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Walztechnik für Großzahnräder - PLANUNG & SUPPORT - ib-konkret

Walztechnik für Großzahnräder

Walztechnik für Großzahnräder

Bisher ist die Herstellung von großen Zahnrädern für den Einsatz in Windrädern oder Schiffsantrieben aufwendig. Das wollen Wissenschaftler nun ändern und entwickeln für Zahnräder mit einem Durchmesser von bis zu einem Meter ein neues Walzverfahren. Mit diesem Warmumformverfahren soll die sogenannte Vorverzahnung der Räder ressourcenschonender und energiesparender werden.

Die neue Anlage soll die gewünschte Zahnradkontur in das vorgewärmte Werkstück einbringen. Die Entwickler wollen mit dem im Projekt eingesetzten Umformverfahren bis zu 15 Prozent des für die Herstellung benötigten Materials einsparen. Dank einer deutlich verkürzten Fertigungszeit erwarten sie zudem einen geringeren Energiebedarf. Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU koordiniert das Projekt, weitere Forschungspartner sind der Getriebe-Hersteller für Windkraftanlagen Moventas, der Induktionstechnik-Spezialist SMS Elotherm, die Härterei Reese und die Dreiling Maschinenbau.

Mit Querwalzen Verzahnungen herstellen: Das gemeinsame Ziel ist es, das Querwalzen mit Rundrollenwerkzeugen zum Vorverzahnen von großen Zahnrädern als Warmumform-Verfahren weiterzuentwickeln. Beim Walzen von Verzahnungen nach diesem Prinzip werden zwei außenverzahnte Rundrollen-Werkzeuge eingesetzt. Diese führen eine gleichsinnige Rotation aus und dringen allmählich in das ebenfalls rotierende Werkstück ein (Abb. rechts). Das Werkstückmaterial wird dabei in die Zahnlücken der Werkzeuge verdrängt. Durch diese abwälzende Kinematik wird die Verzahnung erzeugt. Das Werkstück wird vor dem Umformen erwärmt. Dadurch verringern sich die erforderlichen Kräfte und das Umformvermögen des Werkstoffes verbessert sich. Mit dem Querwalzverfahren ist es möglich, endkonturnahe Grundformen für eine nachfolgende spanende Fertigung sowie Fertigformen ohne weitere Bearbeitung herzustellen.

Große Zahnräder mit Durchmessern von 400 bis 1.000 Millimeter werden beispielsweise eingesetzt für

  • Windkraftgetriebe (Hauptantriebe, Azimut- und Pitchverstellung)
  • Bahngetriebe (Niederflurbahnen, Triebwagen, Hochgeschwindigkeitszüge)
  • Bergbautechnik (Brecher – Zerkleinerung von Stücken aus der Mine, Wasserkraftturbinen)
  • Kranbau (Drehwerksantriebe zum Positionieren von Arbeitsmaschinen)
  • Walzenpressen (Vermahlung von feinkörnigen Materialien zu gleichförmigen Körpern)
  • Kugelmühlen (Rohmaterial- und Zementvermahlung)
  • Schiffsgetriebe (Einmotoren- und Mehrmotorenschiffe, Schiffgeneratoren)
  • Dieselmotoren (Bootsmotoren)

Mit Umformverfahren lässt sich bei kurzen Prozesszeiten ein hoher Materialausnutzungsgrad erreichen. Für schrittweise ablaufende, sogenannte inkrementelle Umformverfahren, reichen zudem relativ geringe Maschinenkräfte. Dadurch ist es möglich, kompakte Umformmaschinen zu konstruieren. Das Profilwalzen mit Rundrollenwerkzeugen wird zum Beispiel zur effizienten und kostengünstigen Fertigung von Verzahnungen und Gewinden eingesetzt.

Upscaling der Umformanlage: Bei ersten Versuchen im kleineren Maßstab mit bestehender Anlagentechnik erzielte das Fraunhofer IWU bereits gute Ergebnisse (siehe Abb. rechts). Für die Anwendung im vorgesehenen Durchmesserbereich wollen die Projektbeteiligten eine entsprechend dimensionierte und für das Warmwalzen angepasste Maschinentechnik entwickeln. Sie planen bis zum Projektende im Jahr 2018 eine Versuchseinrichtung mit integrierter Erwärmungseinheit aufzubauen und erste Demonstratoren zu fertigen. Das Forschungsprojekt „GEARFORM – Energie- und ressourceneffiziente Umformung großmoduliger Zahnräder“ will die Vorteile dieser Umformtechnologie für ein erweitertes Bauteilspektrum nutzbar zu machen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das im Dezember 2014 gestartete Projekt mit mehr als 4,4 Millionen Euro.

Quelle: Beitrag stammt von „BINE Informationsdienst – Energieforschung für die Praxis“ und wurde am 19.02.2015 veröffentlicht.