Forschungsthema

Projektbeschreibung

Heute ist das Einsatzhärten weit verbreitet und etabliert für kleine und große Verzahnungen. Nachteilig ist dabei die Chargierung, der Energieaufwand und die Durchlaufzeit. Das Induktivhärten ist eine Alternative mit kleineren Durchlaufzeiten für kleine Verzahnungen mit hohen Losgrößen, allerdings verbunden mit hohen Werkzeugkosten und Aufwänden zur Bestimmung der Prozessparameter. Die Tragfähigkeitskennwerte sind etwas geringer als bei der Einsatzhärtung (FVA660 I/II).

Das Laserhärten von Verzahnungen wird als eine geeignete Alternative gesehen für geringe Stückzahlen (z.B. Prototypen, Kleinserien). Wesentliche Vorteile sind die kurzen Durchlaufzeiten und der geringe Energieaufwand, die Bearbeitung eines breiten Bauteilspektrums ohne Werkzeugwechsel, keine Vorserie erforderlich zum Einstellen der Wärmebehandlung, präzise Einstellbarkeit der Temperaturverteilung durch reine Parameteranpassungen, Kanteneffekte können über Strahlformung kompensiert werden, möglicher Wegfall einer zusätzlichen Anlasswärmebehandlung und flexible Strahlformung mit Zoom- und Scanneroptiken für reproduzierbare Qualität.

Der breite Einsatz des Laserhärtens von Verzahnungen wird aktuell insbesondere limitiert durch unzureichende Kenntnisse über geeignete Prozessparameter, die erzielbaren Härteeigenschaften und Belastungskennwerte. Die geplanten Untersuchungen sollen diese Lücken schließen und die Anwendung des Laserhärtens als vorteilhafte Alternative zur WBH entsprechend geeigneter Zahnräder ermöglichen.

In einer Analyse verschiedener Anlagentechniken ist zunächst eine geeignete Anlage für die Untersuchung des Laserhärtens von Verzahnungen zu definieren. Weiter sind Strategien zur Strahlfokussierung und Strahlbewegung zu erarbeiten und zu bewerten. Die erreichbaren Härtebilder und Härteverläufe in Profilhöhe und -breite sowie in die Tiefe in Abhängigkeit der Prozessparameter werden untersucht. Wenn Überlappungen nicht zu vermeiden sind, müssen die Auswirkungen auf das Gefüge und die Härteverläufe analysiert und im Anschluss die Auswirkungen auf die Tragfähigkeit ermittelt werden. Darauf aufbauend sind eine geeignete Prozessstrategie mit den zugehörigen Prozessparametern zu ermitteln und zu optimieren. Der so definierte Prozess ist an Verzahnungen unterschiedlicher Geometrien und Baugröße umzusetzen, um die Tragfähigkeitskennwerte für Zahnflanke und Zahnfuß zu ermitteln. Aus den Ergebnissen sind die Prozessgrenzen aufzuzeigen und Empfehlungen für die industrielle Anwendung abzuleiten.