Einflussuntersuchung von anisotropem Materialverhalten auf die Verzahnungsanregung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Welf-Guntram Drossel; Professor Dr.-Ing. Berthold Schlecht
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Akustik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273223221

Bei den Getriebeherstellern besitzt die Akustikoptimierung erhebliche Priorität. Aufgrund Umweltschutzvorgaben und Komfortanforderungen ist es notwendig, enge Grenzwerte einzuhalten, was insbesondere bei Leichtbaugetrieben eine differenzierte Optimierung erfordert. Ein wesentlicher Ansatz ist hierfür die Verringerung der Anregung im Zahneingriff durch neue Fertigungstechnologien, mit welchen ideale Werkstoffparameter und Bauteileigenschaften sowie bessere Tragfähigkeiten erreicht werden können. Dazu werden in diesem Vorhaben die Effekte aus der Verzahnungsherstellung mittels generativem Laserstrahlschmelzen und Verzahnungswalzen detailliert untersucht.Das Walzen von Verzahnungen mit evolventischen Profilen hat aktuell einen Entwicklungsstanderreicht, der den Einsatz von walzend hergestellten Laufverzahnungen in Leistungsgetrieben zulässt. Hinsichtlich des Fertigungseinflusses auf die Tragfähigkeit belegen Literaturangaben und eigene Untersuchungen die höhere Biege- und Dauerfestigkeit gewalzter Verzahnungen gegenüber spanend hergestellter Verzahnungen. Zur Akustik von walzend hergestellten Verzahnungen liegen kaum publizierte Erkenntnisse vor. Lediglich eine Veröffentlichung der TU München aus den 60iger Jahren dokumentiert, dass die Geräusche der Verzahnung neben anderen Einflussgrößen besonders von der Faserstruktur des Rades und der Oberflächengüte der Flanken abhängen. Weiterhin finden sich in einschlägiger Fachliteratur pauschale Aussagen zur Thematik verbesserter Laufruhe, welche jedoch nirgends belastbar hinterlegt sind und einen entsprechenden Forschungsansatz bieten.Hinsichtlich generativer Zahnradfertigung existieren bereits Erfahrungen an der beteiligten Forschungsstelle 2 mit der Erstellung von Zahnrädern aus 16MnCr5-Pulver zur Integration von Kühlkanälen in einem laufenden DFG-Vorhaben. Darüber hinaus bietet dieses Herstellungsverfahren Potential für spezielle Radkörpergeometrien, die aus akustischer oder auch aus leichtbautechnischer Sicht relevant sind.Im Fokus dieses Vorhabens liegt der wissenschaftliche Nachweis einer Verbesserung des Geräuschverhaltens durch fertigungsbedingte Eigenschaftsänderungen generativen oder gewalzten gegenüber spanend hergestellten Verzahnungen bei gleicher Geometrie. Im Rahmen dieses Vorhabens soll der Nachweis der Eigenschaftsänderung durch intensive Grundlagenforschungen zu den kausalen Verknüpfungen innerhalb der Herstellprozesskette erbracht werden. Dabei sind die Wirkzusammenhänge auf mikroskopischer und makroskopischer Detailebene der Werkstoffeigenschaften zu erfassen und in einem Berechnungsmodell zu integrieren. Dieses Modell soll als Prognosetool für die zu erwartende Zahnanregung unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Materialeigenschaften fungieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen