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18.03.2015

Fasen am Schmiedeteil sparen Bearbeitungskosten von verzahnten Bauteilen

Mit Fasen am Schmiedeteil lassen sich die Bearbeitungskosten bei der Zerspanung von verzahnten Bauteilen senken.

Umformbauteile mit Fasen (oben) und fertiges Bauteil (unten) am Beispiel Tellerrad und Gangrad. Bild: Hirschvogel

Massiv umgeformte Bauteile werden seit jeher als Rohlinge für verzahnte Getriebekomponenten verwendet: Gangräder und Wellen in Handschalt- oder Doppelkupplungsgetrieben, Tellerräder und Pinions/Antriebskegelräder in Achsgetrieben und weitere verzahnte Bauteile im Antriebsstrang basieren auf Umformbauteilen. Die überlegenen Werkstoff-Eigenschaften geschmiedeter Stähle aufgrund des feinkörnigen und porenfreien Gefüges mit angepasstem Faserverlauf im Bauteil sind alternativlos für hoch beanspruchte Anwendungen gesetzt.

Seit Langem gibt es Bestrebungen, auch die Verzahnung an Bauteile umformtechnisch anzupressen. Für Steck- und Lamellenverzahnungen gibt es hierzu zahlreiche Beispiele in Serie. Bei Laufverzahnungen konnte bisher noch keine wirtschaftliche Lösung gefunden werden. Hier steht der erhöhte Aufwand beim Vorpressen der Verzahnung (Geometrien mit Hinterschnitt, Werkzeugverschleiß an filigranen Konturen) mit zunehmend leistungsfähigeren Zerspanverfahren im Wettbewerb. Aktuell deutet sich aber an, dass vor allem bei größeren Bauteilen, bei denen ein großes Zerspanvolumen entfernt werden muss, die umformtechnische Verzahnungsherstellung einen Kostenvorteil erzeugen könnte. Bei laufenden Serienprojekten, für die bereits Zerspananlagen vorhanden sind, werden aber verständlicherweise größere Widerstände zur Umstellung beobachtet.

Der Hirschvogel Automotive Group ist nun ein Patent erteilt worden, mit dem die Bearbeitungskosten bei der Zerspanung von verzahnten Komponenten gesenkt werden können, ohne den großen Schritt hin zu vorgepressten Verzahnungen zu wagen. Hirschvogel schlägt vor, an einem im Wesentlichen rotationssymmetrischen Rohling an den Stellen Fasen anzupressen, an denen während der Verzahnungsbearbeitung das Zerspanwerkzeug aus dem Werkstück austritt (siehe Bild). Der Hintergrund dieses Vorschlags liegt in der Erkenntnis, dass beim senkrechten Austritt einer Schneide aus dem Werkstück der plastifizierte Bereich vor der Schneide aus der Oberfläche herausgedrückt wird und dann aus der fertigen Oberfläche heraussteht – als Grat.

Dieser Grat bildet eine Verletzungsgefahr am zerspanten Werkstück und kann sich in folgenden Arbeitsschritten oder schlimmstenfalls vom fertigen Bauteil lösen und damit die Funktion des Zielsystems beeinträchtigen. Wird dem hingegen die Werkstück-Geometrie mit Fasen vorgebildet, so ist die Gratbildung deutlich verringert oder, je nach Werkstoff, ganz unterdrückt. Es entsteht kein Grat, der eine Verletzungsgefahr darstellt oder zu späteren Zeitpunkten verloren werden kann. Damit vereinfacht sich der aufwendige Entgratprozess, der eigene Werkzeuge und Hauptzeit auf der Fräsmaschine benötigt, oder er kann idealerweise ganz entfallen.

Somit ist es möglich, unter weitgehender Beibehaltung der bisherigen Prozesskette ein Einsparpotenzial in der Bearbeitung zu realisieren, wobei sich die Kosten für das geschmiedete Bauteil nur gering erhöhen. Die Findung der rotatorischen Lage für die Weichbearbeitung (damit der Werkzeugaustritt auch genau in der Fase stattfindet) kann über eine angeschmiedete Form mit hoher Lagegenauigkeit zu den angeschmiedeten Fasen erleichtert werden. Eine gute Abstimmung zwischen Umformer und Zerspaner ist zur erfolgreichen Umsetzung dieser Weiterentwicklung selbstverständlich unabdingbar.

Hier geht es zum Originalartikel:

Patent erteilt

Unternehmensinformation

Hirschvogel Umformtechnik GmbH

Dr.-Manfred-Hirschvogel-Straße 6
DE 86920 Denklingen, Oberbay
Tel.: 08243-291-0
Fax: -991001

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