TECHNOLOGIE UND WISSENSCHAFT
Bild 2: Relatives
Leichtbaupotenzial
von Hochleistungszahnrädern
in Bezug
auf
die realisierbare
Verzahnungsbreite
unter
Einhaltung
einer
Mindest-
Grübchensicherheit
SHmin = 1,2 und einer Mindest-
Zahnfußsicherheit
SFmin = 1,4 1
Neben
der Betrachtung
des Lebenszyklus
unter
den Gesichtspunkten
Ressourceneffizienz
und CO2-Bilanz
sowie
der Identifizierung
von Innovationshemmnissen
durch einen
zu geringen
Wissenstransfer
und einer
bislang
zu geringen
Umsetzungsbereitschaft
neuer
Technologien
in einer
sehr stark arbeitsteiligen
Prozesskette,
waren
neuartige
Werkstoffkonzepte
und
Fertigungstechniken
die zentralen
Themen
der vorgestellten
Projekte,
die folgend
beispielhaft
adressiert
werden.
Die Leistungsfähigkeit
von Zahnrädern
kann durch angepasste
Werkstoffe
und Wärmebehandlungen
gesteigert
werden
(Bild
2). Im Forschungsverbund
wurden
hierfür
verschiedene
Ansätze
verfolgt
1.
• Einsatz
eines
Hochleistungsstahls
M50NiL in Verbindung
mit
einer
Wärmebehandlung
bestehend
aus einem
Einsatzhärten
(Aufkohlen)
mit anschließendem
mehrfachem
Anlassen
und Tiefkühlen
sowie
einem
Plasmanitrieren
zur weiteren
Erhöhung
der Randschichthärte
und zum Einbringen
erhöhter
Druckeigenspannungen
• Leistungssteigerung
der Flankentragfähigkeit
aufgrund
einer
gesteigerten
Oberflächenhärte
durch die Kombination
des Borierens
mit einer
nachträglichen
induktiven
Randschichthärtung
• Entwicklung
eines
mikrolegierten
Einsatzstahls
auf Basis
des Stahls 18CrNiMo7-6 und Anpassung
des Einsatzhärtens
(Carbonitrieren)
zur Steigerung
der Zahnradtragfähigkeit
Im Zuge
der Auslegung
eines
neuartig
konzipierten
Kolbenbolzens
mit
spiralförmiger
Innengeometrie
erfolgte
zunächst
eine
Sensitivitätsanalyse
zur Bestimmung
des Einflusses
der Parameter
der Innenkonturierung
auf die statische
Festigkeit,
Steifigkeit
und Bauteilgewicht
Bild 3: Kolbenbolzen mit spiralförmiger Innengeometrie 2
(Bild 3). Dabei
wurde
festgestellt,
dass ein Kolbenbolzen
mit angepassten
Parametern
der spiralförmigen
Innengeometrie
diese
funktionalen
Anforderungen
mit einem
um etwa
4 bis 8 Prozent
reduzierten
Bauteilgewicht
erfüllen
kann. Auf Basis
dieser
Ergebnisse
wurde
eine
optimierte
Innenkonturierung
ausgelegt,
welche
ein reduziertes
Bauteilgewicht
mit einer
gleichbleibenden
Steifigkeit
kombiniert
2.
Für die Herstellung
geschmiedeter
Radnaben
in Hybridbauweise
kann das Verbundschmieden
genutzt
werden,
um Bauteile
aus mehreren
Werkstoffen
effizient
durch das Kombinieren
der Prozessschritte
„Formgebung“
und „Fügen“
herzustellen
(Bild 4). Das sich unterscheidende
Fließverhalten
unterschiedlicher
Materialien
der Rohteile
ist hierbei
die zu bewältigende
Herausforderung.
Im Rahmen
des Forschungsvorhabens
wurden
Stahl-Aluminium-
Radnaben
aus den Werkstoffen
C60 und
EN AW 6182 sowie
Stahl-Stahl-Radnaben
aus den Vergütungsstählen
30CrNiMo8 und C60 hergestellt
3.
„Mit der Veranstaltung
und den zur Verfügung
stehenden
Berichten
zu den Teilprojekten
wird die Umsetzung
der Ergebnisse
in die Industrie
gefördert,
um den Standort
Deutschland in der
Wertschöpfungskette,
sprich die Unternehmen
der Stahlherstellung,
der Massivumformung
und deren
Kunden
zu stärken.
Wichtig
ist, dass die Bedeutung
des Werkstoffs
Stahl durch die
Ergebnisse
in Sachen
Leichtbau
für Bauteile
der Massivumformung
weiter
gefestigt
wird“, erklärt
Professor
Hans-Werner
Zoch, Geschäftsführender
Direktor
des am Projekt
beteiligten
Leibniz-
Instituts
für Werkstofforientierte
Technologien
(IWT)
und Professor
für Werkstofftechnik
an der Universität
Bremen
sowie Sprecher
des Forschungsverbunds.
52 massivUMFORMUNG | MÄRZ 2019