Entwicklung einer durch additive Fertigung erzeugten verlagerungsunempfindlichen Kegelradverzahnung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Matthias Kreimeyer
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556956039

Konventionell gefertigte Kegelräder sind in der Regel empfindlich in Bezug auf die Verlagerung der Flanken infolge von fertigungsbedingten Geometrieabweichungen und lastbedingten Verformungen. Der Kerngedanke des beantragten Vorhabens ist daher, die Form von Kegelrädern so anzupassen, dass diese möglichst unempfindlich gegen Verlagerungen sind. Dies erlaubt es, ein deutlich breiteres Spektrum von Anwendungen für solche Getriebe zu erschließen. In einem Teil der geplanten Untersuchungen wird daher das in einem vorangegangenen DFG-Projekt für nichtkonjugierte Evolventenräder in beliebigen Achslagen mit Achswinkeln bis etwa 20° entwickelte Auslegungsverfahren auf Kegelräder übertragen. Das durch eine analytisch beschreibbare Verzahnungsgeometrie definierte, in Lage und bis zur vollen Größe einstellbare Tragbild ermöglicht die gezielte Kompensation von Flankenverlagerungen. Dies führt zu Flankengeometrien, die konventionell kaum oder gar nicht hergestellt werden können. Demgegenüber ermöglicht die additive Fertigung die Erzeugung komplexer Freiformen und somit die Herstellung dieser verlagerungsunempfindlichen Zahnformen. Nachteilig ist aber die notwendige Feinbearbeitung aufgrund der unzureichenden Oberflächenqualität. Konventionelle Schleifverfahren sind für diese komplexen Zahnformen in der Regel fertigungstechnisch nicht anwendbar. Aufbauend auf in Voruntersuchungen zum Läppen additiv gefertigter Zahnradpaare wird in einem weiteren Teil der geplanten Untersuchungen eine Prozesskette zur Erzeugung von komplexen Zahnformen mit ausreichender Genauigkeit erarbeitet. Dies ermöglicht mit additiver Fertigung und gezielter Feinbearbeitung zur Erzielung der ausgelegten Flankengeometrie die Erzeugung der verlagerungsunempfindlichen Kegelradpaare. Durch die Kombination dieser beiden Untersuchungen (d.h. AM-basierte Formoptimierung und gezielte Feinbearbeitung zur Erzielung einer idealen Oberflächenqualität) kann eine Auslegungs- und Gestaltungsrichtlinie zur Entwicklung von verlagerungsunempfindlichen Kegelrädern abgeleitet werden. Durch die gezielte Auslegung in Bezug auf Tragbildposition und -größe in Kombination mit der additiven Fertigung und einem angepassten Nachbearbeitungsverfahren kann somit eine optimale Zahnradgeometrie realisiert werden kann. Primäres Ziel des beantragten Projektes ist daher die Ableitung einer Auslegungsmethode für die Entwicklung von verlagerungsunempfindlichen Kegelrädern, deren Verzahnungsgeometrie unabhängig von konventionellen Fertigungsverfahren beschrieben werden kann. Weiterhin werden angepasste Nachbearbeitungsverfahren mit ausreichender Genauigkeit für die additive Fertigung dieser komplexen Zahngeometrien untersucht. Insgesamt soll gezeigt werden, dass additiv gefertigte komplexe Funktionsflächen mit angepassten Nachbearbeitungsverfahren generell sehr genau hergestellt werden können und eine Alternative zu heutigen Fertigungsverfahren und deren Beschränkung auf konventionell herstellbare Geometrien darstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartner: Dr.-Ing. Hans-Jörg Dennig