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24.02.2020

Aus zwei mach eins - Einteilige Eingangswelle mit einbaufertiger Lamellen-Verzahnung spart Entwicklungs- und Fertigungskosten

Mit steigender Systemkomplexität in hybriden Antriebssträngen steigt die Anzahl der benötigten Komponenten. Damit erhöhen sich die Kosten für diese Systeme. Dies betrifft sowohl die Stück- und Logistikkosten als auch die Investitionen in Entwicklung und Werkzeuge.

Die Reduzierung der Anzahl an Komponenten und Zulieferern und der Entfall von Fertigungsschritten ist ein wirksamer Weg, um diesen Kostensteigerungen zu begegnen. Anhand einer Eingangswelle für ein Doppelkupplungsgetriebe kann die Wirksamkeit dieser Vorgehensweise dargestellt werden.

Der Kunde benötigte eine Welle, mit der die E-Maschine in einer P2-Hybridanordnung in den Antriebsstrang zwischen Motor und Getriebe ein- und ausgekuppelt werden kann. Der erste Bauteilentwurf bestand aus einer einfachen Welle, auf deren Flansch ein Blechbauteil mit Lamellen-Verzahnung verschweißt werden sollte.

Im Bauteilspektrum von Hirschvogel sind zahlreiche Wellen mit angepresster und einbaufertiger Verzahnung vorhanden. Dies sind zum Beispiel Lamellenträger für einen zuschaltbaren Allradantrieb oder eine Parksperren-Verzahnung an einer Variatorwelle für ein CVT-Getriebe. Aufgrund dieser Erfahrung schlugen die Ingenieure bei Hirschvogel auch für die in Frage stehende Anwendung eine einteilige Lösung vor. In intensiver Zusammenarbeit mit dem Kunden entstand eine halbwarm gepresste Welle aus dem Werkstoff C45, die einen großen Flansch mit integrierter Lamellenverzahnung am äußeren Umfang aufweist. Durch einen abschließenden Kaltumformschritt weist diese Verzahnung einbaufertige Toleranzen auf. Die Steckverzahnung am Schaft sowie die Lager- und Dichtsitze erreichen durch Induktivhärten ihre Festigkeit.

Das so entwickelte Bauteil hat ein Gewicht von ca. 1,1 kg. Es vereint zahlreiche Vorteile: Die Werkzeugkosten für die Entwicklung des Monoblock-Bauteils liegen bei nur ca. 20 % der Investition, die für die zweiteilige Lösung notwendig gewesen wäre. Vor allem die Werkzeuge zur anfangs angedachten Blechumformung wären sehr investintensiv gewesen. Die Kosten für die Fügeoperation von Blechbauteil und zentraler Welle (z. B. Laserschweißen) konnten komplett eingespart werden, ebenso die Prüfkosten für die Fügestelle. Durch die Kaltverfestigung beim Kalibrieren muss keine Wärmebehandlung der Lamellen-Zahnflanken eingeplant werden.

Die Kombination aus Halbwarm- und Kaltumformung erzeugt an einer Seite der Verzahnung eine Anbindung zwischen den Zähnen, die die aufgesteckten Kupplungslamellen während der Montage halten. Ein Blech-Tiefziehbauteil würde diese Geometrien nicht aufweisen. Auch die Minimierung der Anzahl der Zulieferer dürfte zu einer Aufwandsreduzierung während Entwicklung und Produktion führen.

An diesem Beispiel wird deutlich, wie eine hochentwickelte Fertigungstechnologie signifikant zur Reduzierung von Investitionen und Entwicklungskosten beitragen kann. Die Fertigungskosten dieser Monoblock-Variante sind bei der aktuellen Jahresstückzahl im mittleren Bereich ebenfalls sehr attraktiv. 

Bild: Einteilige Eingangswelle mit Lamellenverzahnung