Hammaspyöriä ei autosta näe päällepäin eikä niiden tehtäviä tunneta kovin hyvin. Silti nämä – myös kelloista ja polkupyöristä tutut mekaaniset osat, joita hammasrattaiksikin kutsutaan – ovat tärkeitä osia sekä automallin suunnittelussa että tuotannossa. Tervetuloa tutustumaan hammaspyöräasiantuntijan työhön.
Alansa asiantuntijan on tunnettava kaikki hammaspyörien valmistamisen tekniikat, koska ne vaikuttavat esimerkiksi hammaspyörien välityksen kapasiteettiin ja kestävyyteen. Myös välityksen tarkka mitoitus on tärkeää, kuten myös hammaspyörien rakenne. Hammaspyörillä toteutettu voiman välitys on vaihteiston toiminnan perusta.
Suunnitteluinsinööri Jaroslav Prokop kollegoineen vastaa Škoda-autojen vaihteistoista, mutta tiimi suunnittelee hammaspyöriä myös Volkswagen-konsernin muiden seitsemän automerkin kymmenien polttomoottorimallien vaihteistoihin.
Prokopille tekniikka on tullut verenperintönä. Sekä hänen isänsä että isoisänsä olivat töissä Škodalla, ja vaimokin on opiskellut koneenrakennusinsinööriksi. Myös vaimon isoisä työskenteli Škodalla historiallisten automallien, kuten vuosina 1955‒1959 valmistetun Spartakin aikaan. Voidaan siis sanoa, että kohtalo on johtanut Prokopin uran lähisukunsa kanssa samaan suuntaan.
"Mladá Boleslavin toisen asteen teollisuuskoulusta päästyäni suoritin taloustieteiden ja tietokonealan kurssit, ja pääsin Škodan päätehtaan mekaanisten työkalujen osastolle. Siellä käytin voimansiirron osia valmistavia koneita. Vuosituhannen vaihteessa aloitin työn hammaspyörien mittauskeskuksessa, jolloin törmäsin ensimmäisen kerran työhön, jota teen edelleen."
Hammaspyörien välitysten suunnitteluinsinööri Jaroslav Prokop on pitkän linjan asiantuntija.
Prokop innostui hammaspyörien välityksistä, niiden monitahoisesta ja monimutkaisesta maailmasta. Vuonna 2004 hän siirtyi tuotekehityspuolelle, jossa hän osallistui myös vaihteistojen kokoonpanon, komponenttien koneistuksen ja vaihteistokoteloiden valun suunnitteluun. Vähitellen hän alkoi keskittyä erityisesti hammaspyörien välityksiin. Tätä varten hän opiskeli Liberecin teknisessä yliopistossa ja suoritti tohtoriopinnot Ostravan teknisessä yliopistossa.
Hammaspyörien valmistus
Vuosia sitten hammaspyörien tärkeimpänä valmistustekniikkana oli kaavinta, joka tehtiin viimeisenä koneistusvaiheena ennen hammaspyörän karkaisemista. Työ tehtiin hiontapyörällä eli tarkkuushammaspyörällä, jossa on suuri määrä leikkausviisteellisiä hampaita ja jonka hampaissa on noin neljä kertaa enemmän hammasta kuin koneistettavassa hammaspyörässä.
Tämä tekniikka, pienemmän hammaspyörän koneistaminen suuremmalla hammaspyörällä, viimeistelee hammaspinnat jyrsintää hienommin. Ongelmana kuitenkin on, että tarkasti koneistettujen hampaiden muoto muuttuu myöhemmin lämmöllä tehtävän karkaisun myötä. Siksi tällä valmistustavalla ei päästä suurempien voimien välittämiselle riittävään tarkkuuteen.
Hammaspyörien nykyinen valmistustekniikka on hionta, jolla päästään mahdollisimman suureen tarkkuuteen.
