Härtbarkeit Großzahnräder

Einfluss von Baugröße, Härtbarkeit und Einsatzhärtungstiefe und deren Gesamtwirkung auf die Zahnfußtragfähigkeit einsatzgehärteter Stirnräder größerer Baugröße

Hochbelastete Verzahnungen werden in der Regel einsatzgehärtet, um den Festigkeitsanforderungen gerecht zu werden. Bei ihrer Auslegung muss eine Reihe von Zahnradschäden, wie beispielsweise Zahnflankenbruch und Zahnfußbruch berücksichtigt werden. Zur Minderung des Schadensrisikos für die Schadensart Flankenbruch ist an der Zahnflanke unter Umständen eine höhere Einsatzhärtungstiefe notwendig. Damit ist zwangsläufig eine Erhöhung der Einsatzhärtungstiefe im Zahnfuß verbunden.
In den Vorhaben FVA-Nr. 8 und IGF-Nr. 9880/FVA 271 wurde gezeigt, dass bei erhöhter CHD im Zahnfuß eine Minderung der Zahnfußtragfähigkeit zu berücksichtigen ist. Diese Ergebnisse basieren auf Werkstoffen mit geringer bis mittlerer Härtbarkeit.

Im Rahmen dieses Vorhabens wird der Einfluss einer erhöhten Einsatzhärtungstiefe und auch der Baugröße auf die Zahnfußtragfähigkeit von Verzahnungen aus Werkstoffen höherer bis hin zu höchster Härtbarkeit untersucht. Dabei werden vier Werkstoffe mit höherer bis höchster Härtbarkeit untersucht. Neben theoretischen Untersuchungen erfolgen experimentelle Untersuchungen an Prüfrädern der Baugröße Modul 5 mm, 8 mm und 12 mm. Die Einsatzhärtungstiefe wird dabei zwischen 0,15 ∙ mn bis zu etwa 0,40 ∙ mn im Zahnfuß eingestellt.

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass für Werkstoffe mit höherer Härtbarkeit die Minderung in der Zahnfußtragfähigkeit geringer ausfällt als für Werkstoffe mit geringer bis mittlerer Härtbarkeit (siehe Abbildung 1). Des Weiteren konnte der Baugrößeneinfluss in Übereinstimmung mit AVIF-A22/FVA-Nr. 162 für den Werkstoff 17CrNiMo6 (18CrNiMo7-6) bestätigt werden, der etwas weniger stark abfällt im Vergleich zur Normangabe. Auf Basis der Ergebnisse ist somit eine zuverlässige Dimensionierung von Zahnrädern größerer Baugröße aus Werkstoffen hoher bis höchster Härtbarkeit und unter besonderer Berücksichtigung einer erhöhten Einsatzhärtungstiefe im Zahnfuß möglich. Somit können Festigkeitsreserven hinsichtlich Zahnfußtragfähigkeit im Vergleich zu Werkstoffen geringer bis mittlerer Härtbarkeit besser genutzt werden.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 18477 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen
Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.