Massivumformteile bleiben stabil und werden leichter

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Zum Erschließen der Leichtbaupotenziale in der Konstruktion bedienen sich die Massivumformer der FE-Methoden. Als Beispiel führt die Initiative eine geschmiedete Kurbelwelle an: Durch geometrische Optimierungen an der Kurbelwelle mit einer Masse von 13,9 kg kann Material im Bereich der Hublager durch Einschmieden von Einschnürungen reduziert werden. In diesem Fall wird auch für die Gegengewichte weniger Werkstoff benötigt. Ergänzt man die Konstruktion noch um festere Verbindungselemente für die Lagerschalen des Pleuels, lässt sich auch dieses geometrisch verändern: Unter Beibehaltung der benötigten Wandstärken kann das Pleuel schmaler und dünner ausgeführt werden.

Leichtbau ermöglicht 30 % leichtere Getriebewelle

Ein anderes Beispiel hat das Fraunhofer-IWU in Chemnitz vorgestellt: Da Getriebewellen hauptsächlich der Übertragung von Drehmomenten dienen und der Kern dabei nahezu unbelastet bleibt, ist bei der Anwendung von Hohlwellen eine Reduzierung der spezifischen Masse auf 70 % bei annähernd gleicher Torsions- und Biegesteifigkeit erreichbar, wie die Forscher berichten. Die Fertigung gestaltoptimierter Wellen setze eine Angleichung der Innenkontur an die Außenform voraus. Das erfordere neue Prozessrouten, für die sich vor allem inkrementelle Verfahren der Massivumformung mit abwälzenden Werkzeugen eigneten. Außer mit dem Bohrungsdrücken könne die Grundform von Getriebewellen bei Warmformgebungstemperatur auch durch Querwalzen mit Taktzeiten von 6 bis 12 s sehr produktiv hergestellt werden. Die Fertigung der Innenkontur erfolge während des Querwalzens mithilfe gesteuerter Dorne.

Die Wellenenden werden nach Angaben des IWU durch CNC-Radialschmieden verjüngt. Um die Oberflächen- und Außenkonturen, beispielsweise Zahnräder, auszuformen, müsse die Hohlwelle anschließend spanend bearbeitet werden. Abschließend werde sie wärmebehandelt und hart fertigbearbeitet.

Rohre als Halbzeug sparen Aufwand

Einen etwas anderen Ansatz präsentierten Prof. Eberhard Rauschnabel vom Ifutec Ingenieurbüro für Umformtechnik, Karlsbad-Langensteinbach, und Prof. Bernhard Adams vom Labor für Umformtechnik und Werkzeugmaschinen (LUW) der Hochschule Osnabrück auf dem Jahrestreffen der Kaltmassivumformer in Düsseldorf: Zum Herstellen wellenförmiger, verzahnter Stahlbauteile im Automobil-Antriebsstrang, die als ultraleichte Hohlwellen ausgelegt werden, setzen sie auf die Umformung von Rohrhalbzeugen.

„Präzisionshohlwellen bieten viel Leichtbaupotenzial und das Rohrhalbzeug erspart aufwendige Vorbearbeitungsschritte“, erläuterte Rauschnabel. Umformteile, die gegebenenfalls schon verzahnt sind, böten wirtschaftliche Vorteile und höhere Festigkeiten aufgrund des ununterbrochenen Faserverlaufs. Außerdem steige das Potenzial zur zur CO₂-Senkung innerhalb der Prozessketten, weil für das Rohr als Ausgangsmaterial weniger Stahl produziert werden muss.

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