InnoZ - Innovative Herstellungstechnologien für Zahnräder und Welle-Nabe-Verbindungen

Abstract

Für die künftige Herstellung von Flugzeug-Getriebeteilen wurden verschiedene technologische Lösungen zur kosteneffizienten und nachhaltigen Produktion entwickelt. Eine laserbasierte Fügetechnik für hochfeste Welle-Nabe-Verbindungen in Luftfahrtsteuerungsgetrieben unter Verwendung gesinterter bzw. 3D-gedruckter Zahnräder würde erarbeitet und an Musterbauteilen validiert. Anhand von bauteilspezifischen Ermüdungstests wurden Belastungskennwerte für die zyklische Beanspruchbarkeit der Schweißverbindung in Anhängigkeit von den Herstellungsverfahren der Halbzeuge (Sintern / AM) ermittelt. Eine Analyse zur Vermeidung auftretender Fehler bei der Wärmebehandlung von Zahnrädern durch mangelhafte Reinheit der Oberflächen wurde durchgeführt, unter Einbeziehung verschiedener Reinigungsverfahren. Grundlagenuntersuchungen für die Verzahnungsherstellung in Luftfahrtmaterialien über PEM-Verfahren und Wälzschälen wurden durchgeführt. Die Arbeit untersucht die Eignung der pulsierten elektrochemischen Metallbearbeitung (PECM) zur Herstellung von Verzahnungen an hochfesten Luftfahrtwerkstoffen. Dabei wurden sieben Werkstoffe charakterisiert und die Abtragvorrichtung entwickelt. Alle Werkstoffe sind grundsätzlich mit PECM bearbeitbar, jedoch bestehen materialspezifische Unterschiede. Weiterhin wurden simulationsgestützte Wälzschälprozesse und Werkzeugkonzepte für die Verzahnungsbearbeitung von hochfestem 300M-Stahl entwickelt und experimentell validiert, einschließlich eines Schnittkraftmodells. Die Ergebnisse zeigen, dass Trockenbearbeitung gegenüber dem Einsatz von KSS vorteilhaft ist. Zudem wurden Werkzeuggeometrie und - ausrichtung, insbesondere Profilverschiebung und Freiwinkel, als wesentliche Einflussgrößen zur Reduzierung von Schnittkräften und Werkzeugbelastung identifiziert. Optimierte Hartmetallwerkzeuge sowie reduzierte Schnittanzahlen ermöglichen dabei Standwege >16m und verkürzte Bearbeitungszeiten bei vergleichbarem Verschleißverhalten und bilden eine Grundlage für eine industrielle Anwendung.