Im Projekt „Gearform“ entwickelte das Fraunhofer IWU in Chemnitz gemeinsam mit Industriepartnern ein Warmwalzverfahren zur Herstellung langlebiger, großmoduliger Zahnräder. Das für das Projekt hergestellte Zahnrad hat einen Durchmesser von 500 mm und ein Modul (Zahngröße) von 9,5 mm. Damit ist es laut eigenen Angaben das größte bisher umformtechnisch hergestellte Zahnrad.
Die entwickelte Warmwalzanlage erwärmt den Walzrohling auf 1.200 °C und bringt die Verzahnung unter rotatorischer Bewegung in das Bauteil ein. Da das Volumen bei der Bearbeitung nicht reduziert wird, sind Materialeinsparungen von 20 Prozent möglich. Noch beachtlicher ist die Zeitersparnis: Der Walzprozess dauert nur sechseinhalb Minuten, das Walzfräsen im Vergleich dazu rund 60 Minuten. Beim Umformen wird der Faserverlauf des Materials nicht getrennt, sondern lediglich an die geometrische Außenkontur angepasst. Dies erhöht die Zahnfußfestigkeit und die Tragfähigkeit der Zahnflanke. Das Verfahren macht die Zahnräder sehr langlebig und damit interessant für Getriebe in Offshore-Windkraftanlagen, die besonders hohe Anforderungen an einen zuverlässigen Betrieb und geringen Wartungsbedarf stellen.
Getriebeschäden an Offshore-Windkraftanlagen sind teuer: Der Einsatz besonders standfester Zahnräder, wie sie im Projekt Gearform entwickelt werden, könnten sich da auszahlen
Höhere Versetzungsdichte im Kristallgitter
Dazu kommen umformbedingte Verfestigungseffekte wie die Beeinflussung der Versetzungsverdichtung und der Feinkornbeeinflussung: Die plastische Verformung als Folge des Warmwalzprozesses bewirkt eine deutlich höhere Versetzungsdichte im Kristallgitter des Metalls, wodurch dessen Festigkeit und Härte gesteigert werden. Gleichzeitig führt eine Kornfeinung zu mehr Zähigkeit des Materials. Ebenfalls dem Härten dient eine anschließende Wärmebehandlung. Durch Schleifen erhalten die Oberflächen des Zahnrads schließlich ihre endgültige Kontur.
Industriepartner
Das Projekt „Gearform: Energie- und ressourceneffiziente Umformung großmoduliger Zahnräder“ wurde aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert. Projektpartner sind neben dem Fraunhofer IWU (Koordination) die Firmen: EMA-TEC GmbH, Härterei Reese Chemnitz GmbH & Co.KG, Dreiling Maschinenbau GmbH, Flender GmbH.
Quelle: Fraunhofer IWU
