Hirth-Verzahnung

Hirth-Verzahnung aus Aluminium, farbig eloxiert zur Darstellung des Zahneingriffes

Die Hirth-Verzahnung ist eine axial wirksame, planseitige Verzahnung. Sie wurde Anfang des 20. Jahrhunderts von Albert Hirth erfunden. Im Maschinenbau gehört die Hirth-Verzahnung zu den formschlüssigen Verbindungen von Welle und Welle und dort zu der Gattung der festen, aber lösbaren Kupplungen. Sie hat keine Evolventenverzahnung und wird auch Plan-Kerbverzahnung genannt. Die Zähne liegen hier im Sinne einer formschlüssigen Kupplung statisch und flächig aneinander, sind radial angeordnet, konisch und zentrieren die Bauteile. Sie baut am kleinsten von allen lösbaren Kupplungen. Sie eignet sich zur Verbindung von Wellenenden mit Zahnrädern, Scheiben und Kurbelwangen oder unmittelbar von Zahnrädern mit Zahnrädern, wie auch Scheiben ohne Welle. Zum vollen Kraftschluss ist eine axiale Verspannung notwendig, die wiederum die Drehmoment­übertragung begrenzt.

Sie wurde z. B. verwendet, wenn eine Kurbelwelle zu Montagezwecken zerlegt werden können muss, z. B. weil die Pleuel – anstelle der „normalen“ Bauart mit geteiltem Fuß – einteilig gebaut werden.

Wegen des hohen Fertigungs­aufwandes war die echte (mechanisch bearbeitete) Hirth-Verzahnung weniger zu finden. Anwendungsbeispiel war in den 1950er Jahren die Kurbelwellen der Zweizylinder-Motoren des deutschen Motorrad-Herstellers Adler.

Durch Anreihung von Teilen von Einzylinder-Kurbelwellen entstanden früher so auch in Umbauten beim Kunden auf einfache Weise zusammengesetzte Kurbelwellen für Dreizylinder- und Vierzylinder-Motoren für damalige höhere Leistungsansprüche.

Heute wird das Konstruktionselement der Hirth-Verzahnung z. B. zwischen den Läuferscheiben der Verdichter von Turbinentriebwerken für Flugzeuge und in stationären Anlagen (Gasturbine) genutzt.

So wird die Hirth-Verzahnung auch in der Kurbelgarnitur von Rennfahrrädern verwendet. Beim Komponentenhersteller Campagnolo ersetzt eine zweiteilige Hohlachse, die über eine Hirth-Verzahnung verbunden wird, die einteilige Vierkantachse. Ein ähnliches System hat der Fahrradhersteller Specialized vorgestellt; dort werden die Achshälften jedoch mit einer weniger feinen Verzahnung verbunden.

Eine weitere Verwendung der Hirth-Verzahnung ist das Indexieren des Schalttellers von Rundschalttischen in Werkzeugmaschinen. Durch die selbstzentrierende Wirkung der Hirth-Verzahnung werden dabei höchste Teilgenauigkeiten bis zu einer Bogensekunde erreicht.

In neuerer Zeit wird seitens der Autoindustrie wieder verstärkt an der serienmäßigen Anwendung der Hirth-Verzahnung für gebaute Kurbelwellen geforscht.

Zur Anbindung von Einzelkomponenten, wie z.B. Schwingungsdämpfer und Steuerkettenrad, hat die Hirth-Verzahnung bereits Einzug in die Serienfertigung von PKW-Motoren gefunden. Zur Herstellung der Verzahnungen wurden alternative Fertigungsverfahren, wie Sintern und Fließdrücken, adaptiert.

Herstellung

Durch die modernen Werkzeugmaschinen und Fertigungsverfahren lässt sich heutzutage das Bauelement auch kostengünstig realisieren. Dabei kommen folgende Fertigungsverfahren zum Einsatz:

• Fräsen
• Profilschleifen für hochgenaue Verbindungen (Schleifen)
• Spritzgießen
• Gesenkschmieden
• Fließdrücken
• Sintern

Geometrisch wird eine 60° Stirnverzahnung auf das Wellenende eingebracht. Dabei steigt der Zahnkopf radial von innen nach außen und der Zahngrund fällt radial, von innen nach außen, ab. Alternativ kann auch ein Winkel rechtwinklig zur Drehachse der Welle sein. Um auf beiden Stirnseiten die gleichen Verzahnungen einbringen zu können, muss der Winkel vom radialen Anstieg des Zahnkopfes gleich dem Winkel des Abstiegs des Zahngrunds, sein. Dieser Winkel ist nur von der Zähnezahl abhängig. Die Zahntiefe ist von der Zähnezahl und dem Durchmesser der Hirth-Verzahnung abhängig.

Quellen/Literatur

• G. Niemann, Maschinenelemente, Hrsg. Springer-Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1960, 4. Neudruck
• Dubbel - Taschenbuch für den Maschinenbau, Hrsg. Springer-Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1958

Weblinks

• Hirth-Verzahnung-Anwendungen
• Bild der ADLER Kurbelwelle mit Verzahnung
• Hirth-Verzahnung bei Rennrädern (Technische Beschreibung und Bilder)
• Einsatz der Hirth-Verzahnung in Rundschalttischen
• Katalogauszug der Fa. Voith-Hirth
• Hirth-Verzahnung bei technischen Bürsten für den Maschinenbau