Eine Handvoll Hirschvogel-Innovationen reif für die Umsetzung

03.11.2017

Die Hirschvogel Automotive Group fertigt massivumgeformte und auf Wunsch einbaufertige Komponenten für die Automobilindustrie und andere Branchen. Hirschvogel richtet sich bei den Innovationen an den Megatrends aus, die die Kunden bewegen.

Die Hirschvogel Automotive Group fertigt massivumgeformte und auf Wunsch einbaufertige Komponenten für die Automobilindustrie und andere Branchen. Hirschvogel richtet sich bei den Innovationen an den Megatrends aus, die die Kunden bewegen. Dazu gehören unter anderem Leichtbau, Verbesserung des Verbrennungsmotors, leistungsfähigere Komponenten und natürlich Kostenoptimierungsanstrengungen. Ein Indikator für das gute Innovationsklima bei Hirschvogel ist die Anzahl erteilter Patente. In letzter Zeit konnten vier Anmeldungen zum Erfolg geführt werden.

Bearbeitung von Werkstücken (z. B. verzahnte Bauteile) zur Verbesserung der Materialeigenschaft

Verzahnte Bauteile in Getrieben und im weiteren Antriebsstrang (Verteilergetriebe, Differentialgetriebe) unterliegen höchsten Belastungen. Die Zähne sind an der Flanke einer hohen Hertzschen Beanspruchung ausgesetzt und müssen im Zahnfuß eine hohe Biegespannung ertragen. Im Stand der Technik werden diese Bauteile zumeist in vorwiegend rotationssymmetrischer Form aus Einsatzstahl geschmiedet, und Schräg- oder Hypoidverzahnungen werden zerspanend eingebracht. Die Form und Richtung von sulfidischen Einschlüssen im Stahl beeinflussen die Leistungsfähigkeit der Bauteile. Bei der konventionellen Herstellungsweise werden diese Fasern im Stahl angeschnitten und ungünstig freigelegt. Ein Vorschmieden der Verzahnung könnte die Fasern passend zur finalen Zahngeometrie ausrichten, aber bisher ist für Schräg- und Hypoidverzahnungen in automobilen Abmessungen dieses Verfahren aufgrund hoher Werkzeugkosten und geringerer Produktivität nicht wirtschaftlich.

Kerngedanke der nun patentierten Idee ist es, schon am zylindrischen Rohling eine Verdrillung zu erzeugen und die Fasern im Stahl spiralförmig anzuordnen. Der Rohling behält dadurch seine zylindrische Form, sodass die weitere Prozesskette völlig identisch durchgeführt werden kann, aber ein vorteilhafter Faserverlauf im fertigen Werkstück erzielt wird. Dies wurde bereits an Prototypen nachgewiesen. Mit dieser Idee können leistungsfähigere Komponenten erzeugt werden, die im gleichen Bauraum eine höhere Leistung übertragen können oder kleiner dimensioniert zum Leichtbau beitragen.

Gangrad mit Hinterschnitt

Dieses Patent zielt ebenfalls auf Getriebe-Anwendungen. Gangräder in Schalt- oder Doppelkupplungsgetrieben weisen eine schräge Außenverzahnung sowie eine Kupplungsverzahnung auf, die zur Vermeidung eines ungewollten Entkuppelns mit einem Hinterschnitt versehen ist. Diese Kupplungsverzahnung wird heutzutage als separates Bauteil gefertigt und mit dem Zahnrad-Hauptkörper gefügt oder aber in einer Monoblock-Ausführung schmiedetechnisch angebracht und dann mit einem sehr aufwendigen Werkzeug durch ein Kaltkalibrieren fertiggestellt.

