Umweltgerechtere Mobilität lässt sich auch durch Gewichtsreduzierungen erzielen. Wie innovative Zahnräder dazu beitragen, zeigen Wissenschaftler*innen der WGP. Im Rahmen der Initiative Massiver Leichtbau des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) haben sie Zahnräder neu gedacht.

Die neuartigen Bauteile wurden „konstruktiv in zwei bzw. drei Einzelteile aufgebrochen – den Zahnkranz, den Zahnradkörper und die Welle-Nabe-Anbindung“ erläutert Prof. Mathias Liewald, Leiter des IFU Stuttgart und einer der Projektleiter.

Die Forscher*innen entwickelten neue Produktionsverfahren, mit denen sie sogenannte gebaute Zahnräder herstellen können. Dabei werden lokal unterschiedliche Anforderungen an die Festigkeit berücksichtigt. Das wiederum ermöglichte die drastische Gewichtsreduzierung von 60 Prozent. Ebenfalls neu ist das deutlich energieeffizientere Umformfügeverfahren, bei welchem ein Stahl- bzw. ein Aluminiumkörper ohne Erwärmung in den Zahnkranz hineingepresst werden. Zwar wird für das Pressen mehr Kraft benötigt, man spart sich im Gegensatz zur bisherigen Variante allerdings die energiereiche Erwärmung auf 200 Grad. Das macht das Verfahren nun „wirtschaftlicher, weil wir mehrere Arbeitsgänge zu einem zusammengeführt haben.“ so Robert Meißner, Projektmitarbeiter am IFU Stuttgart. „Die innovativen Zahnräder könnten nicht nur im Automobilbau, sondern vor allem auch in leichteren Getrieben wie bei Motorrollern oder E-Bikes zum Einsatz kommen‘‘, ergänzt Liewald.

Auch leichtere und günstigere Kolbenbolzen konnten mittels Simulationen entwickelt werden. Durch Nachstellung am Computer wurden überflüssige Fertigungsschritte deutlich und die Produktionszeit für den Kolbenbolzen konnte um mehr als 30 Prozent reduziert werden. Zudem konnte die maximale Gewichtsreduzierung errechnet werden. Möglich machte das eine spiralförmige anstelle der bislang zylindrischen Innenkontur, die durch Abstreckgleitziehen hergestellt wurde.

Diese optimierten Kolbenbolzen können in Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommen, vor allem aber in E-Bikes und Motorrädern. Aber auch ganz andere Anwendungen sind denkbar, wie zum Beispiel in kurzen Wellen in E-Motoren oder Achselementen in Fahrwerken.

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