Konstruktions- und größenbedingte Einflüsse auf den Verzug von ölabgeschreckten Zahnradgrundkörpern* : Teil 1: Experimentelle Ergebnisse Translated title: Design and Size Related Influences on Distortion of Oil Quenched Gear Base Bodies : Part 1: Experimental Results

Kurzfassung

Aus wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten kommt dem Thema Leichtbau in der Fahrzeugindustrie in den letzten Jahren eine besondere Bedeutung zu. Dabei werden oftmals konstruktive Lösungen verfolgt, um dieses Ziel erfolgreich umzusetzen. Allerdings müssen Aspekte einer fertigungsgerechten Auslegung der Bauteile, insbesondere im Antriebsstrang, entlang der gesamten Prozesskette berücksichtigt werden, um infolge der abschließenden Wärmebehandlung gravierende Verzugsprobleme zu vermeiden. Im Moment liegen allerdings noch keine Konstruktionsrichtlinien vor, die den Einfluss von konstruktiven Änderungen auf das Maß- und Formänderungsverhalten von Zahnrädern berücksichtigen. Daher wurde in einem Forschungsprojekt das Verzugsverhalten von Zahnradgrundkörpern auf der Basis von experimentellen und numerischen Studien analysiert. Zentrale Aspekte waren der Einfluss der Bauteilgröße, der Maße von Steg und Zahnkranz, der Zahl und des Durchmessers von Bohrungen im Steg, der Gestaltung von Querschnittsübergängen und der Abschreckprozess. Weitere Fragestellungen vor dem Hintergrund der Reduzierung des Getriebebauraums betrafen den Einfluss eines verschobenen bzw. verkippten Stegs. In diesem Teil der Veröffentlichung werden die experimentellen Untersuchungsergebnisse für das Einsatzhärten mittels Gasaufkohlung und Ölabschreckung vorgestellt. Die Ergebnisse der numerischen Untersuchungen folgen im zweiten Teil dieses Berichts.

Abstract

On the basis of economic and ecological arguments a reduced weight of automobile components is more and more focused in industrial and scientific activities in recent years. Apart from the application of new materials with considerably lower density a change of component design is often used to succeed in aims regarding lightweight construction. But aspects for a production-oriented design, especially for heat treated drive train components have to be considered, too. This topic applies in particular to the final heat treatment because serious distortion problems can arise due to reduced stiffness of the component. At the moment there exists no systematic compilation of effects of design modifications on principal distortion behavior. Therefore the distortion behavior of gear base bodies was analyzed based on fundamental experimental investigations and numerical studies. The geometrical variations consist of different size classes, variations of web and rim dimensions, the amount and diameter of bores in the web, the shape of cross section transitions, and the quenching process. Further questions concerned the assembly space minimization of transmissions and were investigated by moving or tilting the web. In this part of the paper the experimental results for case hardening by gas carburizing and oil quenching will be presented and discussed. The results of the numerical studies will follow in the second part of this paper.