Energieeffiziente Prozessketten für Getriebekomponenten - Beitrag zur Steigerung der Energieeffizienz

Im Bereich der Personenkraftwagen ist die Verwendung von Hohlwellen weitestgehend Stand der Technik. Ein bekannter und häufig Anwendung findender Verfahrensablauf sieht für die Herstellung einer Hohlwelle grundsätzlich zwei Verfahrensschritte vor. In der ersten Bearbeitungsstufe wird ein massives Ausgangsmaterial durch eine Umformoperation (Schmieden, Querwalzen, Fließpressen) in einen Grundkörper überführt. In einer Folgeoperation wird dieser mit einer zentrischen Bohrung versehen. Hierbei kommen hauptsächlich spanabhebende Verfahren, wie das Tieflochbohren zum Einsatz. Besonders nachteilig bei dieser Verfahrenskombination ist der hohe, nicht zur Wertschöpfung beitragende Materialanteil, der in Form von Spänen (bis 30%) anfällt. Die Fertigung von Laufverzahnungen erfordert mehrere Fertigungsoperationen. Nach erfolgter Weichvorbearbeitung und anschließender Wärmebehandlung folgt eine Hartfeinbearbeitung der Zahnflanken. Die Weichbearbeitung wird derzeit von dem spanenden Verfahren Wälzfräsen dominiert. Eine umformende Herstellung von Verzahnungen blieb bisher auf die Fertigung so genannter Steckverzahnungen beschränkt. Laufverzahnungen mit Zahnhöhenfaktoren größer 2 galten als walztechnisch nicht realisierbar. Am Fraunhofer IWU Chemnitz konnten in intensiven Forschungsarbeiten Hochverzahnungen für Getriebeanwendungen im Pkw-Bereich walztechnisch erzeugt werden und somit Grenzen der umformtechnischen Herstellung von Verzahnungen signifikant erweitert werden. In dem vorliegenden Förderprojekt konnte eine neuartige Fertigungsstrategie zur umformenden Herstellung von Getriebehohlwellen entwickelt werden, die der Forderung nach effizienten Fertigungsmethoden in einem hohen Maße gerecht wird und gleichzeitig zur konsequenten Reduzierung des Bauteilgewichtes im automobilen Antriebsstrang beiträgt. Ermöglicht wird dies durch eine Fertigungsroute, die zur Herstellung der Hohlform erstmalig auf das umformende Fertigungsverfahren Bohrungsdrücken setzt und somit den hohen Materialverlust von über 30% bei dem bisher notwendigen Tieflochbohren eliminiert. Das Bohrungsdrücken ist ein inkrementelles Umformverfahren zur wirtschaftlichen und ressourceneffizienten Fertigung von Hohlwellen und bietet darüber hinaus durch den weitgehenden Verzicht auf zusätzliche Schmier- und Trennmittel ein enormes Einsparpotenzial sowie eine hohe Umweltverträglichkeit. Das am Fraunhofer IWU zum Einsatz kommende Verzahnungswalzen, zählt zu den abwälzenden Querwalzverfahren mit außenverzahnten, runden Werkzeugen. Hierbei wird der Umformvorgang durch eine Achsabstandreduzierung zwischen zwei symmetrisch ausgebildeten und synchron laufenden Walzwerkzeugen eingeleitet. Vorteile des Verzahnungswalzens gegenüber dem zerspanenden Wälzfräsen sind die optimale Materialausnutzung, der Wegfall der umweltbelastenden Späneentsorgung, die signifikante Prozesszeitreduzierung (bis zu 50%) sowie die verbesserten Bauteileigenschaften (Zahnfußfestigkeiten, Tragfähigkeiten) der Verzahnungen. Die umformtechnisch bedingten Eigenschaften führen bei umgeformten Verzahnungen demzufolge zu einer höheren dynamischen Belastbarkeit.