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Massiver Leichtbau TP 2 - Intelligenter Leichtbau durch Mehrkomponentenverfahren

Status laufend
Ziele

1. Gewichtsreduzierung bei Antriebskomponenten durch Mehrkomponentenverfahren
Im Rahmen des Projektes werden praxistaugliche Fertigungskonzepte zum Fügen von massiv umgeformten Bauteilen mit Bauteilen alternativer Fertigungsmethoden am Beispiel mehrteiliger Zahnräder untersucht. Das angestrebte Leichtbaupotenzial liegt zum einen in der Reduzierung der Zahnradbreite, welche durch eine höhere Werkstoffgüte des Zahnkranzmaterials ermöglicht wird und zum anderen im belastungsgerechten Leichtbau des Zahnradkörpers. Durch den Mehrkomponenten-Leichtbau sollen sich neue Einsatzfelder für massivumgeformte Bauteile ergeben.
Durch umfangreiche Untersuchungen zum Funktionsverhalten und zur Lebensdauer gebauter Mehrkomponenten-Zahnräder wird eine Wissensbasis geschaffen, auf deren Grundlage Auslegungsrichtlinien abgeleitet werden können. Diese dienen als Unterstützung bei der Gestaltung derartiger Zahnräder für verschiedenste Anwendungen. Gleichzeitig können die an dem Bauteil Zahnrad gewonnenen Erfahrungen als Grundlage zur Übertragung des Mehrkomponenten-Leichtbaukonzeptes mit massiv umgeformten Teilkomponenten auf weitere Bauteile dienen.

2. Umformtechnisches Fügen
Im Rahmen dieser Untersuchungen soll ein einsatzgehärteter Zahnkranz bestehend aus den in TP1 entwickelten Carbonitrierstählen verwendet werden und bei der umformtechnischen Herstellung des Zahnradkörpers mit diesem gefügt werden. Das Verfahrensprinzip ist eine Kombination aus Napf-Rückwärts- und Napf-Vorwärts-Fließpressen.

3. Fertigung eines gewichtsoptimierten Radkörpers
Der gewichtsoptimierte Radkörper wird in diesem Projekt sowohl als Tiefziehteil als auch als gestapeltes Blechbauteil gefertigt. In beiden Fällen werden besondere Anforderungen an die Fügeflächen zur Kraftübertragung zwischen Radkörper/Welle und Radkörper/Zahnkranz gestellt, um sowohl tangentiale als auch axiale Kräfte zuverlässig zu übertragen.

4. Werkstoffe, Wärmebehandlung und thermisches Fügen der Zahnkränze
Hier werden verschiedene Hauptuntersuchungspunkte betrachtet, die sich im Wesentlichen auf die Maß- und Formänderungen dünnwandiger Zahnkränze beziehen bzw. das Fügen durch die während der Wärmebehandlung ablaufenden thermisch bedingten Maßänderungen betrachten.
• Maß- und Formänderungen dünnwandiger einsatzgehärteter Ringe und Zahnkränze
• Einfluss des Grundwerkstoffs und des Kalibriervorgangs beim Schmieden auf die Maß- und Formänderungen von gefügten Zahnrädern
• Thermisches Fügen von Zahnkränzen beim Einsatzhärten aus der Ofenwärme und Maß- und Formänderungen des gefügten Zahnrades
• Thermisches Fügen von einsatzgehärteten Zahnkränzen beim Anlassen und Maß- und Formänderungen des gefügten Zahnrades

5. Verzahnungsauslegung und Prüfung des Funktionsverhaltens von gebauten Zahnrädern
Es werden unterschiedliche Varianten von gebauten umformtechnisch bzw. thermisch gefügten Zahnrädern hinsichtlich ihres Funktionsverhaltens und ihrer Lebensdauer geprüft. Hierzu werden Tragfähigkeitsuntersuchungen im Laufversuch durchgeführt. Diese werden durch statische Versuche zur Ermittlung einer statisch maximal ertragbaren Last ergänzt. Für die Untersuchungen wird eine Versuchsverzahnung ausgelegt, die es erlaubt, ähnliche Lastverteilungen wie in einem PKW-Getriebe auf einem FZG-Verspannungsprüfstand nachzustellen.


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