Fallbeispiel: Planetenträgergehäuse für Planetengetriebe

Planetenträgergehäuse aus Gusseisen ADI für Planetengetriebe

Bauweise, Verwendung und Vorteile eines Planetengehäuses für Planetengetriebe aus ADI-Gusseisen

Wir möchten in einem Fallbeispiel von dem Projekt und der Fertigung eines Planetenträgergehäuses aus ADI800-10, das allgemein für die Herstellung von koaxialen Präzisionsplanetengetrieben, die in der Mechatronik für die Industrieautomatisierung Anwendung finden, erzählen. Der Referenzsektor ist der Industriesektor.

Industrielle Anwendungen des Planetenträgergehäuses für Planetengetriebe

Das Präzisionsplanetengetriebe ist eine Anwendung, die Drehmomentdichte, hohe Tragfähigkeit, extreme Präzision, geringe Vibration- und Lärmentwicklung bietet. Die Planetengetriebe finden viel Raum in der Industrie bei der automatischen Materialbewegung und -lagerung, der Verpackung und im Textilbereich.

Die Vorteile eines Planetenträgergehäuses aus ausferritischem Gusseisen ADI

Ermüdungsfestigkeit am Zahnfundament

Das Gusseisen ADI800-10 hat eine Zugfestigkeit und einen Ermüdungswiderstand am Zahnfundament, die vergleichbar mit denen von nitriertem EN-GJS700-2 sind

Weniger Distorsionen und Verformungen

Die Austempering-Wärmebehandlung induziert weniger Verformungen auf den bearbeiteten Oberflächen, so dass keine Korrekturarbeiten, um sie zu mildern, erforderlich sind.

Kostengünstigere Korrekturphase

Die Korrekturphase wird, wenn sie erforderlich ist, an einem weicheren Werkstoff (ADI800) im Vergleich zum nitriertem Werkstoff ausgeführt. Das macht sie einfacher und kostengünstiger.

Kürzere Supply Chain

Die Phasen wurden von 5 auf 4 reduziert, wobei die ersten beiden (Schmelzen und Austempering-Wärmebehandlung) im Werk Zanardi durchgeführt werden.

Minderung der Fertigungskosten

Eine kürzere Supply Chain, eine kostengünstigere Wärmebehandlung (Austempering), eine minimierte und in jedem Fall kostengünstigere, da an einem weicheren Werkstoff ausgeführte, mechanische Bearbeitung haben zu einer umfassenden wirtschaftlichen Einsparung für den Kunden geführt.

Anforderungen des Kunden und das Planetenträgergehäuse

Früher fertigte der Kunde das Planetenträgergehäuse aus nitriertem Gusseisen mit Kugelgraphit EN/GJS 700/2 an. Das Nitrieren wurde in der Regel an den bereits geräumten Werkstücken vorgenommen. Der Kunde wollte vor allem, den Produktionsprozess vereinfacht haben, dass heißt, das Nitrierverfahren und die Korrekturphase mit den Distorsionen, die durch die Nitrierung an der Zahnung entstanden, eliminieren.

Ausgangslösung – mit nitriertem Gusseisen

Materiale
EN-GJS 700-2
EN-GJS 700-2 Nitrurata
Rp0,2
420 MPa
420 MPa
Rm
700 MPa
700 MPa
A5
2%
2%
Durezza Finale
237-284 HV
450-520 HV

Um das vom Kunden gewünschte Ziel zu erreichen, durfte als erstes nicht die Endgeometrie des Bauteils, die bereits in EN-GJS 700-2 geprüft und genehmigt war, verändert werden. Es bedurfte also einer technischen Verbesserung, aber keiner Neugestaltung.

Endlösung mit ADI800-10

Materiale
EN-GJS 800-10
Rp0,2
500 MPa
Rm
800 MPa
A5
10%
Durezza Finale
260-320 HV

Auswahlkriterien

  • Zugfestigkeit
  • Oberflächendistorsionen
  • Oberflächenverschleißfestigkeit
  • Produktionszyklus und notwendige mechanische Bearbeitungen
  • Endkosten des Bauteils

Die Lösung mit ausferritischem Gusseisen ADI800-10 hat erlaubt, ein Bauteil mit Ermüdungsfestigkeit am Zahnfundament, die mit der des nitriertem Bauteils vergleichbar ist, zu erhalten. Die allgemeine Leistung der Lösung mit ADI800-10 sind mehr als zufriedenstellend gewesen. Hinzukommt die Tatsache, dass die durch die Austempering-Wärmebehandlung induzierten Distorsionen praktisch nicht vorhanden sind und falls doch, können die Distorsionen mit minimalsten Bearbeitungen korrigiert werden. Eventuelle Oberflächenbearbeitungen können am im Vergleich zur Version aus nitriertem EN-GJS700-2 weniger harten Material ausgeführt werden und sind deswegen insgesamt kostengünstiger.

Es ist auch zu bedenken, dass das Nitrierverfahren einige Grenzen/kritische Punkte hat. Dieser Vorgang erzeugt an der Oberfläche des Fertiggusses die so genannte Nitrierschicht, die extrem hart, aber gleichzeitig sehr dünn ist (deswegen wird in HV-Vickers gemessen). Man muss auch bedenken, dass das Material, sobald die Nitrierschicht abgenutzt ist, selbst extrem schnell abnutzen wird, das es eine extrem niedrige Härtewerte – die AS CAST des Grundmaterials – hat. Zweitens kann im Betrieb die Nitrierschicht absplittern und diese Splitter (Nitrierstücke) können ihrerseits Risse und Schäden an der Nitrierschicht verursachen. Das ausferritische Gusseisen hat hingegen keine anderen Schichten. Die Oberflächenhärte und Verschleißbeständigkeit hängen einzig von dem Material selbst und seiner Eigenhärtung, die im Betrieb entsteht und die Härtewerte und die Verschleißfestigkeit so sehr erhöht, dass sie mit einer nitrierten Schicht konkurrieren können, ab.

Bauarten und Bautechniken des Planetenträgergehäuses für Planetengetriebe: Ein Vergleich zwischen Gusseisen

Der Produktionsprozess zur Anfertigung des Bauteils mit nitriertem EN-GJS 700-2 bestand aus 5 Makrophasen, von denen in der letzten Phase eine Oberfläche von mehr als 450 HV bearbeitet wurde.

Die Lösung mit ausferritischem Gusseisen ADI800-10 sieht dagegen nur 4 Phasen vor:

Die Oberflächenbearbeitung, wenn erforderlich, erfolgt an einem Bauteil von 260-320 HV.

Fallbeispiel

Wahre Fälle, die von der Realisierung der Kundenprojekte erzählen