Werkstoffe für den Zahnradbau & Werkzeugstahl
Die Materialien von Renngetrieben versagen aufgrund einer Kombination aus mechanischer Überlastung, Verschleiß, Ermüdung und Stoßbelastungen. Trotz modernster Technik bringen die extremen Bedingungen im Rennsport jedes Bauteil an seine Grenzen. Auch Getriebe für den Rennsport müssen leicht bleiben und gleichzeitig strenge Platzvorgaben erfüllen, um einen Wettbewerbsvorteil zu sichern. Die Auswahl der richtigen Materialien kann zwar sicherlich zur Lösung vieler Probleme beitragen, doch auch regelmäßige Wartung, präzise Konstruktion und eine gute Fahrtechnik sind entscheidend für die Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit.
Die zur Herstellung von Bauteilen in Renngetrieben verwendeten Stähle lassen sich in der Regel in folgende Kategorien einteilen:
| Kategorie | Typische Anwendungsbereiche |
| Aufkohlungsstähle | Zahnräder |
| Durchgehärtete hochfeste und nitrierte Stahlsorten | Hunderinge, Schäfte |
| Vorgehärtete Stähle mittlerer Festigkeit | Belastet die Bauteile weniger, z. B. Schaltgabeln, Schaltzylinder, Distanzstücke |
Die häufigsten Ursachen für materialbedingte Ausfälle
1. Überlastung und Drehmomentspitzen
- Im Rennsport muss der Antriebsstrang sehr hohe Drehmomente und Leistungen übertragen; Überlastzustände, die die üblichen Auslegungsgrenzen des Getriebes überschreiten, können häufig auftreten.
- Plötzliche Gasstöße, aggressive Herunterschaltungen und Durchdrehen der Räder können Drehmomentspitzen verursachen, die Zahnräder und Wellen beschädigen.
Hohe Zugfestigkeit (≥1300 MPa)
Hohe Streckgrenze (≥1000 MPa)
Hohe Bruchzähigkeit, insbesondere im Kern
Einsatzhärtungsstähle
BÖHLER V135 & E108 bieten genau diese Eigenschaften und zeichnen sich durch einen hochfesten, aber zähen Kern unter einer harten Hülle aus. Das bedeutet, dass Zahnradzähne plötzlichen Überlastungen standhalten können.
Durch gehärtete, hochfeste Stähle wie BÖHLER W460, W360 & und V132 bieten sich unzählige Möglichkeiten zur Steigerung von Härte und Festigkeit, wodurch Konstrukteuren ein breites Spektrum an Optionen zur Verfügung steht, um die Leistungsfähigkeit von Bauteilen zu verbessern und Ausfälle zu reduzieren.
2. Verschleiß an Hunderingen und Verriegelungsmechanismen
- Diese Bauteile verschleißen schnell, insbesondere bei hoher Belastung und aggressivem Schalten.
- Die meisten Renngetriebe nutzen ein Klauenwahlsystem (anstelle von Synchronringen), um die Schaltzeiten zu verkürzen.
Hohe Härte >40 HRC
Härtere Einhärtungstiefen (60–64 HRC) mit einer Wirkungs-Einhärtungstiefe von 0,8–1.5 mm
Hoch- bzw. mittelfeste, durchgehärtete Stähle
Hochleistungsstähle bieten eine Vielzahl von Möglichkeiten, um die Härte, die Druckfestigkeit & und die Verschleißfestigkeit selbst unter härtesten Einsatzbedingungen zu erhöhen. Bei Bedarf lässt sich die Oberflächenhärte durch Nitrieren weiter erhöhen.
3. Ermüdung und Materialgrenzen
- Selbst hochwertige Werkstoffe stoßen in den hohen Belastungen des Motorsports an ihre Grenzen.
- Wiederholte Belastungszyklen führen zu Materialermüdung an Zahnrädern, Wellen und Lagern, was schließlich zu Rissen oder einem katastrophalen Versagen führen kann.
Verbesserte Reinheit: Die meisten Ermüdungsbrüche entstehen an inneren Einschlüssen.
Stähle für die Einsatzhärtung und Durchhärtung
Böhler Hochleistungsstähle werden häufig wie folgt umgeschmolzen:
- VAR (Vakuum-Lichtbogen-Umschmelzen)
- PESR (Elektro-Schlacke-Umschmelzen unter Schutzgas)
Diese Fertigungstechniken verbessern die Reinheit von Stählen wie BÖHLER V135, M121 und E108 erheblich, indem sie Oxid- & und Sulfideinschlüsse beseitigen, die die Ermüdungslebensdauer von Bauteilen drastisch verringern.
4. Aufprallbelastungen (Unfälle, Bordsteinkanten usw.)
- Plötzliche Stöße durch Bordsteinkanten, Unfälle oder übermäßiges Spiel im Antriebsstrang können zu unregelmäßigen Kräften führen, die das Getriebegehäuse oder die inneren Bauteile beschädigen können
Hohe Bruchzähigkeit, insbesondere im Kern
Einsatzhärtungsstähle
Hochzähe Stähle wie BÖHLER M121 weisen Bruchzähigkeitswerte auf, die es ihnen ermöglichen, Stößen standzuhalten, ohne zu reißen, insbesondere bei niedrigeren Temperaturen oder hohen Dehnungsgeschwindigkeiten.
Hoch- bzw. mittelfeste, durchgehärtete Stähle Stähle wie BÖHLER K600, M238 & V358 sind auf hohe Zähigkeit ausgelegt, um Stoßbelastungen standzuhalten. Bei Bedarf lässt sich die Oberflächenhärte durch Nitrieren erhöhen
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