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Kurbelwellen

Schmiedeverfahren senkt Gratanteil von 54 auf 7 %

| Autor/ Redakteur: Malte Stonis / M.A. Frauke Finus

Das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) hat ein neues Schmiedeverfahren entwickelt, das erheblich Material und Energie spart. Im EU-Projekt Reforch konnten die Forscher den Gratanteil beim Schmieden von Kurbelwellen von 54 auf 7 % senken.

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Bild 1: Das mehrdirektionale Schmiedewerkzeug presst Metall nicht nur durch Druck von oben in Form, sondern gleichzeitig durch Druck von den Seiten, so entsteht weniger Grat.
Bild 1: Das mehrdirektionale Schmiedewerkzeug presst Metall nicht nur durch Druck von oben in Form, sondern gleichzeitig durch Druck von den Seiten, so entsteht weniger Grat.
(Bild: IPH)

Bei dem entwickelten Schmiedeverfahren werden nicht nur die Gratanteile reduziert, sondern es wird auch Energie gespart. Rund 20 % Einsparungen sind in einem industriellen Umfeld möglich. Dort wurde das Verfahren auch bereits erfolgreich erprobt, sodass es nur noch ein kleiner Schritt bis zur Anwendungsreife ist. Zwei Jahre lang hat das IPH mit Fördergeldern der Europäischen Union und in enger Zusammenarbeit mit Unternehmen aus Spanien, Rumänien und der Türkei an dem Verfahren geforscht. Das Ergebnis: Die Wissenschaftler konnten den Gratanteil beim Schmieden einer Zweizylinder-Kurbelwelle erheblich senken.

Druck von oben und von den Seiten

Im konventionellen Schmiedeverfahren mussten 10,8 kg Stahl eingesetzt werden, um die untersuchte 7 kg schwere Kurbelwelle zu schmieden – das entspricht einem Gratanteil von 54 %. Mit dem neuen, mehrdirektionalen Schmiedeverfahren sinkt der Gratanteil auf nur 7 %: Um dieselbe Kurbelwelle herzustellen, genügen 7,5 kg Stahl. Zudem spart das neue Verfahren etwa 20 % Energie, weil weniger Stahl erhitzt werden muss.

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Möglich wird die Einsparung durch das sogenannte mehrdirektionale Schmieden. Bei herkömmlichen Schmiedeverfahren wird ausschließlich durch Druck von oben umgeformt. Überschüssiges Material entweicht zu den Seiten. Dadurch entsteht der sogenannte Grat, der anschließend entfernt werden muss. Beim mehrdirektionalen Schmieden wird der erwärmte Stahl dagegen nicht nur von oben umgeformt, sondern gleichzeitig durch Druck von den Seiten. So lässt sich der Stahl kontrollierter in Form pressen und weniger Material wird verschwendet.

Prototypen von Zweizylinder-Kurbelwellen

Das IPH beschäftigt sich bereits seit mehr als zehn Jahren mit dem mehrdirektionalen Schmieden und hat es in etlichen Forschungsprojekten weiterentwickelt. Im Rahmen des EU-Projekts Reforch wurde das Verfahren jetzt erstmals erfolgreich im industriellen Umfeld erprobt. Reforch steht für „resource efficient forging process chain for complicated high duty parts“ – zu Deutsch: „ressourceneffiziente Schmiedeprozesskette für komplizierte Hochleistungsbauteile“.

Rund 1,1 Mio. Euro hat die EU in das Forschungsvorhaben investiert. Am Projekt beteiligt waren insgesamt sechs Unternehmen und Forschungsinstitute aus Deutschland, Spanien, Rumänien und der Türkei. Das Institut für Elektroprozesstechnik (EPT) der Leibniz-Universität Hannover hat sich mit der Auslegung der induktiven Erwärmungsprozesse sowie der Energiebilanz des Schmiedeverfahrens auseinandergesetzt. Die spanische Firma Aurrenak hat das Umformwerkzeug hergestellt, das sich in eine ganz normale Exzenterpresse einsetzen lässt und den Pressendruck so umleitet, dass der Stahl gleichzeitig von oben und von den Seiten umgeformt wird. Erfolgreich getestet wurde das neue Verfahren in der Türkei: Das Schmiedeunternehmen Omtaş Otomotiv Transmisyon Aksami hat mit dem mehrdirektionalen Werkzeug bereits Prototypen von Zweizylinder-Kurbelwellen für Quads und Schneemobile hergestellt und möchte das Verfahren jetzt auf die Herstellung weiterer Kurbelwellentypen übertragen. Bis zur Anwendungsreife ist es also nur noch ein kleiner Schritt.

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