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Forschungsziel: Der Ressourcenverbrauch bei der Herstellung und dem Betrieb von Kraftfahrzeugen wird maßgeblich von der Fahrzeugmasse beeinflusst. Hohen Anteil daran haben wellenförmige, verzahnte Stahlbauteile im gesamten Antriebsstrang. Um Masse zu reduzieren, werden diese zunehmend als Hohlwellen ausgelegt, die in weiteren Bearbeitungsschritten mit Verzahnungen komplettiert werden. Bislang wurden diese sogenannten Ritzelwellen aus nicht verzahnten Hohlteilen spanabhebend zeit- und kostenaufwendig hergestellt. Im Projekt wurde versucht, diese zahnradbestimmende Geometrie ebenfalls in einem Stauchprozess mit herzustellen. Letztendlich wurde damit die Prozesskette stark verkürzt und erhebliche Energiekosten eingespart.
Christoph Ochs +49 7202 9312-70
c.ochs@ifutec.de
Dipl.-Ing. Roland Heintz
+49 721 608-25136
roland.heintz@kit.edu
Problemstellung
Ziel des Forschungsprojekts TubeForging war es, Ritzelwellen ressourcenschonend und wirtschaftlich in einem einzigen Arbeitsgang herzustellen. Aus einfachen Stahlrohren wurden so komplexe Hohlwellen, die unterschiedliche Wandstärken und verschiedene Durchmesser innerhalb eines Bauteils erlauben, aber auch eine Zahnradgeometrie mit anformen konnten.
Projektziel
Die Herausforderung bestand darin, einen neuartigen Stauchprozess zu entwickeln, der es erlaubt, eine endkonturnahe Zahnradgeometrie von hoher Präzision auf ein Stahlrohr aufzubringen um weitestgehend auf Schneidwerkzeuge in der Herstellung zu verzichten.
Vorgehensweise
Das Vorhaben setzt dabei auf einer bereits erprobten Rohrstauchtechnologie auf. Diese wurde so weiterentwickelt, dass die geometriebildenden Herstellungsprozesse für Zahnräder beherrschbar sind. Dabei wurde ein innovatives thermomechanisches Verfahren zur Anwendung gebracht, dass einerseits die Formbarkeit des dünnwandigen Stahlrohres und andererseits seine knickfreie Stabilität beim Stauchen gewährleistet. Bei diesem Verfahren wurde das Rohr in ausgewählten Bereichen auf bis zu 1.100 Grad Celsius erwärmt und mit speziellen Werkzeugelementen gestützt. Dazu wurde der gesamte Produktionsprozess von der softwarebasierten Modellierung bis hin zur Neuausrichtung der Werkzeugtechnik ganzheitlich neu entwickelt.
Anwendungspotenzial und Ergebnisse
Das Forschungsprojekt ermöglicht erstmalig dünnwandige Hohlwellen mit einer Gewichtsersparnis von bis zu 30 v. H. bei maximaler Ressourcenschonung herzustellen. Diese innovative Werkzeugtechnologie ist auf allgemeine Rohrumformprozesse anwendbar. Das Produktionsverfahren und seine Simulationsprogramme stiften durch die Vermarktungsmöglichkeit ganzer Herstellungsanlagen sowie durch die Möglichkeit von Lizenzvergaben an Unternehmen aus anderen Branchen über den Projektrahmen hinaus Nutzen.
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