Eine längere Lebensdauer von Zahnrädern für Offshore-Windenergieanlagen verspricht ein neues Produktionsverfahren. Im Projekt Gearmform hat das Fraunhofer IWU gemeinsam mit Industriepartnern ein Warmwalzverfahren zur Herstellung langlebiger, großmoduliger Zahnräder. Gegenüber dem Wälzfräsen könne dieses Verfahren zudem mit besonders hohem Materialnutzungsgrad und erheblich kürzeren Fertigungszeiten punkten, heißt es in einer Presseinformation des Forschungsinstituts.
Zahnradschäden haben teure Folgen
Der Hintergrund: 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.
Da soll sich mit dem neuen Verfahren ändern: Auf die Langlebigkeit eines Zahnrads wirke sich das Warmwalzen besonders positiv aus, heißt es aus dem IWU. 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 so genannten Zahnflanke (Kontaktbereich mit anderen Zahnrädern). Dazu kommen umformbedingte Verfestigungseffekte: 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.
Größtes umformtechnisch hergestelltes Zahnrad
Mit einem Durchmesser von 500 Millimetern und einem Modul (Zahngröße) von 9,5 Millimetern konnten die Wissenschaftler jetzt das bisher umformtechnisch hergestellte Zahnrad fertigen. Dazu fertigten die Projektpartner eigens eine Warmwalzanlage, die den Walzrohling auf 1.200 Grad erwärmt und die Verzahnung unter Rotation in das Bauteil einbringt. In diesem Umformprozess entstehen keine Späne, da das Volumen bei der Bearbeitung nicht reduziert wird. So lassen sich laut IWU 20 Prozent Material einsparen. Noch stolzer sind die Wissenschaftler auf die Zeitersparnis: sechseinhalb Minuten dauert der Walzprozess, etwa 60 Minuten würde das Wälzfräsen in Anspruch nehmen. (kw)
