Entwicklung von borhaltigen HiPIMS-Hartstoffverschleißschutzschichten für Wälzfräser in der Getriebefertigung von Windenergieanlagen unter Berücksichtigung der Mikrogeometrie des Wälzfräserzahns

Angesichts der weltweit wachsenden Bedeutung erneuerbarer Energien und des damit verbundenen Ausbaus der Windkraft steigt auch der Bedarf an effizienten und langlebigen Zahnrädern für Windenergieanlagen. Dieser Trend erfordert steigende Anforderungen an die Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit der Werkzeuge zur Herstellung solcher Zahnräder. Insbesondere Wälzfräser haben einen signifikanten Anteil an der Weichbearbeitung von Zahnrädern. Somit ist die Entwicklung neuer PVD-Verschleißschutzschichten für Wälzfräser zur Erhöhung der Produktivität und Steigerung der Wirtschaftlichkeit unerlässlich.

Das Hauptziel des Projekts ECO-MultiBor ist die Entwicklung einer speziellen borhaltigen HiPIMS-Verschleißschutzschicht, die die Produktivität von Wälzfräsern für die Herstellung von Zahnrädern für Windenergieanlagen um mindestens 25 % erhöht. Zusätzlich soll für die entwickelte Beschichtung eine gezielt angepasste Mikrogeometrie des Wälzfräsers gestaltet werden, um die Leistungsfähigkeit weiter zu steigern.

Zur Erreichung dieser Zielstellung werden Schichtkonzepte für Wälzfräser entwickelt, die hinsichtlich ihrer Schichthaftung, Schichtdicke, Schichthärte und tribologischen Eigenschaften getestet werden. Simulative Analysen der Belastungsverhältnisse des Verzahnungsfalls werden durchgeführt, um wertvolle Erkenntnisse für die Schichtentwicklung und die Gestaltung der Mikrogeometrie hinsichtlich Schneidkantenradius, Spanflächenrauheit und Schneidkantenschartigkeit des Wälzfräsers zu gewinnen. Anschließend werden Schlagzahnversuche durchgeführt. Diese Zerspanversuche dienen dazu, effizient die Leistungsfähigkeit der entwickelten Schichtkonzepte mit entsprechend angepasster Mikrogeometrie zu ermitteln. Der Verschleiß am Schlagzahn wird quantitativ durch die Messung der Verschleißmarkenbreite auf den Freiflächen und der Kolktiefe auf der Spanfläche bestimmt. Um die zugrunde liegenden Verschleißmechanismen zu identifizieren, werden qualitative Analysen mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) und energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) durchgeführt. Die Erkenntnisse aus den Schlagzahnversuchen gehen als iterative Schleife in die Schichtentwicklung und Gestaltung der Mikrogeometrie ein. Nachdem 4 Schleifen durchlaufen wurden, wird die entwickelte borhaltige HiPIMS-Verschleißschutzschicht mit angepasster Mikrogeometrie in Industrieversuchen bei einem Kunden von A+S getestet. Basierend auf diesen Daten kann das finale marktfähige Produkt ausgelegt werden und der Produktionsprozess im Anschluss an das Projekt entsprechend für die Serienproduktion aufgesetzt werden.

Dieses Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.