Systematische Untersuchung verschiedener Einflussgrößen auf die Maß- und Formänderungen von einsatzgehärteten Stirnrädern*

Abstract

Kurzfassung Hoch belastete Zahnräder werden üblicherweise wärmebehandelt, um den betriebsbedingten Belastungen zu widerstehen. Im Zusammenhang mit Bauteilen des Antriebstrangs, insbesondere Zahnrädern, wird häufig das Verfahren des Einsatzhärtens eingesetzt. Dabei werden verschiedene Verzüge beobachtet, deren Untersuchung im Folgenden dargestellt wird. Als Probekörper dienten schrägverzahnte kleinmodulige Stirnräder. Die Einsatzhärtung wurde in einer Zwei-Kammer-Vakuumanalage vom Typ IPSEN RVTC 224 mittels Niederdruckaufkohlen und Hochdruckgasabschreckung durchgeführt. Die Untersuchungen wurden durch die Anwendung von Design-of-Experiments (DoE)-Methoden unterstützend begleitet. Bezüglich ihres Einflusses auf den Verzug der Zahnräder standen die drei aufeinanderfolgenden Wärmebehandlungsschritte Erwärmen, Aufkohlen und Abschrecken im Fokus der Untersuchungen. Die in den Untersuchungen des Erwärmprozesses variierten Parameter sind der Chargenaufbau, der Wärmeübergangsmechanismus sowie die Temperatur der ersten Haltestufe für den Temperaturausgleich in der Charge. Die in der Aufkohlung variierten Größen sind die Aufkohlungstiefe und der Randkohlenstoffgehalt sowie die Atmosphäre während der Diffusions- und Haltephasen. Das Abschrecken wurde nicht variiert. Die Änderung der Maß- und Formabweichungen durch die Wärmebehandlung wurde durch 3-D-Koordinatenmessung des Grundkörpers und der Verzahnung vor und nach der Wärmebehandlung ermittelt. Die Einflüsse der untersuchten Parameter auf die Maß- und Formänderungen der Zahnräder wurden durch eine Varianzanalyse der Versuchsergebnisse statistisch bewertet und die Signifikanz verifiziert.