Es gibt eine Reihe von Anforderungsänderungen in Bezug auf die Antriebskomponenten von Elektrofahrzeugen. Da die maskierenden Geräusche eines Verbrennungsmotors wegfallen, können die Geräuschemissionen des Getriebes im niedrigen Drehzahlbereich dominieren. Die Zahnräder im Getriebe von E-Fahrzeugen werden zudem anders und potenziell stärker belastet, da üblicherweise nur ein Gang mit zwei Gangstufen vorgesehen wird. Darüber hinaus weisen Elektromotoren eine andere Drehzahl-/Drehmomentkurve auf, bei der bereits hohe Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen vorliegen. Der Wirkungsgrad eines Elektromotors ist wesentlich höher als der eines Verbrennungsmotors. Dementsprechend rückt der Wirkungsgrad des Getriebes verstärkt in den Fokus, wenn der Wirkungsgrad des gesamten Antriebsstrangs maximiert werden soll.
Kontaktmechanismen, Leichtbau + neue Messwerte
Um diese genannten Anforderungen zu erfüllen, gilt es die verschiedenen während des Zahnkontakts innerhalb des Getriebes auftretenden Mechanismen zu berücksichtigen. Dazu gehören Materialermüdung, Anregungsverhalten sowie das tribologische Verhalten des Zahnradpaares. Diese Kontaktmechanismen werden durch die Formabweichungen verschiedener Ordnungen beeinflusst (1. Ordnung: Formabweichung, 2. Ordnung: Welligkeit, 3. und 4. Ordnung: Rauheit).
Messtechnische Aspekte
Das Erreichen hoher Oberflächenqualitäten bei gleichzeitiger Einhaltung der Anforderungen an die Formabweichungen stellt nicht nur die Fertigungstechnik, sondern auch die Messtechnik vor neue Herausforderungen. In diesem Zusammenhang verlieren herkömmliche Werte zur Beschreibung der Oberflächenrauheit wie Ra und Rz sowie Formabweichungen wie ff und ff an Aussagekraft. Dafür rücken aus der Abbott-Firestone-Kurve abgeleitete Werte zur Oberflächenbeschreibung sowie Welligkeitsanalysen bei der Charakterisierung der Qualität von Getrieben für die Elektromobilität in den Vordergrund.
Um die hohen Drehzahlbereiche von Getrieben für die E-Mobilität abbilden zu können, rückt der Leichtbau von Zahnrädern zunehmend in den Fokus. Daraus ergeben sich Herausforderungen in Bezug auf wärmebehandlungsbedingte Verzüge sowie die Werkstückspannung. Zur Beschreibung der hochfeinen Oberflächen, die an den Verzahnungen für E-Mobilitätsgetriebe gefordert werden finden bei der Rauheitsmessung zunehmend neue Kennwerte Verwendung, die zum Teil nur durch Werksnormen definiert sind.
Anspruchsvolles Polierschleifen
Aufgrund der hohen Anforderungen an Verzahnungen für die E-Mobilität steigt die Nachfrage nach glatteren Oberflächen an den Zahnflanken. Das führt zu einem verstärkten Einsatz von Oberflächenfinishingverfahren wie dem Feinschleifen oder dem Polierschleifen. Über das Feinschleifen hergestellte Oberflächen weisen immer noch eine mit der von konventionell geschliffenen Oberflächen vergleichbare Struktur auf, jedoch mit einer deutlich geringeren Amplitude. Bei poliergeschliffenen Oberflächen hingegen sind nahezu keine Rauheitsspitzen mehr vorhanden.
Die besondere Beschaffenheit poliergeschliffener Oberflächen wird durch die Elastizität der üblicherweise verwendeten polyurethan-gebundenen Schleifwerkzeuge erreicht. Während die Beschaffenheit von poliergeschliffenen Oberflächen im Vergleich zum Feinschleifen vorteilhaft erscheint, stellt das elastische Verhalten der Werkzeuge eine große Herausforderung für die Einhaltung der engeren Toleranzen in Bezug auf die Formabweichungen dar. Geometrische Effekte wie Beulen, Zahnkopfverrundungen, Einschnürungen im Bereich des Zahnfußes oder Welligkeiten sind typisch für das Polierschleifen.
