(P 1056 / IGF-Nr. 18189 N) FZG, IWT, IFU, UTG

Das Teilprojekt 2 des durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) und das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geforderten Gemeinschaftsvorhabens „massiverLEICHTBAU“ wird als Verbund-Forschungsvorhaben unter der Leitung der Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau (FZG) der Technischen Universität München (TUM) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Umformtechnik (IFU) der Universität Stuttgart, der Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT) und dem Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen (utg) der TU München bearbeitet.

Das Gewicht von Antriebsstrangbauteilen wurde kontinuierlich durch eine beanspruchungsgerechte Konstruktion und die dadurch ermöglichte Einsparung von Material in niedrig belasteten Bereichen reduziert. Mit konsequenter Erhöhung der Leistungsdichte und der damit verbundenen Gewichtsreduktion besteht für den intelligenten Leichtbau von Antriebsstrangkomponenten in der Zukunft weiteres Potenzial. Besonders Potential bietet dabei eine ganzheitliche Betrachtung der konstruktiven Ausführung des Bauteils, des Werkstoffs, der Wärmebehandlung sowie der eingesetzten Fertigungs- und Fügeverfahren. Durch Kombination verschiedener Fertigungsverfahren und Werkstoffe werden die unterschiedlichen Anforderungen verschiedener Bauteilbereiche gezielt erfüllt. Damit wird ein belastungsgerechter und kostengünstiger Leichtbau ermöglicht.

Auf Basis der Mehrkomponentenbauweise werden Lösungen erarbeitet, um massive Einzelkomponenten in Gesamtstrukturen einzubinden. So ergeben sich durch höherfeste Bauteile aus Stählen mit gesteigerter Beanspruchbarkeit und optimierten Wärmebehandlungsoperationen zusätzliche Einsatzfelder für umformtechnisch hergestellte Bauteile. Hohe Leistungsdichte und geringeres Bauteilgewicht werden bei derart gebauten Zahnrädern durch den Einsatz eines hochfesten Stahls für einen Zahnkranz mit der hochbelasteten Verzahnung erreicht, der mit einem Radkörper in Leichtbauweise kombiniert wird. Der Radkörper kann aus höchstfesten Blechwerkstoffen mit sehr geringem Gewicht hergestellt werden. Durch Tiefziehen werden dabei sehr leichte Radkörper mit dünnen Wandstärken erreicht. Darüber hinaus wird beim Paketieren von Blechzuschnitten eine Gewichtseinsparung durch eine beanspruchungsgerechte Auslegung der Speichenform erzielt (utg). Die umformtechnische Herstellung von Radkörpern erlaubt gleichzeitig das form- und/oder reibschlüssige Fügen von Zahnkranz, Radkörper und Welle und ermöglicht so eine kompakte, gewichtsoptimierte Bauweise (IFU). Das thermische Fügen eines Presssitzes zwischen einsatzgehärtetem Zahnkranz und Radkörper kann effizient durch gezielte Ausnutzung von Temperaturdifferenzen unmittelbar beim Abschrecken erfolgen (IWT). Ausgewählte Prototypen werden hinsichtlich Funktionsverhalten und Haltbarkeit untersucht (FZG).

Der Vorteil einer so gebauten Konstruktion (differenzielle Bauweise) gegenüber einer Integralbauweise liegt in der Kombinierbarkeit optimierter Verfahren zur Erzeugung von beanspruchungsgerecht ausgelegten Einzelkomponenten. Die einzelteilbezogenen Verfahren erlauben hierbei eine Optimierung der jeweiligen Prozesse, ohne eine ungewollte Beeinflussung der anderen Komponenten durch beispielsweise eine ganzheitliche Wärmebehandlung zu bewirken.

Die so gewonnenen Erkenntnisse im Bereich der Werkstoffauswahl, der Fertigungstechnik und des Funktions- und Lebensdauerverhaltens tragen zu einem vertieften Verständnis von gebauten Zahnrädern bei und dienen als Unterstützung sowie Auslegungsrichtlinien bei der Gestaltung derartiger Zahnräder für verschiedenste Anwendungen.