Gebaute Zahnräder verringern den Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen

Im Rahmen der Initiative Massiver Leichtbau des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie haben Wissenschaftler*innen der wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktionstechnik gebaute Zahnräder entwickelt. Ein wichtiges Thema bei der Steigerung der Ressourceneffizienz von Fahrzeugen ist die Verringerung des Gewichts, da ein geringeres Gewicht auch einen geringeren Kraftstoff- oder Stromverbrauch bedeutet. Wissenschaftler haben erforscht, wie Zahnräder zur Gewichtsreduktion beitragen können. Dabei wurden diese konstruktiv in Zahnkranz, Zahnradkörper und Welle-Nabe-Anbindung aufgeteilt. So konnten lokal unterschiedliche Anforderungen an die Festigkeit berücksichtigt und das Gewicht der Zahnräder verringert werden. Zum Beispiel wurde für den Zahnkranz ein hochfester Werkstoff gewählt, der für den Zahnradkörper nicht notwendig war. Insgesamt konnte das Gewicht der Zahnräder um 60% verringert werden, ohne dass die Funktionalität beeinträchtigt wurde. Zusätzlich zu den Zahnrädern selbst wurden mithilfe von Simulationen Prozessketten für deren Produktion entwickelt. Ein innovatives Verfahren ist hier zum Beispiel das Kaltfließpressen eines Bleck- bzw. Aluminiumkörpers in den Zahnkranz. Dies benötigt zwar mehr Kraft als das Schmieden eines Zahnrads, was einen schnelleren Werkzeugverschleiß bedingt, jedoch wird Energie für die Aufheizung gespart, wodurch das Verfahren eine deutlich höhere Energieeffizienz aufweist. Zusätzlich konnten durch die neuen Herstellungsverfahren die Produktionszeit und das Gewicht der Kolbenbolzen reduziert werden. Die optimierten Kolbenbolzen und die neuen Herstellungsverfahren könnten auch in anderen Bereichen eingesetzt, so könnten die Bolzen beispielsweise auch in kurzen Wellen in E-Motoren oder Achselementen in Fahrwerken Anwendung finden.