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06/25/2024 08:20

Leistungsfähigere Zahnräder für zuverlässige Getriebe in Windkraftanlagen – mit »GEARFORM«

Andreas Hemmerle Presse und Medien
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

    Zahnradschäden an Offshore-Windkraftanlagen zu beheben ist sehr teuer. Stehen die Anlagen wegen defekter Getriebe still, ist eine Reparatur oft nur unter Einsatz von Spezialkränen möglich – hoher Wellengang, kräftige Winde und schlechte Sichtverhältnisse können Einsatzteams behindern und die Stillstandszeiten weiter verlängern. Im Projekt GEARFORM entwickelte das Fraunhofer IWU daher gemeinsam mit Industriepartnern ein Warmwalzverfahren zur Herstellung langlebiger, großmoduliger Zahnräder. Gegenüber dem Wälzfräsen kann dieses Verfahren zusätzlich mit besonders hohem Materialnutzungsgrad und erheblich kürzeren Fertigungszeiten punkten.

    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. Dazu fertigten die Projektpartner eigens eine Warmwalzanlage, die den Walzrohling auf 1200 Grad erwärmt und die Verzahnung unter rotatorischer Bewegung in das Bauteil einbringt. In diesem Umformprozess entstehen keine Späne; da das Volumen bei der Bearbeitung nicht reduziert wird (Volumenkonstanz), lassen sich immerhin 20 Prozent Material einsparen. Noch beeindruckender ist die Zeitersparnis. Sechseinhalb Minuten dauert der Walzprozess, etwa 60 Minuten würde das Walzfräsen in Anspruch nehmen.

    Herausragende Produkteigenschaften

    Auf die Langlebigkeit eines Zahnrads wirkt sich das Warmwalzen besonders positiv aus. Beim Umformen wird der Faserverlauf des Materials nicht getrennt, sondern lediglich an die geometrische Außenkontur angepasst. Dies erhöht sowohl die Zahnfußfestigkeit (unterer Bereich der Verzahnung) als auch die Tragfähigkeit der Zahnflanke (Kontaktbereich mit anderen Zahnrädern) . Dazu kommen umformbedingte Verfestigungseffekte 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 führt eine Kornfeinung zu mehr Zähigkeit des Materials. Ebenfalls dem Härten dient eine anschließende Wärmebehandlung; durch eine zerspanende Bearbeitung (Schleifen) erhalten 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 neben dem Fraunhofer IWU (Koordination) die Firmen: EMA-TEC GmbH, Härterei Reese Chemnitz GmbH & Co.KG, Dreiling Maschinenbau GmbH, Flender GmbH.


    Contact for scientific information:

    Mike Lahl
    Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
    Abt. Präzisionsverfahren
    Reichenhainer Str. 88
    09126 Chemnitz
    mike.lahl@iwu.fraunhofer.de
    +49 371 5397-1350


    Original publication:

    https://www.iwu.fraunhofer.de/de/presse-und-medien/presseinformationen/2024-Gear...


    More information:

    http://Weiteres Bildmaterial plus Video: siehe Originalpublikation


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    Windkraftanlagen auf hoher See sind besonders effizient und leisten einen wichtigen Beitrag zur CO2-neutralen Stromproduktion
    Windkraftanlagen auf hoher See sind besonders effizient und leisten einen wichtigen Beitrag zur CO2- ...

    © iStock/homeworks255

    Getriebeschäden an Offshore-Windkraftanlagen sind teuer – der Einsatz besonders standfester Zahnräder wie in GEARFORM entwickelt zahlt sich aus
    Getriebeschäden an Offshore-Windkraftanlagen sind teuer – der Einsatz besonders standfester Zahnräde ...

    © Fraunhofer IWU


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    Criteria of this press release:
    Business and commerce, Journalists, Scientists and scholars
    Economics / business administration, Energy, Environment / ecology, Mechanical engineering, Oceanology / climate
    transregional, national
    Research projects, Research results
    German


     

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