Wärmebehandlung von Hohlrädern

Induktiv gehärtetes Hohlrad im Planetengetriebe
Induktiv gehärtetes Hohlrad im Planetengetriebe

Die stetig zunehmende Bedeutung der Elektromobilität erfordert im Bereich von alternativen Antriebskonzepten vor allem hochpräzise verzahnte Getriebekomponenten. Beispielsweise müssen Hohlräder immer höheren Anforderungen gerecht werden. Um die Belastungsfähigkeit von Hohlrädern zu erhöhen, werden diese nach der Weichbearbeitung einer Wärmebehandlung unterzogen, um die gewünschten physikalischen Eigenschaften zu erreichen. Speziell für Hohlräder wurde ein Wärmebehandlungsverfahren von der EMA Indutec GmbH entwickelt, mit welchem neben den Festigkeitswerten auch Toleranzen erzielt werden, welche sich positiv auf die anschließende Nachbearbeitung der Innenverzahnung auswirken.

 

Das von EMA Indutec entwickelte Verfahren hinsichtlich der induktiven Wärmebehandlung von aufgekohlten Hohlrädern für Planetengetriebe (Siehe Bild) erfordert neben der Fachkompetenz eine enge Abstimmung mit der Weichbearbeitung. Ist die Optimierung einmal abgeschlossen, kann durch das induktive Fixturhärten eine anschließende Hartbearbeitung deutlich reduziert werden. Das spart Zeit und Kosten.

Bei dem Verfahren handelt es sich umeine Kombination aus der induktiven Wärmebehandlung, unter Einsatz von Fixturen.  Das auf einem Werkstückträger befindliche Hohlrad wird mittels einer Induktionsspule durch ein Magnetfeld homogen auf Austenitisierungstemperatur erwärmt.Dabei dehnt sich das Hohlrad physikalisch bedingt (ca. 1 % Volumenzunahme) aus.Der sogenannte Kalibrierdorn, welcher dem Hohlrad die Form- und Lagetoleranzen geben soll, wird nach Erreichen der Temperatur in das Hohlrad eingeführt. Mittels der vier unabhängig arbeitenden Brausen wird das Hohlrad zunächst abgeschreckt bzw.auf annähernd Raumtemperatur heruntergekühlt. Durch unterschiedliche Drücke und Brauszeiten kann das Verzugsverhalten gesteuert werden. Durch den kontrollierten Abkühlvorgang schrumpft das Hohlrad. Es sitzt nun fest auf dem Kalibirierdorn. Konventionell wird das Hohlrad vom Kalibrierdorn mittels Hydraulikzylinder unter großer Krafteinwirkung abgezogen.Dies führt nicht nur zu hohem Verschleiß am Kalibrierdorn.  Auch die gewünschtenGenauigkeitswerte am Werkstück werden oftmals nicht erreicht. 

Die Folge: langwierige und teure Schleif- und Reinigungsprozesse.Durch das induktive Fixturhärtenwerden diese auf ein Minimum reduziert.Im Gegensatz zum konventionellen Presshärten wird beim induktiven Fixturhärten das auf dem Kalibrierdorn festsitzende Hohlrad auf ca. 180 °C induktiv erwärmt. Infolge der erneuten Wärmeausdehnung „wächst“ das Hohlrad minimal. Dadurch entsteht ein kleiner Spalt zwischen der Innenverzahnung des Hohlrades und dem Kalibrierdorn. Das Hohlrad lässt sich nun kraftlos vom Kalibrierdorn abziehen. Mit diesem Verfahren wird jeglicher Abriebverschleiß an der Verzahnung des kalibrierten Hohlrades und des Kalibrierdorns vermieden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Verfahren um eine zusätzliche Anlassstation erweitert werden kann. Dadurch kann die gewünschte Endhärte erreicht werden und das Investment für einen separaten Anlassofen entfällt. Das Hohlrad besitzt nun die gewünschte Form- und Lagetoleranzen, welche es infolge der Fixturwerkzeuge Kalibrierdorn, Ober- und unterer Niederhalter beim Härten erhalten hat. 

Aufgrund der erreichten Genauigkeit im 0,05 mm Bereich (Planlauf, Parallelität und Rundheit in mehreren Ebenen) weist die Innenverzahnung des Hohlrades nahezu die endgültige Kontur auf. Eine weitere Besonderheit bei diesem Verfahren liegt neben der Reduzierung der Hartbearbeitung auf ein Minimum bei der hohen Oberflächenqualität. Da die Wärmebehandlung unter einer Schutzgasatmosphäre stattfindet, wird die Verzunderung auf der Oberfläche vermieden. Dadurch werden den Kunden anschließende Reinigungsprozesse des Hohlrads erspart, wie das Sandstrahlen. Zudem setzt EMA Indutec beim Abschrecken auf eine Wasser-Polymerlösung. Ein Waschen der Hohlräder entfällt somit.Kunden profitieren beim induktiven Härten ihrer innenverzahnten Werkstücke neben der Expertise beim induktiven Fixturhärten auch vom Know-how durch jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung maßgeschneiderter Wärmebehandlungsprozesse.

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