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Induktives Härten von Lenkritzeln: Schneller Prozess – hohe Bauteilqualität

Lenkritzel nach dem Härteprozess
Dieser Arbeitsraum einer Härtemaschine MIND 750 wurde mit einem Rundtakttisch ausgestattet.
Induktives Härten: Lenkritzel und viele weiter Verzahnungskomponenten sind für den hocheffektiven Prozess geeignet.
Bei der Entwicklung der Induktoren ist 3D-CAD-Software unverzichtbar. Das Werkzeug ist mikrometer-genau an das Werkstück angepasst.
An diesem Beispiel kann man die Vorteile der SDF-Technologie erkennen: Konturtreue Härte von (Zahn-)Kopf bis (Zahn-)Fuß.
MIND-Technologie von eldec: Induktives Härten

Die Standardisierung der Produktion ist ein Megatrend im Automobilbau: Einheitlich gestaltete, perfekt konfigurierte Produktionsstätten garantieren an verschiedenen Standorten hocheffiziente Abläufe. Der Produktionsprozess wird auf die verschiedenen Bauteile und Komponenten zugeschnitten – ein Trend, der natürlich auch den Maschinenbau betrifft. „Lösungen von der Stange“ passen nicht zu diesem Anspruch. Mit welchen Anlagenkonzepten Maschinenbauer darauf reagieren, macht das induktive Härten von Lenkritzeln beispielhaft deutlich. Die EMAG-Tochter eldec entwickelt passgenaue Anlagen, mit denen das Härten zu einem integralen Bestandteil des Produktionsflusses wird.

Bei großen Zulieferunternehmen werden Lenkritzel jedes Jahr millionenfach produziert. Schließlich kommt das Bauteil bei allen Lenkungssystemen zum Einsatz und sorgt dabei für die Übertragung der Lenkkraft auf das Lenkgetriebe und somit letztlich auf die Räder – und das millionenfach im Laufe des Lebenszyklus eines Autos. Folglich hat die Stabilität dieser Bauteile (und ihres Werkstoffs) oberste Priorität. Härteverfahren sind deshalb unverzichtbar. Auf der anderen Seite stellt das Härten von Bauteilen, die im Rahmen von großvolumigen Produktionsprozessen entstehen, nicht selten eine logistische Herausforderung dar. Bei vielen Zulieferern erfolgt der Prozess per Einsatzhärten „außer Haus“. Ein Wärmebehandlungs-Spezialist übernimmt die Aufgabe, und es entstehen zusätzliche Kosten und Planungsaufwand.  

Härten in weniger als einer Sekunde
Vor diesem Hintergrund bietet die Technologie von eldec herausragende Vorteile. Als weltweit tätiges Unternehmen entwickelt, produziert und vertreibt die EMAG-Tochter mit Hauptsitz in Dornstetten bei Freudenstadt hocheffiziente Induktionserwärmungstechnologie für unterschiedlichste industrielle Anwendungen. Die technologische Alternative zum Einsatzhärten ist nicht nur schneller und energiesparender. Zudem lassen sich eldec-Anlagen perfekt in die Serie einbringen und werden zu einem integralen Bestandteil von ganzheitlichen Produktionslinien. Grundvoraussetzung dafür ist zunächst die Geschwindigkeit des Verfahrens. Während beim Einsatzhärten das Lenkritzel über Stunden erwärmt werden muss, dauert der induktive Prozess weniger als eine Sekunde. Die Wärmeeinbringung erfolgt per Induktion von Wirbelströmen. Dabei werden nur die zu härtenden Bestandteile des Bauteils erwärmt – ein kleiner Randbereich mit einer Tiefe von wenigen Millimetern. „Das ist eine Grundvoraussetzung für das enorme Bearbeitungstempo“, erklärt Stefan Rechtacek vom technischen Vertrieb bei eldec. „Dafür steuern wir die Frequenz, mit der die Wirbelströme eingebracht werden, mit extremer Perfektion.“

SDF-Technologie verbessert Bauteilqualität
Gerade bei der Lenkritzel-Bearbeitung kommen zudem die Vorteile einer besonderen eldec-Innovation zum Tragen: Generatoren mit Simultaneous-Dual-Frequency-Verfahren (SDF), die als „Energielieferant“ für die Härtemaschinen dienen. Beim SDF wirken zwei unterschiedliche Frequenzen auf das Werkstück ein – der Hintergrund: Während Mittelfrequenzen grundsätzlich eher tiefer ins Zahnrad eindringen und vor allem den Zahnfuß erhitzen, sorgen Hochfrequenzen für die Erwärmung des Zahnkopfes. Beim SDF erfolgt die Aufheizung am Lenkritzel folglich mit absolut gleichmäßiger Tiefe und Temperaturhöhe. Auf diese Weise entsteht auch bei größeren Modulen ein einheitliches Härtebild. „Wir passen die benötigte Energiequelle perfekt an das Bauteil an. Es gibt keine Standardlösungen. Dafür verfügen wir bei den Generatoren über ein extrem flexibles Konzept“, ergänzt Rechtacek.   

Härte-Technologie aus einer Hand
Das Gleiche gilt für die eldec-Härtemaschinen der „MIND“-Reihe. Die Abkürzung steht für Modular Induction – die Maschine wird je nach Werkstückabmessung, gewünschtem Härtebild und Losgröße ebenso passgenau konfiguriert. Dank des Baukasten-Systems kommen ausnahmslos bewährte Komponenten zum Einsatz. Davon profitiert die Stabilität der Anlagen, zudem kann die Technologie zu einem guten Preis-Leistungs-Verhältnis angeboten werden. Und nicht zuletzt erfolgt natürlich auch die Herstellung der Induktor-Werkzeuge entlang der Vorgaben des Kundens. Sie werden mithilfe von 3D-CAD-Software mikrometer-genau anhand des Werkstücks konstruiert. „Wir stellen unseren Kunden am Ende eine maßgeschneiderte Maschine zur Verfügung, zu der bei Bedarf auch  Automatisierungslösungen per Roboter gehören. Sie lassen sich als ganzheitliches Härtesystem perfekt in Produktionslinien mit Weich- und nachfolgender Hartbearbeitung integrieren“, erklärt Rechtacek.  – Anschließend erfolgt die Lenkritzelproduktion vom Rohling bis zum fertigen Bauteil in einem mehrstufigen Prozess, zu dem auch Schleif- und Dreh-Maschinen von anderen EMAG-Unternehmen gehören können. Automotive-Kunden bekommen eine schlüsselfertige Gesamtlösung.

Bearbeitungsqualität im Fokus
Nicht zuletzt punktet bei der großvolumigen Produktion eines sicherheitsrelevanten Bauteils die garantierte Bearbeitungsqualität und Maßhaltigkeit von MIND. Die Ausdehnung der Lenkritzel beim Einsatz von eldec-Technologie beträgt nur maximal 0,2 Millimeter. Für das Härten ist das ein extrem kleiner Wert, der zudem jederzeit reproduzierbar ist – bei der Etablierung neuer Produktionsstätten in Asien oder Südamerika ein wichtiger Faktor. „Wir werden häufig von Unternehmen angesprochen, die eine außergewöhnliche Bearbeitungsqualität für ihr Bauteil benötigen. Das können wir jederzeit garantieren. Dazu liefern wir maßgeschneiderte Anlagen für extrem wirtschaftliche Prozesse beim Härten. Mit diesen Vorteilen setzen wir uns immer wieder am Markt durch“, bestätigt Rechtacek abschließend.