Hochfrequenzhärten ist ein Oberflächenhärtungsverfahren, bei dem die Zahnradoberfläche mittels elektromagnetischer Induktion rasch auf ihre kritische Temperatur (typischerweise 800–950 °C) erhitzt und anschließend sofort in Wasser oder Öl abgeschreckt wird. Dadurch entsteht eine martensitische Härteschicht, die die Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit deutlich erhöht, ohne die Kernfestigkeit des Zahnrads zu beeinträchtigen. Da in der Industrie immer höhere Leistungsanforderungen für kompakte Anwendungen mit hohem Drehmoment gestellt werden, sind hochfrequenzgehärtete Zahnräder in der Automobil-, Bergbau-, Energie- und Präzisionsmaschinenindustrie unverzichtbar geworden.

Kernleistungsvorteile

1. Extrem hohe Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit
Durch schnelles Erhitzen der Zahnoberfläche und anschließendes Abschrecken bildet sich eine gehärtete Martensitschicht mit einer Härte von HRC 55–62 (häufig bei 40Cr- oder 42CrMo-Stahl zu finden).

• Die Verschleißfestigkeit verbessert sich um über 50 %

• Der Oberflächenverschleiß beträgt nur 30–50 % im Vergleich zu herkömmlichen, unbehandelten Zahnrädern.

• Ideal für Umgebungen mit hoher Reibung, wie z. B. in Hochleistungsgetrieben und Bergbaumaschinen.

2. Hohe Dauerfestigkeit
Durch den Abschreckprozess entstehen Druckeigenspannungen in der gehärteten Schicht, welche die Entstehung und das Wachstum von Oberflächenrissen unterdrücken.

• Die Ermüdungsgrenze erhöht sich um 20–30 %.

• Beispielsweise können Hauptwellenzahnräder von Windkraftanlagen aus 42CrMo eine Lebensdauer von 20 Jahren erreichen.

3. Kernfestigkeit erhalten
Lediglich die äußere Schicht wird gehärtet (üblicherweise 0,2–5 mm), während der Kern duktil und schlagfest bleibt.

• Diese doppelte Eigenschaft gewährleistet sowohl Oberflächenbeständigkeit als auch Bruchfestigkeit unter Stoßbelastungen

• Weit verbreitet in Kfz-Achsgetrieben und stoßbelasteten Bauteilen

Vorteile der Prozesssteuerung

1. Präzise lokale Härtung
Das Verfahren kann auf einzelne Zähne oder bestimmte Bereiche der Zahnradoberfläche abzielen und eignet sich daher für komplexe Profile wie Planetenräder und Sonderformen.

• Die Härtungstiefe ist über Frequenz, Leistung und Zeit einstellbar.

• Ermöglicht eine anwendungsspezifische Behandlung mit minimaler Verformung

2. Hohe Effizienz und Energieeinsparungen
Der gesamte Prozess dauert nur wenige Sekunden bis einige zehn Sekunden, wodurch der Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Methoden um 30 % reduziert wird.

• Kompatibel mit automatisierten Produktionslinien, die Roboterhandhabung nutzen

• Gut geeignet für die Massenproduktion

3. Geringe Verformung
Die lokalisierte und schnelle Erwärmung minimiert die thermische Verformung.

• Bei Präzisionszahnrädern (z. B. CNC-Spindelzahnrädern) kann die Rundheitsabweichung auf ≤0,01 mm begrenzt werden.

• Während Laserabschreckung noch geringere Verformungen verursacht, ist Hochfrequenzabschreckung kostengünstiger und bietet eine größere Flexibilität in der Abschrecktiefe.

Material- und Kosteneffizienz

1. Breite Materialkompatibilität
Anwendbar auf mittel- und hochkohlenstoffhaltige Stähle sowie auf legierte Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von ≥0,35 %, wie z. B. S45C, 40Cr und 42CrMo.

• Unterstützt ein breites Spektrum an industriellen Getriebeanwendungen

2. Überlegenes Kosten-Leistungs-Verhältnis
Durch Hochfrequenzabschreckung können kostengünstigere Werkstoffe verwendet werden (z. B. kann 40CrNiMoA ersetzt werden), wodurch die Materialkosten um 20–30 % gesenkt werden.

• Weniger Nachbearbeitung ist erforderlich

• Kürzere Produktionszyklen verbessern die Gesamteffizienz der Fertigung.

Typische Anwendungen

Hochfrequenzgehärtete Zahnräder finden aufgrund ihrer ausgezeichneten Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit und Dauerfestigkeit in zahlreichen Branchen breite Anwendung.AutomobilsektorSie werden in Getrieberädern aus 40Cr-Stahl verwendet, die bis zu 150.000 Kilometer halten können, sowie in Kurbelwellen von Hochleistungsmotoren.schwere MaschinenDiese Zahnräder werden in Brecherwellen im Bergbau eingesetzt, wo die Oberflächenhärte HRC 52 erreicht und die Biegeermüdungsfestigkeit 450 MPa übersteigt.

In PräzisionsgeräteSpindelzahnräder aus 42CrMo können beispielsweise in CNC-Werkzeugmaschinen über 5.000 Stunden ohne Verformung betrieben werden. Sie sind auch Schlüsselkomponenten in den Hauptwellen von Windkraftanlagen, wo Zuverlässigkeit und Langlebigkeit entscheidend sind. In den BereichenSchienenverkehr und RobotikHochfrequenzhärten wird zur Verbesserung von Getriebesystemen in Hochgeschwindigkeitszügen und Robotern sowie zur Verstärkung von Planetenrollengewindetrieben eingesetzt.

Zukunftsaussichten

Durch die Kombination aus gehärteter Oberfläche und zähem Kern sind hochfrequenzgehärtete Zahnräder in Anwendungen mit hohen Belastungen, hohen Drehzahlen und hohen Präzisionsanforderungen unersetzlich. Dank ihrer flexiblen Verarbeitung, minimalen Verformung und Kosteneffizienz bleiben sie eine bevorzugte Lösung in der Automobilindustrie, der Energietechnik und im Präzisionsmaschinenbau.

Zukünftige Entwicklungen werden sich auf Folgendes konzentrieren:

• Integration digitaler Steuerungen zur weiteren Optimierung der Prozessgenauigkeit

• Förderung kurzer, umweltfreundlicher Verfahren zur Reduzierung des Energieverbrauchs und der Emissionen