metalloberflächen?

Alle technischen Systeme, die aus so genannten passivschichtbildenden Metallen bestehen, können von Pittings oder Micropittings befallen werden. Meist handelt es sich dabei um hochlegierte Chrom-Nickel-Stähle, Aluminium- und Titanlegierungen oder Legierungen auf Nickelbasis. Als Passivierung bezeichnet man eine dünne Oxidschicht auf der Oberfläche, die das Material vor einer weiteren Oxidation schützt. Kommt es zu einer lokalen Zerstörung dieser Passivschicht durch tribologische, abrasive, erosive oder andere mechanische Beanspruchung, setzt das Pitting ein. Als Ursachen für die Beschädigung der schützenden Oxidschicht kommen beispielsweise Fremdkörper im jeweiligen Schmierstoff, eine mangelhafte Schmierung oder auch eine zu hohe Luftfeuchtigkeit in Frage.

Durch die chemischen Eigenschaften der Oberflächenumgebung wird anschließend die Geschwindigkeit der Ausheilung betroffener Stellen herabgesetzt. Es entsteht ein Lochkeim, von dem aus die Auflösung des Metalls in die Tiefe fortschreitet. Mit der Zeit sind dann weitere chemische Prozesse dafür verantwortlich, dass die Repassivierung der schützenden Oxidschicht völlig zum Erliegen kommt und die Korrosion sich ungehindert in die Tiefe des Metalls hineinfrisst. Es kommt zu einem stabilen Lochwachstum, das am Ende zu einem irreversiblen Schaden an den Zahnrädern oder am Wälzlager führt.

Pitting-Bildung an Wälzlagern und Zahnrädern durch tribologische Beanspruchung

Aus der Tribologie ist bekannt, dass Pitting durch eine lokale Überschreitung der Materialfestigkeit, definiert durch die Hertzsche Pressung, hervorgerufen werden kann. Dies tritt in der Regel an den Zahnflanken von Zahnrädern oder bei Wälzlagern zwischen dem Wälzkörper sowie dem Außen- oder Innenring des Lagers auf. Bei der Flächenpressung entsteht die größte Spannung des Bauteils nämlich nicht an der Oberfläche, sondern in einer bestimmten Tiefe des Materials. Dies muss bei der Konstruktion und Fertigung der jeweiligen Bauteile berücksichtigt werden.

Weitere Faktoren für die Entstehung, bzw. Ausbreitung von Pittings und Micropittings sind:

• materiell bedingt: die Oberflächenhärte und –qualität, sowie die Tiefe der Einhärtung
• formbedingt: Fehler in der Flankenform von Zahnrädern und bei der Umfangsgeschwindigkeit
• umgebungsbedingt: mangelnde Ölviskosität, ungeeignete Additive im Öl, falsche Temperatur, hohe Luftfeuchtigkeit

Die Grübchenbildung durch Pitting lässt sich mit bloßem Auge übrigens sehr gut an Eisenbahnschienen feststellen. Diese müssen regelmäßig nachgeschliffen werden, um ihre Betriebssicherheit zu erhalten.

Wie äußert sich ein Pitting-Schaden?

Bei Wälzlagern ändert sich durch Pitting-Schäden das Betriebsverhalten der Lagerung. Will man die beschädigten Lager genauer untersuchen, muss man nicht nur das Lager selbst, sondern auch die Komponenten der Umgebungsteile, die Abdichtung sowie die Schmierung prüfen. Eine weitere Rolle können Umwelt- und Betriebsbedingungen spielen, etwa zu hohe Temperaturen oder zu viel Luftfeuchtigkeit. Werden Getriebe, Wälzlager oder Zahnradkonstruktionen nicht regelmäßig geprüft und gewartet, kommt es langfristig zu irreparablen Schäden, die einen Komplettaustausch nötig machen und somit sehr hohe Kosten nach sich ziehen. Ein ähnliches Schadensbild kann bei unüblich langen Laufzeiten und permanent hoher Belastung entstehen.

Wie kann Pitting verhindert werden?

Grundlegend ist zu sagen, dass eine saubere Konstruktion, das richtige Material für einen bestimmten Einsatzzweck, sowie genaue Abmessungen der einzelnen Bauteile erste Voraussetzungen gegen Pitting-Schäden sind. Im Maschinenbau gibt es anerkannte und zulässige Werte für die maximal mögliche Flächenpressung. Formen und Profile der Bauteile müssen exakt berechnet werden, um zu gewährleisten, dass diese Werte auch wirklich eingehalten werden können. Ansonsten kann ein Schadensfall sehr schnell eintreten.
Weitere wesentliche Maßnahmen um Pitting zu verhindern, sind eine regelmäßige Prüfung, die ordnungsgemäße Wartung und Instandhaltung von Wälzlagern, Zahnrädern und Getrieben nach den Vorgaben des Herstellers. Helfen kann auch eine Optimierung des Dichtungssystems, eine häufigere Filterung des Schmierstoffs, um ihn von möglichen Fremdkörpern zu befreien oder grundsätzlich die Verwendung eines besser geeigneten Schmierstoffs.