Kaltmassivumformung Rundkneten startet als Leichtbau-Verfahren durch

Vom Nischenverfahren für die Schmuckindustrie zur Leichtbauinnovation – das Rundkneten hat eine erstaunliche Entwicklung durchgemacht. Und im Hinblick auf die Elektromobilität ist die Entwicklung noch längst nicht zu Ende.

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Eigentlich muss sich die Kaltmassivumformung auf große Umbrüche gefasst machen, wie Dr. Frank Müller, Geschäftsführender Gesellschafter der HMP Heinrich Müller Maschinenfabrik, auf dem 32. Jahrestreffen der Kaltmassivumformer in Düsseldorf sagte. Autonomes Fahren und Elektroantriebe würden große Auswirkungen haben:

• Lenkwellen werden in automom bewegten Fahrzeugen ohne Lenkrad nicht mehr benötigt;

• Ausgleichswellen wird es in Fahrzeugen mit Elektroantrieb nicht mehr geben;

• Kardanwellen werden nicht mehr benötigt für den Fall, dass sich Elektroantriebe mit vorne und hinten verbautem Motor durchsetzen;

• Antriebswellen werden nur weiter benötigt, wenn das Antriebskonzept einen oder mehrere zentral angeordnete Motoren vorsieht, und

• Getriebewellen sind kein Wachstumsmarkt mehr, weil mit Elektroantrieben schaltbare Getriebe entfallen oder deutlich kleiner werden.

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Auf der anderen Seite sah Müller aber auch Chancen für sein Verfahren, das Rundkneten. „In Elektrofahrzeugen sind die Anforderungen an die Rotorwellen der Elektromotoren hoch. Sie müssen ein erhebliches Drehmoment hochdynamisch übertragen können und haben noch Aufgaben bei Kühlung, Sensoraufnahme und der Aufnahme der Rotorpakete“, sagte er. Das Kaltrundkneten bietet die Möglichkeit, aus einem Rohrabschnitt gewichtsoptimierte Komponenten herzustellen. Mithilfe des Verfahrens kann die Wandstärke partiell reduziert und der Werkstoff belastungsgerecht verteilt werden, und das mit Net-Shape-Toleranzen. „Mittels Rundkneten haben wir die Möglichkeit, den Werkstoff so zu verteilen, dass er sich an keiner Stelle langweilt“, verdeutlichte der HMP-Geschäftsführer. Bei Bedarf können Aufweitungen oder Stauchvorgänge für starke Werkstoffkonzentrationen im Querschnitt mithilfe von Warmstauchprozessen ergänzt werden. Vor allem sind die mit diesen Fertigungsprozessen erzeugten, gewichts- und belastungsoptimierten Formen einteilig.

Rundkneten kann vielfältige Geometrien produzieren

Darüber hinaus lassen sich mit dem Verfahren auch unrunde Querschnitte, Innenverzahnungen oder andere Formen erzeugen, wie Dr. Michael Marré, Leiter Innovation und Entwicklung beim Maschinenbauer Felss Systems, auf der Konferenz sagte. Welches Potenzial für die Ressourceneffizienz das Rundkneten erschließen kann, verdeutlichte er am Beispiel der Produktion von Lenkwellen. Klassischerweise wurden sie spanend hergestellt, dafür waren, ausgehend von Stangenmaterial, insgesamt acht Prozessschritte notwendig. Das Ausgangsgewicht des Rohlings lag bei 1492 g, das Endgewicht der Lenkwelle bei 692 g – der Großteil des Ausgangsmaterials wurde also bei dieser Produktionsweise zu Abfall.

Beim Rundkneten hingegen verlängert sich zwar die Prozesskette auf zehn Schritte. Doch indem ein Rohr mit 518 g Gewicht als Ausgangsmaterial dient, fällt wesentlich weniger Abfall an – das Endgewicht liegt bei 492 g. „In der Summe sind wir günstiger und leichter geworden“, sagte Marré.

Doch damit ist die Entwicklung für Felss Systems nicht beendet. Mit einem neu entwickelten Verfahren namens Tube+ sind nach den Worten von Marré nur noch sieben Fertigungsschritte notwendig. Beim Rohteileinsatz lassen sich damit 74 % des Ausgangsgewichts im Vergleich zum Zerspanungsteil einsparen, beim Endteilgewicht sind es immerhin noch 34 %.

Neuartiges Verfahren Tube+ funktioniert entgegengesetzt zum Rundkneten

Das Verfahren namens Tube+ funktioniert gleichsam entgegengesetzt zum Rundkneten: Während bei Letzterem ein Rohr durch die Umformwerkzeuge in seinem Durchmesser reduziert wird, wird bei Tube+ das Rohrende durch Aufbringen axialer Kräfte angestaucht. Dieses angestauchte Ende wird dann entlang einer Dornachse geschoben. Damit lassen sich an der Außenseite des Rohres gezielt Materialanhäufungen erzeugen. „Das kann man kalt machen“, erläuterte Marré zu dem neuartigen Verfahren, was zu einer höheren Genauigkeit als bei Warmumformverfahren führe und auch eine Verzunderung erspare.

Für die weitere Entwicklungen der Verfahren sieht Marré große Möglichkeiten durch Industrie 4.0 „Im Lebenszyklus von Bauteil und Produktionsanlage fallen große Mengen an Daten an, die heute nicht vernetzt sind, aber es in Zukunft sein könnten“, sagte der Entwicklungsleiter. „Die Begleitung in den beiden Zyklen Bauteil und Anlage ist für uns ganz entscheidend.“

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