Untersuchungen zum Einfluss der Materialanisotropie kaltgewalzter sowie generativ gefertigter Verzahnungen auf deren dynamisches Verhalten

In der heutigen Zeit ist es wichtiger denn je, innovative energie- und materialsparende Technologien einzusetzen, um ressourceneffiziente Produkte zu entwickeln. Die Herstellung von Verzahnungen durch Kaltwalzen und selektives Laserschmelzen liefert hierzu einen erheblichen Beitrag. Das Kaltwalzen hat einen Entwicklungsstand erreicht, welcher die Fertigung von Laufverzahnungen für PKW-Getriebe prinzipiell zulässt. Bisher wurde dieses Fertigungsverfahren hauptsächlich für Komponenten von Welle-Nabe-Verbindungen angewendet. Ein wichtiger Motivationstreiber zum Umdenken in der Verzahnungsherstellung ist der Umstand, dass die bisher angewandten Zerspanungstechnologien durch erhebliche Werkstoffverluste in der Weichbearbeitung charakterisiert sind, welche abhängig von den Verzahnungsparametern bis zu 30 % betragen können. Bei der walzenden Herstellung wird der Werkstoff hingegen lediglich umgeformt. In Verbindung mit der großen Herstellungsgeschwindigkeit stellt das Kaltwalzen somit ökologisch und ökonomisch einen höchst effizienten Prozess dar. Im Geschwindigkeitskontrast dazu bietet die neuartige generative Fertigung mittels selektivem Laserschmelzen den Vorteil einer flexiblen Werkstückgestaltung und somit der Funktionsintegration - z. B. von Kühl- oder Schmierstoffkanälen direkt aus einem CAD-Programm heraus (Prototypenbau).Aus beiden innovativen Fertigungsverfahren resultieren jedoch veränderte Bauteileigenschaften, welche das Verhalten des Antriebsstrangs beeinflussen. Das DFG-Forschungsvorhaben ""Einflussuntersuchung von anisotropem Materialverhalten auf die Verzahnungsanregung"" beschäftigt sich aktuell mit der detaillierten Analyse der dynamischen Eigenschaften von Verzahnungen, die durch die genannten Verfahren gefertigt werden. Die Untersuchungen zu diesem Thema sollen den zukünftigen Einsatz der Fertigungstechnologien absichern und als Grundlagenuntersuchungen zum Verständnis der Bauteileigenschaften beitragen. Neben Laufversuchen modernen Akustik-Getriebeprüfstand werden ebenso Untersuchungen der Steifigkeit, Dämpfung, sowie die Analyse des anisotropen Werkstoffgefüges mittels Electron Backscatter Diffraction durchgeführt. Die Versuche begleitend werden numerische Modelle erstellt, welche schon im Vorfeld der Produktion eine Abschätzung der Bauteileigenschaften zulassen sollen. Die Untersuchungen zeigen, dass sich das veränderte Werkstoffgefüge sowohl auf die Steifigkeit als auch auf die innere Dämpfung der Verzahnung auswirkt.