Zahnfußtragfähigkeit pulvermetallurgisch hergestellter Zahnräder

Pulvermetallurgisch hergestellte Zahnräder versagen bei der Prüfung hauptsächlich durch Zahnfußbruch. Trotz nahezu vollständig nachverdichtetem Material in der Zahnfußoberfläche werden unterlegene Tragfähigkeiten gegen die anliegende Biegebelastung nachgewiesen, wenn sie mit konventionell hergestellten Zahnrädern verglichen werden. Die unterlegenen Zahnfußtragfähigkeiten führen dazu, dass pulvermetallurgische Zahnräder nicht standardmäßig in Automobilgetrieben eingesetzt werden. Dies gilt trotz des für Großserienbauteile wie Zahnräder günstigeren und energiesparenderen pulvermetallurgischen Fertigungsprozesses. Um Optimierungspotenziale aufzudecken, wurde die Zahnfußtragfähigkeit von zwei verschiedenen pulvermetallurgisch hergestellten Zahnrädern auf Basis der Schwingfestigkeiten von Laborproben berechnet. Der gewählte Werkstoff ist ein Sinterstahl mit 0,85 % Molybdän. Die in der Berechnung berücksichtigten Einflussgrößen sind die Dichte, die Geometrie und der Kohlenstoffgehalt. Als zusätzliches Ergebnis der Tragfähigkeitsberechnungen ist die Schwingfestigkeit des Werkstoffs in Abhängigkeit von den genannten Einflussgrößen bekannt und kann zur Berechnung herangezogen werden. Parallel dazu wurden zwei Versuchsreihen der beiden Zahnradvarianten gefertigt und anschließend im Pulsator auf ihre Zahnfußtragfähigkeit hin untersucht. Der relative Fehler zwischen gemessener und berechneter Tragfähigkeit liegt für beide Varianten unterhalb von 5 %. Die Berechnungen geben Aufschluss darüber, wie tief der Zahnfuß minimal verdichtet werden muss, um eine optimale Tragfähigkeit zu erreichen. Auch wurden die Anteile an der Tragfähigkeit ermittelt, welche die Fertigungsschritte Nachverdichten, Aufkohlen und Härten unabhängig voneinander erreichen können.