Massivumformteile bleiben stabil und werden leichter

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Ultraleichte Hohlwellen mit serienerprobten Verfahren herstellbar

Zur Fertigung geeignet seien zum Beispiel die partielle Warmumformung sowie die Kaltumformverfahren Rundkneten und Axialformen. Die Verfahren bauten auf serienerprobten Erkenntnissen zum Rohrstauchen lokaler, rotationssymmetrischer Flanschgeometrien auf und beinhalteten die Realisierung großer Stauchvolumina mit einer engtolerierten Formgebung entweder als Fügeflansch, Fräsflansch oder direkt in Gestalt der erforderlichen Laufverzahnungen mit Feinbearbeitungsaufmaß. „Die Kombination mit Kaltumformverfahren wie Rundkneten und Axialformen ermöglicht weitere Funktionen in Netshape-Qualität“, sagte Rauschnabel.

Vorteile dieser Verfahren seien eine geringerer Materialeinsatz, eine stufenarme Umformung und eine verringerte Bearbeitungszeit. Beim Vorformen der Verzahnungen kämen weiter reduzierte Einsatzmassen und Zerspanungszeiten sowie ein erhöhtes Leichtbaupotenzial infolge höherer Zahnfuß-Dauerfestigkeit hinzu.

Insgesamt seien mit dem Rohrstauchen deutliche Einsparungen möglich: Zwar sei das Rohrhalbzeug im Kilopreis teurer als Stäbe oder Drähte, doch werde weniger Material benötigt. Außerdem entfalle die Bohrungsherstellung; diese Verringerung der Bearbeitungszugaben eröffne beim Rohreinsatz ein hohes Rationalisierungspotenzial. Die Entwicklung einer spanlosen Verzahnungstechnik für die Laufverzahnungen, die in das Rohrstauchverfahren integriert werden kann, stelle einen weiteren Hebel dafür dar.

Umformen verbessert Verzahnungen

Das Vorformen von Laufverzahnungen bedeute zudem eine Verbesserung der technischen Bauteileigenschaften. Die erhöhte Dauerfestigkeit umgeformter Verzahnungen mit beanspruchungsgerechtem Faserverlauf könne zu einer Reduzierung der Ritzelgrößen beziehungsweise der erforderlichen Wanddicke unter der Verzahnung und damit zu leistungsfähigeren Leichtbau-Getriebekonzepten beitragen. Die untersuchten Zahnradformen umfassten Zylinderschrägverzahnungen und Kegelverzahnungen an beliebiger axialer Position der Wellen. Das Umformen der Verzahnungen werde wegen der hohen lokalen Umformgrade als Warmstauchen durchgeführt, sei gratlos und durch minimale radiale Fließwege des Werkstoffes gekennzeichnet. Der Umformvorgang bei Rohrhalbzeug sei dabei, anders als bei scheibenförmigen Zahnrädern, infolge der geringeren Einsatzquerschnitte durch wesentlich längere axiale Stauchwege gekennzeichnet.

Welchen Herausforderungen die Massivumformer beim Leichtbau gegenüberstehen, wurde beim Vortrag von Prof. Mathias Liewald, Leiter des Instituts für Umformtechnik (IFU) der Universität Stuttgart, auf dem Jahrestreffen der Kaltmassivumformer deutlich. Im Zuge eines Forschungsvorhabens wurden an seinem Institut ein Werkzeugkonzept zum Hohl-Vorwärts- und Hohl-Rückwärtsfließpressen sowie die Einflüsse der vorangegangenen Umformstufen zur Herstellung von Halbzeugen auf die Lagegenauigkeit beim Pressen von hohlen Bauteilen mit einer Innen- und einer Außenverzahnung untersucht. Dabei zeigte sich laut Liewald, dass die finale Koaxialität der beiden Verzahnungen an Pressteilen nur geringfügig von den Fehlern an Halbzeugen abhängt. Genauere Pressteile ließen sich hingegen mit reduzierten Passungsspielen zwischen den beweglichen Werkzeugkomponenten erzeugen.

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