Identification of design related distortion of gear base bodies by experimental investigations

The economic and ecological need for reduced weight of automobiles leads to increasing activities in recent years. One way to achieve this aim is to use modified designs for components with a high weight. Here the gear box and especially the gears have a potential for significant weight reduction. But besides the functional behavior of the components under consideration the manufacturing processes must be able to produce them with high accuracy and without increasing costs. Focussing on manufacturing lines of gears, it is known on the one hand that distortion after final heat treatment can depend on gear geometry, one of the most important carriers of distortion potential. On the other hand no design rules for lightweight gears exist. Therefore in this paper first results of a research project are presented. The manufacturing line was kept constant to continuously cast steel, rolling the square blooms to semi‐finished material, forming of forging blanks with constant dimensions, annealing, turning of different shaped gear base bodies, and case hardening by low pressure carburizing in combination with high pressure gas quenching. The resulting size and shape changes as function of geometry modifications with a maximum weight reduction of 20 % will be shown and discussed. Die ökonomischen und ökologischen Zwänge zur Reduzierung des Automobilgewichts führen zu anwachsenden Forschungs‐ und Entwicklungsaktivitäten auf diesem Gebiet. Ein Ansatz zur Erreichung dieses Ziels verfolgt eine Änderung der Konstruktion von schweren Bauteilen. Das Getriebe und speziell die Zahnräder bieten ein großes Potenzial für signifikante Gewichtsreduktionen. Aber neben der reinen Funktion der Bauteile müssen die Fertigungsprozesse in der Lage sein, sie mit hoher Genauigkeit und ohne Kostensteigerungen zu produzieren. Legt man den Fokus auf Fertigungslinien für Zahnräder, so ist einerseits bekannt, dass Maß‐ und Formänderungen dieser Bauteile nach der abschließenden Wärmebehandlung von ihrer Geometrie abhängen können. Andererseits liegen keine Konstruktionsrichtlinien für Leichtbau‐Zahnräder vor. Daher werden in dieser Veröffentlichung erste Ergebnisse eines Forschungsprojektes zu dieser Thematik vorgestellt. Im Rahmen dieser Arbeiten wurde die Prozesskette bestehend aus Stahlerzeugung im Stranggussverfahren, Umformung des quadratischem Rohstrangs zu Halbzeug, Schmieden der Rohlinge mit konstanten Abmessungen, F/P‐Glühen, Drehen der Zahnradgrundkörper unter Variation der Abmessungen