Leichtbau bei Zahnrädern mittels Laser-Strahlschmelzen

Leichtbau bietet in Zahnradgetrieben die Möglichkeit, die zu beschleunigenden Massen und Trägheitsmomente zu reduzieren. Dadurch kann die Ressourceneffizienz verbessert und die Leistungsdichte erhöht werden

Im Projekt wurden Fertigungsparameter für das Laser-Strahlschmelzen entwickelt und hinsichtlich der erreichbaren Bauteildichte und Oberflächenbeschaffenheit optimiert. Die ermittelten mechanischen Eigenschaften liegen alle im Bereich von konventionell hergestelltem 16MnCr5 und lassen auf gute Werkstoffeigenschaften für die Zahnradherstellung schließen.

Die Leichtbauoptimierung wurde einerseits mittels einer softwaregestützten Optimierung, wie zum Beispiel der Topologieoptimierung durchgeführt. Andererseits wurden Methoden der bionischen Optimierung eingesetzt, welche Lösungen aus der Natur in technische Bauteile übertragen. Mit Hilfe beider Ansätze wurden Verzahnungen entwickelt, die das Potenzial haben, die Masse um bis zu 35 % zu reduzieren, obwohl der Optimierungsraum durch den festgelegten Zahnkranz und die Nabe eingeschränkt ist.

Publikationen:

Binder, M.; Stapff, V.; Heinig, A.; Schmitt, M.; Seidel, C.; Reinhart, G. (2022): Additive manufacturing of a passive, sensor-monitored 16MnCr5 steel gear incorporating a wireless signal transmission system. In: Procedia CIRP 107, S. 505–510. DOI: 10.1016/j.procir.2022.05.016.

Kynast, Michael; Eichmann, Michael; Witt, Gerd (Hg.) (2019): Rapid.Tech + FabCon 3.D International Hub for Additive Manufacturing: Exhibition + Conference + Networking. München: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG.

Schmitt, Matthias; Gerstl, Florian; Boesele, Max; Horn, Max; Schlick, Georg; Schilp, Johannes; Reinhart, Gunther (2021a): Influence of Part Geometry and Feature Size on the Resulting Microstructure and Mechanical Properties of the Case Hardening Steel 16MnCr5 processed by Laser Powder Bed Fusion. In: Procedia CIRP 104, S. 726–731. DOI: 10.1016/j.procir.2021.11.122.

Schmitt, Matthias; Gottwalt, Albin; Winkler, Jakob; Tobie, Thomas; Schlick, Georg; Stahl, Karsten et al. (2021b): Carbon Particle In-Situ Alloying of the Case-Hardening Steel 16MnCr5 in Laser Powder Bed Fusion. In: Metals 11 (6), S. 896. DOI: 10.3390/met11060896.

Schmitt, Matthias; Jansen, Deniz; Bihlmeir, Andreas; Winkler, Jakob; Anstätt, Christine; Schlick, Georg et al. (2019): Rahmen und Strategien für den Leichtbau von additiv gefertigten Zahnrädern für die Automobilindustrie. In: Michael Kynast, Michael Eichmann und Gerd Witt (Hg.): Rapid.Tech + FabCon 3.D International Hub for Additive Manufacturing: Exhibition + Conference + Networking. München: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, S. 89–102.

Schmitt, Matthias; Kamps, Tobias; Siglmüller, Felix; Winkler, Jakob; Schlick, Georg; Seidel, Christian et al. (2020a): Laser-based powder bed fusion of 16MnCr5 and resulting material properties. In: Additive Manufacturing 35, S. 101372. DOI: 10.1016/j.addma.2020.101372.

Schmitt, Matthias; Michatz, Marco; Frey, Alexander; Lutter-Guenther, Max; Schlick, Georg; Reinhart, Gunther (2020b): Methodical software-supported, multi-target optimization and redesign of a gear wheel for additive manufacturing. In: Procedia CIRP 88, S. 417–422. DOI: 10.1016/j.procir.2020.05.072.

Webseite:

https://www.igcv.fraunhofer.de/de/forschung/referenzprojekte/zahnradleichtbau.html

Kontakt:

Dr.-Ing. Georg Schlick, georg.schlick@igcv.fraunhofer.de, +49 821 90678-179