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Leichtbau im Antriebsstrang von Nutzfahrzeugen durch Warmwalzprozesse von Schrägverzahnungen auf Präzisionsschmiedeteilen (Warmwalzen von Schrägverzahnungen - WWSV)

Status laufend
Ziele

1. Reduktion der Fertigungsprozesszeit beim Vorverzahnen
Im Vergleich zum Wälzfräsen als konkurrierendem Verfahren des umformenden Vorverzahnens von Schrägverzahnungen, soll eine Senkung der Einzelprozesszeit von bis zu 80% erreicht werden. Im Bereich von kleineren Modulapplikationen (mn = 2 mm) konnte in Vorversuchen eine Walzzeit von 20 Sekunden im Vergleich zur Wälzfräszeit von 90 Sekunden nachgewiesen werden.
2. Materialeinsparung an Vorformen / Senkung der Werkstoffkosten / CO2-Einsparung
Die Verringerung des Rohteildurchmessers am Walzteil, infolge der umformbedingten Volumenkonstanz gegenüber einem zerspanten Bauteil, führt zu einer Werkstoffeinsparung, die bei einer Großserie von signifikanter Bedeutung ist. Bereits bei der Herstellung der Schmiederohlinge kann dementsprechend der zugrundeliegende Materialeinsatz reduziert, Werkstoffkosten gesenkt und pro Bauteil anteilig CO2 eingespart werden.
3. Neue Werkzeug- und Spannmittelkonzepte / Eliminierung von Entgratvorgängen
Es erschließen sich die dazugehörigen Zulieferbranchen mit der Werkzeughalbzeug- und Werkzeugherstellung, der Fertigung von spezifischen Spannmitteln sowie der Konstruktion und Herstellung von Induktoren- bzw. Induktionseinheiten. Speziell beim Demonstrator D1 (Zapfen) soll der axiale Werkstofffluss während des Warmwalzens mittels axialer Klemmscheiben minimiert sowie die Materialausnutzung in Bezug auf die präzisionsgeschmiedete Vorform signifikant erhöht werden. Als Nebenprodukt dieses konstruktiven Werkzeugdesigns ergeben sich gratfreie
Stirnflächen am Demonstrator D1 nach dem umformtechnischen Vorverzahnen. Durch die im Vorhaben beteiligten Geschäftsfelder ergibt sich für die KMUs eine weitere Option zur Diversifizierung ihrer Kompetenzfelder, ggf. des Outsourcings bzw. der Ausgründung aus den Stammunternehmen.
4. Wegfall der Späne-Entsorgung
Aus den Zielen in 2. und 3. ergibt sich im Vergleich zur konventionellen Prozesskette der Herstellung von Schrägverzahnungen aus rotationssymmetrischen Präzisionsschmiedeteilen – bis auf das Verzahnungsschleifen – ein Wegfall materialintensiver Drehprozesse und der damit verbundenen umweltbelastenden Späne-Entsorgung. Aufgrund des Umformverfahrens Warmwalzen, könnte somit ein erheblicher Teil des Spanvolumens an den Präzisionsschmiedeteilen - besonders am Demonstrator D2 (Rad) eliminiert werden. Der hauptsächliche Nutzen der Projektergebnisse liegt bei den kleinen und mittleren Unternehmen des Wirtschaftszweiges Fahrzeugbau (speziell dem Nutzfahrzeugbau sowie deren Zulieferer). Voraussetzung für eine industrielle Umsetzung dieser Technologie bzw. des getriebetechnischen Einsatzes von warmgewalzten Schrägverzahnungen, ist ein erfolgreicher Nachweis der zu ermittelnden, einsatzspezifischen Bauteileigenschaften.
5. Höhere Festigkeiten / Tragfähigkeiten an den Demonstratorbauteilen
Durch die Einbringung umformtechnischer Effekte beim Warmwalzen von Schrägverzahnungen auf präzisionsgeschmiedete Vorformen, wie höhere Festigkeiten und Tragfähigkeiten, könnten perspektivisch Verzahnungen als Bauteile und somit Getriebe als Baugruppen deutlich kompakter konstruiert und gefertigt werden (Zielstellung der Dimensionsreduktion 10 bis 20 Prozent), bei gleicher oder größerer Leistungsübertragung. Dies soll mittels Prozesskettenvergleiches am Demonstrator D1 (Pulsatortests) verifiziert werden. Von diesen perspektivisch möglichen Leichtbau-Konzepten (Konstruktionsleichtbau) könnten Maschinenhersteller, Getriebehersteller und Zulieferer sowie die gesamte Automobil- und Nutzfahrzeugbranche als Anwender partizipieren. Indirekter Nutzen würde sich für die Fachgebiete Werkstoffe und Materialien ergeben, da für die nachgeschalteten Wärmebehandlungen eine weitere Anwendung erschlossen wird. Dies könnte mittelfristig zur Entwicklung neuer umformgerechter und einsatzspezifischer Werkstoffkonzepte führen. Ein direkter Nutzen ergibt sich für das Fachgebiet Produktion mit der Anwendung der Walztechnologie speziell für Unternehmen der Antriebstechnik bzw. Zulieferindustrie. Die Wirtschaftszweige Maschinenbau und Konstruktion profitieren vom Bau speziell für das Warmwalzen von Schrägverzahnungen ausgelegter bzw. nachgerüsteter Walzmaschinen.


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