Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Methode zur Berechnung der Grübchentragfähigkeit randschichtverdichteter pulvermetallurgischer Stirnradverzahnungen

Pulvermetallurgische (PM) Zahnräder bieten eine potenzialträchtige Alternative für Leistungsverzahnungen. Neben Leichtbau, können der Materialeinsatz um 50%, der Fertigungs-Energieeinsatz um 10% sowie die Kosten um 21,7% reduziert werden. Für PM Zahnräder fehlt aktuell das Wissen zur optimalen Wahl der Wärmebehandlungsparameter in Abstimmung auf das Verdichtungsprofil zur Erreichung ei-ner optimalen Zahnflankentragfähigkeit. Zur Berechnung der Grübchentragfähigkeit soll daher die numerische Simulation der Wärmebehandlung (Vorläufervorhabens FVA 788 I) zur Beschreibung der Härte- und Eigenspannungstiefenverläufe mit einer Methode zur Berechnung der Beanspruchung lokal nachverdichteter PM-Verzahnungen kombiniert und eine Methode zur Berechnung der Grübchentragfähigkeit entwickelt werden. Zur Berücksichtigung des lokalen Dichtegradienten aufgrund der Nachverdichtung und des lokalen Werkstoffgefüges wird in Grundlagenuntersuchungen der Einfluss der Dichte und des Gefüges auf die Werkstofffestigkeit untersucht. Zudem wird der experimentelle Nachweis der Tragfähigkeit der PM Zahnräder infolge experimenteller Untersuchungen am 2-Wellen-Verspannungsprüfstand erbracht, wodurch die Berechnungsmethode validiert wird.

Mit einer validierten Berechnungsmethode zur Grübchentragfähigkeit von PM Verzahnungen werden insbesondere KMUs, wie Lohnhärtereien, Werkzeughersteller und auch Anwender von PM Zahnrädern befähigt, die Grübchentragfähigkeit von PM Verzahnungen auf Basis des lokalen Dichteprofils und des Gefüges zu berechnen und ein Verständnis der Wirkmechanismen aufzubauen. Dies ermöglicht KMUs, zielorientierte Empfehlungen zur Auslegung eines auf die Einsatzhärtetiefe abgestimmten tragfähigkeitsoptimierten Dichtwalzprozesse auszusprechen, wodurch ein Wettbewerbsvorteil entsteht. Darüber hinaus werden in diesem Vorhaben Prüfverfahren auf ihre Eignung untersucht, sodass ebenso Prüflabore und Lieferanten von Messgeräten, die üblicherweise KMU sind, von dem Vorhaben profitieren.