Berücksichtigung funktionsrelevanter Gestaltabweichungen bei der Auslegung von Umformprozessen zur Herstellung von Stirnrädern mit Sonderverzahnung durch Fließpressen

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 260682773

Die Gesamtzielsetzung der Forschungsgruppe liegt in der Erreichung eines ganzheitlichen, prozessorientierten Toleranzmanagements. Im Rahmen dessen ist es erforderlich, neben den prozessbedingten Ursachen für geometrische Bauteilabweichungen auch die aus dem Betrieb resultierenden Abweichungen bei der Toleranzvergabe zu berücksichtigen. Ziel des beantragten Teilprojektes ist es, Einflussgrößen auf das Betriebsverhalten fließgepresster Verzahnungen in der Materialpaarung Metall-Kunststoff zu identifizieren und funktionale Zusammenhänge zwischen den prozessbedingten Bauteileigenschaften und dem resultierenden Verschleißverhalten abzuleiten. Aufbauend darauf soll eine betriebsoptimierte Auslegung des Fließpressprozesses zur Herstellung einsatzfertiger Verzahnungen erfolgen und die Einhaltung der funktionsrelevanten Toleranzen über die Betriebsdauer sichergestellt werden.Die in der ersten Förderperiode gewonnenen Erkenntnisse bilden eine wesentliche Grundlage für die geplanten Arbeiten. In dieser wurden prozessseitige Einflussgrößen sowie fertigungsprozessbedingte Schwankungen auf die geometrischen und mechanischen Eigenschaften kaltfließgepresster Stahlzahnräder ermittelt. In der zweiten Förderperiode werden die Auswirkungen der Bauteileigenschaften fließgepresster Verzahnungen auf geometrische Abweichungen in Folge des charakteristischen Verschleißverhaltens der Materialpaarung Metall-Kunststoff im Betrieb untersucht. Anhand dessen werden von den Teilprojektpartnern Metamodelle zur Beschreibung des Verschleißverhaltens erstellt und für die Toleranzanalyse genutzt. Der auftretende Zahnverschleiß begrenzt die Einhaltung der funktionsrelevanten Toleranzen sowie die Lebensdauer der Paarung. Voruntersuchungen der ersten Phase zeigen, dass eine gezielte Beeinflussung der einsatzrelevanten Bauteileigenschaften im Fließpressprozess Potential bietet, das Betriebsverhalten der Paarung zu verbessern.Mit dem Erreichen der Zielstellung des Teilprojektes stehen dem Forschungsverbund entscheidende Erkenntnisse für die prozessorientierte Toleranzvergabe zur Verfügung. Die Kenntnis funktionaler Zusammenhänge zwischen den fertigungsbedingten Bauteileigenschaften und dem Betriebsverhalten ermöglicht eine effizientere Produkt- und Prozessauslegung. Darüber hinaus unterstützt die prozessorientierte Toleranzoptimierung des Zahnrades sowohl die Konstruktion als auch die Messtechnik bei der Definition der jeweiligen Anforderungen. In Zusammenarbeit mit den anderen Teilprojekten wird somit dazu beigetragen, die Entwicklungs- und Prüfkosten zu senken und die Produkteinführungszeiten zu verkürzen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2271: Prozessorientiertes Toleranzmanagement mit virtuellen Absicherungsmethoden
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Hinnerk Hagenah