Maß- und Formänderungen von Leichtbauzahnrädern II

Im Rahmen des Projektes sollte die im Vorgängerprojekt (17995 N) entwickelte Methode zur Ableitung der Verkippungs-ISO-Linien bei gewichtsreduzierten Zahnradgrundkörpern anhand eines exemplarischen Beispiels aus der Teilegruppe „Zahnräder mit langer Nabe und Versatz zwischen Zahnkranz und Nabe“ in die Praxis überführt werden. Im Detail waren folgende Fragestellungen zu beantworten:

1. Können die numerischen Untersuchungen auch bei einem realen Zahnrad unter Vernachlässigung der Verzahnung mit einem 2D-Modell (deutlich geringere Reichenzeit) durchgeführt werden, da die Verzahnung einen vernachlässigbaren Einfluss auf den Grundkörperverzug hat?
2. Wie sensitiv sind die Verkippungen von Zahnkopf und Zahnrad für Variationen der Härtbarkeit und des Kohlenstoffprofils?
3. Wie muss die Umwandlungsmodellierung modifiziert werden, um mindestens die korrekten Trends der Maß- und Formänderungen vorhersagen zu können?
4. Können für komplexere Zahnräder mit asymmetrischer Massenverteilung Isolinien-Darstellungen der Verkippungen aus Regressions-Analysen von Simulationen gewonnen werden?
5. Wie groß ist das Kompensationspotential der geometrischen Gestaltung der Querschnittsübergänge für die Verkippungen?

Zur Beantwortung dieser Fragen wurde durch systematische Geometrievariationen untersucht, welche Auswirkungen Gewichtsreduzierungen eines Vorgelegerads auf die Maß- und Formänderungen nach dem Einsatzhärten haben. Diese Arbeiten wurden in enger Verknüpfung von experimentellen und numerischen Untersuchungen durchgeführt. Auf der experimentellen Seite wurden neben geometrischen Aspekten auch der Einfluss der Größen Fertigungseigenspannungen, Härtbarkeit, C-Profil und Abkühlprozess untersucht. Zur Klärung der Frage, ob auch in diesem Projekt die Simulationen mit axialsymmetrischen 2D-Modellen durchgeführt werden können oder ob hier aufgrund eines expliziten Einflusses der Verzahnung 3D-Simulationen durchgeführt werden müssen, wurden vergleichende Untersuchungen zwischen gewichtsreduzierten Zahnrädern mit und ohne Verzahnung durchgeführt. Zur Vorbereitung der numerischen Untersuchungen wurden Arbeiten zur Ermittlung des temperatur- und ortsabhängigen Wärmeübergangskoeffizienten (WÜK) und des Umwandlungsverhaltens durchgeführt. Ferner wurden umfangreiche Kalibrierungs- und Validierungsarbeiten durchgeführt. Im numerischen Bereich wurden zyklische Randbedingungen zur Modellierung von Schrägverzahnungen programmiert. Nach einer leider nur partiellen Validierung wurde dieses Modell in enger Kombination mit experimentellen Arbeiten für die Evaluation des Kompensationspotentials von modifizierten Querschnittsübergängen eingesetzt. Letztlich wurde es zur Erlangung eines tieferen Verständnisses der Verzugsentstehung durch die komplexen Wechselspiele von Geometrie und den thermischen und umwandlungsbedingten Dehnungen angewendet.