Integraler Leichtbau bei Zahnrädern mittels Laserstrahlschmelzen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gunther Reinhart; Professor Dr.-Ing. Karsten Stahl
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314876601

Durch eine Reduktion der zu beschleunigenden Massen und Trägheitsmomente in Zahnradgetrieben können irreversible Energieverluste verringert werden. Leichtbauansätze bieten deshalb ein großes Potenzial zur Steigerung der Ressourceneffizienz. Darüber hinaus lassen sich Unwuchten reduzieren, was zu einer Steigerung der Lebensdauer der eingesetzten Lagerungen beitragen kann. Ebenfalls resultiert ein Sekundärleichtbaupotenzial, da umliegende Getriebekomponenten wie Lager und Wellen in ihrer Dimensionierung angepasst werden können. Leichtbauansätze müssen dabei im Spannungsfeld aus Dauer- oder Zeitfestigkeit, Schwingungserzeugung (NVH - Noise, Vibration, Harshness) und Wirkungsgrad bestehen. Eine Betrachtung auf System-, Komponenten sowie Werkstoff- und Verfahrensebene ist somit unabdingbar. Im beantragten Projekt werden deshalb die Möglichkeiten der additiven Bauteilfertigung mittels Laserstrahlschmelzen zur Herstellung von Stirnzahnrädern in Kombination von Stoff-, Form- und Fertigungsleichtbau in Integralbauweise aufgegriffen. LBM bietet die Möglichkeit, komplexe Geometrien aus hochfesten Werkstoffen integriert herzustellen. Dabei werden die niedrig belasteten Bereiche des Radkörpers in Leichtbauweise ausgeführt. Eine Materialentfernung oder Fügeprozesse als zusätzlicher Prozessschritt können vermieden werden. Dazu sollen unterschiedliche Topologien hinsichtlich statischer und dynamischer Festigkeit erforscht werden. Leichtbaustrukturen umfassen dabei klassische Strukturen wie kraftflussgerecht orientierte Streben im Zahnradkörper oder Gitterstrukturen in den zahnnahen Bauteilbereichen. Als Forschungsdetailziel werden filigrane Leichtbaustrukturen als poröse Räume untersucht, die für eine Gaskühlung der Zahnräder als Verdampfungsraum verwendet werden sollen. Zielsetzung dabei ist die Entwicklung eines Kühlkonzeptes für thermisch hochbelastete Verzahnungen. Gesamtergebnis ist eine LBM-spezifische Auslegungsrichtlinie für integrale Leichtbaustirnzahnräder.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen