Hannover Messe 2017

Neues Werkzeug ermöglicht Hinterschnitte

| Redakteur: Luca Meister

Dieses Schmiedewerkzeug erzeugt Hinterschnitte. Auf der Hannover Messe war es als Modell zu sehen.
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Dieses Schmiedewerkzeug erzeugt Hinterschnitte. Auf der Hannover Messe war es als Modell zu sehen. (Bild: IPH)

Ein Werkzeug, das bislang unmögliche Geometrien warm schmieden kann, hat das IPH auf der Hannover Messe vorgestellt. Damit lassen sich bereits während des Schmiedens sogenannte Hinterschnitte einbringen – beispielsweise die Kolbenbolzen-Bohrung bei Motorkolben.

Das Hinterschnittschmieden erleichtert die Nachbearbeitung, spart Material und senkt die Herstellungskosten. Dadurch wird die Verwendung von Kolben aus geschmiedetem Stahl wirtschaftlicher und die Kolben werden gleichzeitig belastbarer.

Bolzenbohrung bei Stahlkolben für Fahrzeugmotoren

Mit herkömmlichen Schmiedewerkzeugen ist es unmöglich, sogenannte Hinterschnitte auszuformen, weil sich die Bauteile dann nicht mehr aus dem Werkzeug entnehmen lassen. Bei Hinterschnitten handelt es sich um Aussparungen oder Vorsprünge senkrecht zur Ausformrichtung. Ein Beispiel ist die Bolzenbohrung bei Stahlkolben für Fahrzeugmotoren: Sie muss bisher nach dem Schmieden spanend hergestellt werden.

Mit dem neu entwickelten Schmiedewerkzeug des IPH lässt sich die Bohrung bereits während des Schmiedens vorformen. Das Werkzeug verfügt dazu über zwei bewegliche Stempel. Schliesst sich das Gesenk, fahren die Stempel aus, pressen sich horizontal in den heissen Stahl und erzeugen so die Aussparungen für die Kolbenbolzen-Bohrung – eben die Hinterschnitte.

Beim Öffnen des Gesenks fahren die Stempel wieder ein, sodass sich das Bauteil entnehmen lässt.

Keine Unterbrechung des Faserverlaufs

Das Hinterschnittschmieden erleichtert die Nachbearbeitung erheblich, spart somit Zeit und reduziert insgesamt die Herstellungskosten. Hinzu kommt, dass etwa fünf Prozent weniger Material und damit weniger Energie zur Erwärmung im Umformprozess vonnöten sind, wenn die Vorbohrung bereits während des Schmiedens eingebracht wird. Stahlkolben lassen sich künftig also nicht nur schneller und günstiger herstellen, sondern auch umweltfreundlicher.

Zudem könnte sich dank des neuen Schmiedeverfahrens auch die Bauteilqualität verbessern. Denn die spanende Bearbeitung unterbricht den Faserverlauf im Material, die Massivumformung nutzt ihn dagegen aus. Dadurch verringert sich die schädliche Kerbwirkung. Die Forscher vermuten, dass der Kolben dadurch belastbarer wird.

IPH erforscht mehrdirektionales Umformen

Wissenschaftler des Instituts für Integrierte Produktion Hannover GmbH (IPH) haben das Werkzeug gemeinsam mit Partnern aus der Industrie entwickelt. Die Technologie basiert auf dem sogenannten mehrdirektionalen Umformen, das das IPH seit fast zwanzig Jahren erforscht und für Kurbelwellen bereits zur Anwendungsreife gebracht hat. Im Forschungsprojekt «Hinterschnittschmieden» haben sich die Wissenschaftler zunächst auf Kolben aus hochfestem Stahl konzentriert, die in kleinen, spritsparenden Turbo-Motoren zum Einsatz kommen. Das Prinzip lässt sich jedoch auch auf viele weitere Bauteile übertragen. -mei- SMM

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