Tarkkuusongelmen takia hammaspyörien valmistuksessa on siirrytty hiontaan, joka tehdään hammaspyörän karkaisun jälkeen. Näin eliminoidaan lämpökäsittelystä aiheutuvat muodonmuutokset ja lämpökäsittelyä edeltävän koneistuksen aiheuttamat epätarkkuudet. Pinnan laadusta saadaan parempi ja hammasmuodosta tarkempi kuin jyrsintätekniikoilla saataisiin. Hiontatekniikkaa käytetään pääasiassa tarkkuuskarkaistuissa hammaspyörissä, jotka kestävät suurempia voimanvälitykseen liittyviä rasituksia.
"Hoonausta alettiin käyttää vuoden 2004 paikkeilla," Jaroslav Prokop kertoo. "Tällä viimeistelytekniikalla päästään samaan hyvään pintalaatuun ja hammasmuodon tarkkuuteen kuin hionnalla. Sillä voidaan myös koneistaa hammaspyöriä, joiden monimutkaisen muodon vuoksi hiontaa ei voida käyttää."
"Valmistustekniikan kehitys kaavinnasta hoonaukseen tapahtui, koska piti pystyä tekemään hammaspyörien välityksestä vahvempi ja vankempi. Se aiheutui moottoreista johtuvista vaatimuksista: moottorit pienenivät iskutilavuudeltaan ja niiden vääntö kasvoi, mutta vaihteisto säilyi entisenlaisena.”
Jaroslav Prokop on ollut hammaspyöräspesialisti jo kahden vuosikymmenen ajan.
Jo kaksikymmentä vuotta hammaspyörätekniikassa pyörinyt Jaroslav Prokop työskentelee nyt isossa asiantuntijaryhmässä – yhdessä ihmisten kanssa, joista monia hän ei ole edes tavannut. Tiimiläiset ovat useiden eri projektien, kuten vaihteistosuunnittelun ja tekniikan asiantuntijoita, Prokopin tuodessa tiimiin oman hammaspyöräosaamisensa.
Tällä hetkellä tiimi kehittää hammaspyöriä, joiden hampaiden pintakarkeus on paljon pienempi kuin nykyisillä työkaluilla ja tekniikoilla pystytään tekemään. Tavoitteensa on pienentää kitkan aiheuttamia vaihteiston mekaanisia häviöitä ja samalla parantaa hammaspyörien kuormitettavuutta.
Vaihteistoja Intiaan ja Vietnamiin
Prokopin ja hänen kollegoidensa toinen tämänhetkinen työtehtävä liittyy tiettyjen polttomoottoriautojen vaihteistoihin. Škoda toimittaa vaihteistot koko Volkswagen-konsernille kolmi- ja nelisylinterisiin, iskutilavuudeltaan 1.0-1.6 litran moottorilla varustettuihin autoihin, ja on saanut vastuulleen myös näiden vaihteistojen kehittämisen.
Jaroslav Prokopin tiimin työn tulokset hyödyttävät sekä Škodaa että koko Volkswagen-konsernia.
Vaihteistojen käyttötyyli vaihtelee maittain ja markkina-alueittain.
"Esimerkiksi Intiassa kuljettajilla on oma erityinen tyylinsä käyttää vaihteistoa – se on huomattavasti intensiivisempi kuin vaikkapa Euroopassa. Olemme myös alkaneet vastata Vietnamin markkinoista, jossa arvelemme kohtaavamme taas erilaisen tyylin käyttää vaihteistoa", Prokop kertoo.
"Hoidamme kaiken suoraan Mladá Boleslavista, mukaan lukien vaihteistojen hammaspyörät. Siksi laajennamme ja syvennämme tietämystämme ja taitojamme jatkuvasti sekä kehitämme käytettäviä työkaluja ja simulaatioita. Tekniikkamme ovat alan huipputasoa, joten pystymme reagoimaan nopeasti ja joustavasti markkina-aluekohtaisiin tarpeisiin sekä tarvittaessa jopa suunnittelemaan uuden hammaspyörästön," Prokop summaa.
