Erarbeitung eines grundlegenden Verständnisses zum Fließpressen betriebsangepasster Verzahnungen für den Einsatz in der Materialpaarung Metall-Kunststoff

Abstract

Zahnräder stellen integrale und unverzichtbare Maschinenelemente dar. Für Anwendungen im niedrigen und mittleren Leistungsbereich ist der Einsatz trockenlaufender Zahnradgetriebe der Materialpaarung Metall-Kunststoff vielversprechend, da die spezifischen Vorteile beider Werkstoffe kombiniert werden. Im Betrieb tritt allerdings Verschleiß auf, wodurch die Einhaltung der funktionsrelevanten Toleranzen und die Lebensdauer des Getriebes begrenzt werden. Innerhalb der Paarung beeinflussen die Eigenschaften des metallischen Partners das Verschleißverhalten wesentlich, weshalb dessen fertigungsbedingten Bauteileigenschaften eine entscheidende Bedeutung zukommt. Vor diesem Hintergrund bietet der Einsatz des Kaltfließpressens zur Verzahnungsherstellung Potential aufgrund kurzer Prozesszeiten, einer hohen Materialeffizienz sowie guten erzielbaren mechanische Eigenschaften und einer hohen resultierenden Oberflächengüte. Herausforderungen sind allerdings die geringe Verzahnungsgenauigkeit sowie eine hohe Werkzeugbeanspruchung. Um das Einsatzpotential fließgepresster Zahnräder in der Materialpaarung Metall-Kunststoff zu steigern und den Verschleiß zu reduzieren, wird in dieser Arbeit ein grundlegendes Verständnis zur betriebsangepassten Herstellung erarbeitet. Dies beinhaltet die Ermittlung von Einflussgrößen der metallischen Verzahnung auf das Verschleißverhalten sowie die Identifikation der auftretenden Verschleißmechanismen. Des Weiteren werden Maßnahmen zum Fließpressen einsatzfertiger Verzahnungen erforscht. Hierzu werden Einflussgrößen auf die Prozess- und Bauteileigenschaften sowie die zugrundeliegenden Wirkzusammenhänge ermittelt. Aufbauend darauf werden Stellhebel zur systematischen Beeinflussung der umforminduzierten Bauteileigenschaften der fließgepressten Verzahnungen entwickelt. Abschließend werden anwendungsgerechte Empfehlungen zur Herstellung betriebsangepasster, einsatzfertiger metallischer Zahnräder für die Materialpaarung Metall-Kunststoff durch Kaltfließpressen abgeleitet.