Leistungsfähigere Zahnräder für zuverlässige Getriebe in Windkraftanlagen – mit »GEARFORM«

Getriebeschäden an Offshore-Windkraftanlagen sind teuer – der Einsatz besonders standfester Zahnräder wie in GEARFORM entwickelt zahlt sich aus
© Fraunhofer IWU

500 Millimeter Durchmesser: größtes bisher umformtechnisch hergestelltes Zahnrad.

Zahnradschäden an Offshore-Windkraftanlagen zu beheben ist sehr teuer. Stehen die Anlagen wegen defekter Getriebe still, ist eine Reparatur oft nur unter Einsatz von Spezialkränen möglich – hoher Wellengang, kräftige Winde und schlechte Sichtverhältnisse können Einsatzteams behindern und die Stillstandszeiten weiter verlängern. Im Projekt GEARFORM entwickelte das Fraunhofer IWU daher gemeinsam mit Industriepartnern ein Warmwalzverfahren zur Herstellung langlebiger, großmoduliger Zahnräder. Gegenüber dem Wälzfräsen kann dieses Verfahren zusätzlich mit besonders hohem Materialnutzungsgrad und erheblich kürzeren Fertigungszeiten punkten.

Mit einem Durchmesser von 500 Millimetern und einem Modul (Zahngröße) von 9,5 Millimetern ist das für das Projekt GEARFORM gefertigte Zahnrad das größte bisher umformtechnisch hergestellte Zahnrad. Dazu fertigten die Projektpartner eigens eine Warmwalzanlage, die den Walzrohling auf 1200 Grad erwärmt und die Verzahnung unter rotatorischer Bewegung in das Bauteil einbringt. In diesem Umformprozess entstehen keine Späne; da das Volumen bei der Bearbeitung nicht reduziert wird (Volumenkonstanz), lassen sich immerhin 20 Prozent Material einsparen. Noch beeindruckender ist die Zeitersparnis. Sechseinhalb Minuten dauert der Walzprozess, etwa 60 Minuten würde das Wälzfräsen in Anspruch nehmen.

Herausragende Produkteigenschaften

Auf die Langlebigkeit eines Zahnrads wirkt sich das Warmwalzen besonders positiv aus. Beim Umformen wird der Faserverlauf des Materials nicht getrennt, sondern lediglich an die geometrische Außenkontur angepasst. Dies erhöht sowohl die Zahnfußfestigkeit (unterer Bereich der Verzahnung) als auch die Tragfähigkeit der Zahnflanke (Kontaktbereich mit anderen Zahnrädern) . Dazu kommen umformbedingte Verfestigungseffekte wie die Beeinflussung der Versetzungsverdichtung und der Feinkornbeeinflussung: Die plastische Verformung als Folge des Warmwalzprozesses bewirkt eine deutlich höhere Versetzungsdichte im Kristallgitter des Metalls, wodurch dessen Festigkeit und Härte gesteigert werden. Gleichzeitig führt eine Kornfeinung zu mehr Zähigkeit des Materials. Ebenfalls dem Härten dient eine anschließende Wärmebehandlung; durch eine zerspanende Bearbeitung (Schleifen) erhalten Oberflächen des Zahnrads schließlich ihre endgültige Kontur.

Das Projekt »GEARFORM: Energie- und ressourceneffiziente Umformung großmoduliger Zahnräder« wurde aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert. Projektpartner sind neben dem Fraunhofer IWU (Koordination) die Firmen: EMA-TEC GmbH, Härterei Reese Chemnitz GmbH & Co.KG, Dreiling Maschinenbau GmbH, Flender GmbH.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Mike Lahl
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
Abt. Präzisionsverfahren
Reichenhainer Str. 88
09126 Chemnitz
mike.lahl@iwu.fraunhofer.de
+49 371 5397-1350

Video: Das Warmwalzverfahren verbindet einen hohen Materialnutzungsgrad mit kurzen Fertigungszeiten

 

Originalpublikation:

https://www.iwu.fraunhofer.de/de/presse-und-medien/presseinformationen/2024-Gear…

Media Contact

Andreas Hemmerle Presse und Medien
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

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