Energieeffiziente Fertigung von Verzahnungen mit erhöhter Tragfähigkeit durch prozessinduzierte Eigenspannungen beim Feinschneiden

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Karsten Stahl; Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531865360

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die aus den Projektphasen des SPP gewonnenen Erkenntnisse zu nutzen, um eine reale serientaugliche Schrägverzahnung für den industriellen Einsatz durch Feinschneiden herzustellen. Dies beinhaltet neben dem Transfer bisher erlangter Ergebnisse in die industrielle Praxis auch die Weiterentwicklung des Herstellungsprozesses sowie das Erlangen von tiefgreifendem Prozessverständnis. Eine weitere wesentliche Zielsetzung ist, die Auslegung bzw. Dimensionierung von feingeschnittenen Verzahnungen im industriellen Umfeld zu ermöglichen. Verglichen mit der konventionellen Fertigung bestehend aus mindestens drei Prozessschritten (Fräsen, Wärmebehandlung und Schleifen) hat der neuartige Prozess enormes Zeit- bzw. Kosteneinsparungspotenzial und das Potenzial der signifikanten Reduktion von CO2-Emissionen. Im geplanten Forschungsvorhaben wird eine Ritzel/Rad-Paarung verkörpert durch Stufenräder, bestehend aus mehreren feingeschnittenen geradverzahnten Zahnrädern, systematisch untersucht. Dabei wird die Generierung von hohen prozessinduzierten Druckeigenspannungen auf dünnere Materialstärken und höherfeste Werkstoffe übertragen. Neben der Tragfähigkeitssteigerung durch höhere Druckeigenspannungen im höherfesten Werkstoff werden Beschichtungen an den Werkzeugaktivelementen eingesetzt, die eine Verringerung der Funktionsflächenrauheit bewirken und somit die Flankentragfähigkeit der Zahnräder weiter erhöhen. Neben der Vorhersage der Funktionsflächenbeschaffenheit soll eine Prozesssimulation auch Auskünfte über den zu erwartenden Eigenspannungszustand wiedergeben. Die zu erzeugende Datenbasis wird u. a. dazu genutzt, um Richtlinien für die industrielle Anwendung des neu entwickelten Prozesses zum Feinschneiden von Verzahnungen abzuleiten. Diese sollen z. B. Prozessrandbedingungen aufzeigen, Berechnungsgleichungen und Auslegungsdiagramme enthalten. Des Weiteren werden aus den Erkenntnissen zu den Tragfähigkeitsuntersuchungen Normvorschläge zur Auslegung feingeschnittener Verzahnungen in der industriellen Anwendung erstellt. Abschließend werden wirtschaftliche Aspekte innerhalb der Prozessgrenzen untersucht und dokumentiert, wie z. B. die Aufstellung der Herstellungskosten in Abhängigkeit der zu produzierenden Stückzahl.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Prosimalys GmbH; Qcision AG; WELTER zahnrad GmbH; thyssenkrupp Hohenlimburg GmbH