Die verkürzte umformbasierte Demonstrator-Prozesskette bildet alle Herstellungsschritte für verzahnte Getriebehohlwellen ab.
Fraunhofer IWU
Eine Forschungsfabrik in Chemnitz etabliert sich als Ideenschmiede: Wie beispielsweise mit ultrakurzen Prozessketten Material, Energie und Zeit in der Produktion eingespart werden kann, demonstrieren die Ingenieure gegenwärtig auf der Hannover-Messe.
Nicht nur unter dem Schlagwort Industrie 4.0 wird die industrielle Produktion neu erfunden. Neben der informatorischen Vernetzung von allem mit allem verfolgen Wissenschaftler und Ingenieure einen zweiten, ebenso wichtiger Entwicklungsstrang zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Unternehmen: die Steigerung der Ressourceneffizienz.
Knapp ein Jahr nach Eröffnung der „E³-Forschungsfabrik Ressourceneffiziente Produktion“ am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) in Chemnitz stellen Wissenschaftler zurzeit auf der Hannover-Messe erste Forschungsergebnisse vor. In der Modellfabrik entstand unter anderem eine Demonstrator-Prozesskette für die umformbasierte Herstellung von verzahnten Hohlwellen. Diese Komponenten sind beispielsweise im Getriebe eines Kraftfahrzeugs für die Drehmomentenübertragung im Antriebsstrang zuständig.
Getriebewellenherstellung neu gedacht
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Konventionell erfolgt die Fertigung dieser Bauteile in den Prozessschritten Schmieden, Drehen und Bohren, Abwälzfräsen, Wärmebehandlung, Hartfeinbearbeitung sowie Festigkeitsstrahlen. In der neuen Prozesskette werden material-, zeit- und kostenintensive Zerspanprozesse wie das Tieflochbohren und das Abwälzfräsen durch ressourceneffiziente Umformprozesse, wie dem am Fraunhofer IWU entwickelten Bohrungsdrücken und dem Verzahnungswalzen ersetzt. Materialverlust in Form von Metallspänen entfällt weitestgehend.
Alternative Prozesskette verbessert Energie- und Ressourceneffizienz
Bisher konnten 12,5 Prozent des benötigten Materials eingespart werden, das entspricht etwa 0,5 Kilogramm pro Bauteil. Zusätzlich trägt eine wesentlich verkleinerte Geometrie der Bauteilausgangsform zur Materialeffizienz bei. Der Materialausnutzungsgrad vom Stangenabschnitt zum Fertigprodukt wurde so um 6,5 Prozent gesteigert. Doch damit sind die Leichtbaupotentiale noch nicht ausgeschöpft: „Bis zum Ende des Projektzeitraums im Jahr 2016 wollen wir die Energie- und Ressourceneffizienz der neuen Prozesskette sowie die resultierenden Bauteileigenschaften weiterentwickeln und optimieren. Durch Nutzung unserer innovativen Umformtechnologien, kombiniert mit belastungsgerechtem Bauteildesign, ist für gewisse Bauteilklassen eine Materialeinsparung von bis zu 30 Prozent zu erwarten“, sagt IWU-Projektleiter Udo Hellfritzsch.