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Allgemeines Forschungsberichte

Eigenspannungsverläufe Flankenbruch

FVA 835 I | IGF-Nr. 20150-N

Erweiterte Berechnung der Flankenbruchgefährdung einsatzgehärteter Zahnräder unter besonderer Berücksichtigung des Eigenspannungszustands in größerer Werkstofftiefe

Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden die Eigen-spannungen in einsatzgehärteten Zahnrädern auch in größerer Bauteiltiefe ermittelt. Die Eigenspannungen in größerer Bauteiltiefe waren bis dato so gut wie nicht bekannt, werden jedoch für eine zuverlässige Berechnung des Flankenbruchrisikos benötigt, da diese Schadensart in größerer Tiefe initiiert wird.

Durch Simulation der Entstehung der Eigenspannungen während des Einsatzhärtens konnten die wesentlichen Mechanismen, die für die Ausbildung der Eigenspannungen relevant sind, identifiziert werden. Die für den Aufbau dieser Wärmebehandlungssimulation benötigten Parameter sind dabei anhand von Untersuchungen an Dilatometerproben ermittelt worden.

Mit röntgenografischen Eigenspannungsmessungen bis in größere Bauteiltiefen konnten die Simulationsergebnisse abgesichert werden. Bei den Eigenspannungsmessungen wurde auch der Einfluss des schichtweisen Materialabtrags auf den Eigenspannungszustand mit entsprechenden Korrekturmethoden berücksichtigt. Anhand von simulierten Eigenspannungstiefenverläufen verschiedener Verzahnungen wurde eine Näherungsgleichung erstellt, um den Eigenspannungsverlauf aus Geometrie- und Wärmebehandlungsdaten abzuschätzen.

Damit die in größerer Bauteiltiefe vorliegenden Zugeigenspannungen bei der Bewertung des Flankenbruchrisikos berücksichtigt werden können, wurden die vorhandenen Berechnungsansätze zur Flankenbruchtragfähigkeit um die Berücksichtigung von Zugeigenspannungen im Zahninneren erweitert und anhand vorhandener Ergebnisse aus Tragfähigkeits-untersuchungen validiert.

Nach Abschluss des Vorhabens steht somit ein erweiterter Ansatz zur Simulation und Abschätzung von Eigenspannungen bis in große Werkstofftiefen sowie ein erweitertes, normfähiges Berechnungsmodell zur Schadensart Zahnflankenbruch zur Verfügung.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 20150-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 Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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