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Langlebigere Windkraft Warmgewalzte Großzahnräder halten länger als gefräste

Quelle: Fraunhofer-IWU 2 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
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Geht bei einem Offshore-Windkraftgetriebe etwas kaputt, wird es teuer, sagen Fraunhofer-Forscher aus Chemnitz. Weiche man von der üblichen Herstellungsmethode ab, sinke die Reparaturanfälligkeit.

Zahnbewerter Rekord! Hier sieht man das größte jemals durch umformtechnische Methoden gefertigte Zahnrad für eine Offshore-Windkraftanlage. IWU-Forscher nebst Industriepartner favorisieren nämlich aus praktischen Erwägungen das Warmwalzen statt das übliche Fräsen ...(Bild: Fraunhofer-IWU)
Zahnbewerter Rekord! Hier sieht man das größte jemals durch umformtechnische Methoden gefertigte Zahnrad für eine Offshore-Windkraftanlage. IWU-Forscher nebst Industriepartner favorisieren nämlich aus praktischen Erwägungen das Warmwalzen statt das übliche Fräsen ...
(Bild: Fraunhofer-IWU)

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. Und Zahnradschäden an ähnlich dimensionierten Offshore-Windkraftanlagen zu beheben ist deshalb auch sehr teuer. Denn stehen die Anlagen wegen defekter Getriebe still, ist eine Reparatur oft nur mithilfe von Spezialkränen möglich. Erschwerend kommen oft ein hoher Wellengang, kräftige Winde und schlechte Sichtverhältnisse hinzu, die das Prozedere nicht gerade beschleunigen. Im Rahmen des Projekts entwickelte das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) deshalb mit Industriepartnern ein Warmwalzverfahren zur Herstellung langlebigerer, großmoduliger Zahnräder. Im Vergleich zum üblichen Wälzfräsen punkte das Warmwalzen mit einer hohen Materialeffizienz und erheblich kürzeren Fertigungszeiten.

Warmgewalztes Riesenzahnrad in Minutenschnelle

Dazu fertigten die Projektpartner extra eine Warmwalzanlage an, die den Walzrohling auf 1.200 °C erwärmt. Die Verzahnung wird dann unter rotatorischer Bewegung in das Bauteil eingeformt, heißt es weiter. In diesem Umformprozess entstehen auch keine Späne. Und weil das Volumen bei der Bearbeitung nicht reduziert wird (Volumenkonstanz), lassen sich immerhin 20 Prozent Material einsparen. Noch beeindruckender ist die Zeitersparnis, denn nur 6,5 Minuten dauert der Walzprozess – etwa 60 Minuten würde aber das Walzfräsen in Anspruch nehmen.

Umformtechnische Effekte sind gut fürs Metallgefüge

Wie bereits erwähnt wirkt sich das Umformen auch auf die Langlebigkeit eines Zahnrads positiv aus. Beim Umformen wird kristallartige Gefügeverlauf des Metalls nicht mechanisch durchgetrennt, sondern lediglich in die geometrische Außenkontur geformt. Das erhöht sowohl die Zahnfußfestigkeit (unterer Bereich der Verzahnung) als auch die Tragfähigkeit der Zahnflanke (Kontaktbereich mit anderen Zahnrädern), wie die Forscher aus Chemnitz erklären. Dazu kommen eben noch umformbedingte Effekte, 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 macht ein feineres Korn das Material zäher. Ebenfalls dem Härten dient eine anschließende Wärmebehandlung. Durch nachgelagertes Schleifen erhalten (nur) 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 außer dem Fraunhofer-IWU (Koordination) noch die EMA-TEC GmbH, die Härterei Reese Chemnitz GmbH & Co.KG, die Dreiling Maschinenbau GmbH und die Flender GmbH.

(ID:50110832)

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