Kerngedanke der nun patentierten Idee ist es, den funktionsrelevanten Hinterschnitt nicht durch ein kostenintensives Werkzeug fertig zu formen, sondern die Verzahnung hinterschnittfrei in einem Präzisionsschmiedeprozess zu erzeugen und dann durch einen Klappvorgang in die finale Lage zu bringen, wobei eine hinterschnittene Geometrie erzeugt werden kann. Die grundsätzliche Herstellbarkeit wurde prototypisch nachgewiesen. Die patentierte Idee führt zu einer Kostensenkung bei der Herstellung dieser Bauteile.

Hirth-Verzahnung mit Schutzgeometrie

Im Bereich der Gleichlaufgelenk-Bauteile (Kugel-Festgelenk, Tripoden-Schiebegelenk) wird das Drehmoment heute überwiegend durch eine verzahnte Welle-Nabe-Verbindung übertragen. In einigen Anwendungen werden aber auch schon Hirth-Verzahnungen eingesetzt, die zu einer Gewichtseinsparung führen, die Montage vereinfachen und auch bei leichtem Verschleiß inhärent spielfrei sind. Diese lassen sich kostengünstig einbaufertig durch Massivumformung herstellen. Nachteilig bei der bisher verwendeten Ausführung der Hirth-Verzahnung ist, dass sie im äußeren Bereich recht empfindlich gegenüber mechanischen Beschädigungen ist. Bei Prozessen, die auf die Umformung der Verzahnung folgen (Reinigungsstrahlen, Qualitätskontrollen) können Schlagstellen entstehen, die die Funktion beeinträchtigen. Außerdem ist die Verzahnung bei möglichen Lackierprozessen recht offen, sodass auch hier die Funktion der Verzahnung beeinträchtigt werden kann.

Kerngedanke der nun patentierten Idee ist es, nicht nur die Hirth-Verzahnung, sondern auch eine schützende Geometrie auf der Außenseite der Verzahnung an der Stirnseite des Bauteils durch Umformung anzubringen. Im Patent wird dazu eine erhöhte Dreiecksgeometrie auf der Außenseite der Zähne dargestellt. Aber auch eine geschlossene Ringform kann als Schutzgeometrie eingesetzt werden. Dadurch wird die Hirth-Verzahnung in Folgeprozessen gegen mechanische Beschädigungen geschützt, und das Eindringen von Lack wird ebenfalls stark vermindert oder gänzlich verhindert.

Gabelkolben

In PKW-Dieselmotoren ist ein klarer Trend zum Einsatz von Stahlkolben zu erkennen, mit denen die Effizienz im Vergleich zum Aluminiumkolben weiter gesteigert werden kann. Hirschvogel hat gemeinsam mit dem Kunden Kolbenschmidt einen einteiligen Stahlkolben mit internem Kühlkanal entwickelt, der inzwischen in Serie eingesetzt wird. Auch werden Komponenten für zweiteilige Kolben gefertigt (Oberteile, die dem Brennraum ausgesetzt sind, und Unterteile, die den Kolbenbolzen und damit das Pleuel aufnehmen). Heutige Ausführungen zweiteiliger Kolben weisen den Nachteil auf, dass eine Fügezone (durch Reib- oder Induktionsschweißen) im mechanisch und thermisch hochbelasteten Bauteilbereich liegt.

Kerngedanke der nun patentierten Idee ist es, die Fügestelle so zu verlagern, dass sie in einem geringer belasteten Bereich des fertigen Kolbens zu liegen kommt. Durch diese Änderung wird die Schmiedbarkeit der Einzelteile verbessert, wodurch eine Kostensenkung erwartet wird. Zudem dürfte die Leistungsfähigkeit des Kolbens steigen. Durch die Umgestaltung ändert sich die Charakteristik der zwei einzelnen Schmiedebauteile erheblich. Kolbenboden (Oberteil) und Führungsschürze bilden nun ein Bauteil. Pleuelaufnahme und Verbindungsring ergeben das zweite Bauteil. Daher auch der Name dieses Patents: Die Pleuelaufnahme ähnelt stark dem Schmiedeteil für eine verschraubte Kardangabel.

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