Methode zur Optimierung der Zahnfußtragfähigkeit einsatzgehärteter Zahnräder

Christoph Haberer

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Die Automobilindustrie ist ständig bestrebt, durch Einführung innovativer Entwicklungen das Leistungsgewicht von Zahnradgetrieben zu senken und gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit der Produktion zu steigern. Die zyklische Belastung des Zahnrades im Betrieb kann zu komplexen Schadensmechanismen führen. Der Schadensmechanismus Zahnfußbruch limitiert dabei unmittelbar die kinematische Funktion der Kraftübertragung und ist daher von besonderer Bedeutung. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die örtliche Zahnfußtragfähigkeit moderner Verzahnungen für Automobilgetriebe zu bestimmen, durch Gestaltoptimierung zu steigern, den Einfluss alternativer umformender Herstelltechnologien und der Einsatzhärtetiefe auf die örtliche Zahnfußtragfähigkeit zu charakterisieren. Dazu wurde eine Finite Elemente Simulationsmethodik für differentialgeometrisch nicht beschreibbare Zahngeometrien entwickelt, mit der es möglich ist, den Abwälzvorgang einer Zahnradpaarung auf Basis der wahren Zahnradgeometrie zu simulieren und die zeit- und ortsabhängigen Spannungen darzustellen. Die Simulationsmethodik bildet weiters die Basis für den Übertrag von Bauteilversuchen an Zahnrädern. Weiterführend wird das Simulationsmodell auch für Gestaltoptimierungen der Zahnfußform verwendet. Zur Beurteilung der Einflüsse neuer Umformtechnologien Taumelschmieden von Hypoidtellerrädern, Kaltfließpressen von Planetenrädern und Rundkneten von Getriebewellen - auf die örtliche Tragfähigkeit von Getriebebauteilen wurden umfangreiche Werkstoffuntersuchungen und Schwingfestigkeitsuntersuchungen an Proben und Zahnrädern durchgeführt. Für die Charakterisierung einsatzgehärteter Hypoidtellerräder wurden dazu im Rahmen der Arbeit neue Prüfmethodiken entwickelt und umgesetzt. Einzelne Einflüsse auf die Zahnfußtragfähigkeit von Hypoidrädern können damit in Referenzversuchen analysiert und bewertet werden. Ein Vergleich der Zahnfußtragfähigkeit umgeformter Zahnräder mit den gefrästen Serienzahnrädern zeigt bereits eine sehr gute Eignung der neuen umformenden Herstelltechnologien. Im Rahmen von Versuchen an Umlaufbiegeproben wird der Einfluss der Einsatzhärtetiefe auf die örtliche Schwingfestigkeit untersucht. Ein Modell zur Abschätzung der örtlichen Dauerfestigkeit von einsatzgehärteten Randschichten wird vorgestellt und an einer Probenvariante erprobt. Die in dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse und Methoden fließen in die Vorentwicklung neuer Getriebekomponenten ein, helfen die Tragfähigkeit der Komponenten zu optimieren und zeigen das große Potential alternativer umformender Fertigungstechnologien.
Titel in ÜbersetzungMethod for the optimization of the tooth root load carrying capacity of case hardened gear wheels
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Eichlseder, Wilfried, Beurteiler A (intern)
  • Affenzeller, Josef, Beurteiler B (extern), Externe Person
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2010

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Zahnfußtragfähigkeit
  • Optimierung von Zahnrädern
  • Zahnrad

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