Inline-Festwalzen zur Erhöhung der Zahnfußtragfähigkeit

Das Leistungsvermögen von Getrieben wird maßgeblich durch die Zahnfußtragfähigkeit der verbauten Zahnräder begrenzt. Zur Verbesserung der Tragfähigkeit werden die Zahnräder heutzutage häufig in einem letzten Bearbeitungsschritt kugelgestrahlt. Hierbei erfährt der Werkstoff eine plastische Verformung in der Bauteilrandzone, was zu einer Kaltverfestigung und zur Ausbildung von Druckeigenspannungen unterhalb der Werkstückoberfläche führt. Hieraus resultieren eine Senkung der effektiv wirkenden Lastspannungen und eine signifikante Reduzierung der Risswachstumsgeschwindigkeit.

Demgegenüber hat sich insbesondere an rotationssymmetrischen Bauteilen das Festwalzen als Endbearbeitungsverfahren bewährt. Wesentlicher Vorteil des Festwalzens ist die größere Tiefenwirkung der Verfestigungsmechanismen, womit in der Regel höhere Belastungstoleranzen einhergehen.

Durch ein neu entwickeltes Inline-Festwalzwerkzeug können diese positiven Effekte auch für die Zahnradfertigung zugänglich gemacht werden. Auf der Basis von hintereinander angeordneten (englisch: „in line“) Hartmetallrollen erfolgt eine festwalztechnische Bearbeitung im Zahnfuß.

Röntgenographische Eigenspannungsuntersuchungen in der Region der 30°- Tangente belegen eine Erhöhung des Druckeigenspannungsmaximums um nahezu 200 %, die mit dem Inline-Festwalzen gegenüber dem Kugelstrahlen erreicht wird. Die Versuche zur Ermittlung der Zahnfußtragfähigkeiten an einem hochfrequenten Resonanzprüfstand bestätigen die vorteilhafte Wirkung der Druckeigenspannungen auf die Lebensdauer: Die festgewalzten Zahnfußbereiche erdulden ein etwa 12,5 % höheres Lastniveau in Relation zu den kugelgestrahlten Zahnradvarianten.
Ergänzende simulative Arbeiten innerhalb der Ausarbeitung zeigen Optimierungspotenziale auf.