VSR: Vibrieren reduziert Eingenspannungen

Eigenspannungen mit Schwingungen reduzieren

| Redakteur: Konrad Mücke

Speziell bei grossen, schweren Bauteilen erweist sich Vibrieren als vorteilhaft, um beispielsweise durch Biegen und Schweis­sen eingebrachte Eigenspannungen deutlich zu reduzieren.
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Speziell bei grossen, schweren Bauteilen erweist sich Vibrieren als vorteilhaft, um beispielsweise durch Biegen und Schweis­sen eingebrachte Eigenspannungen deutlich zu reduzieren. (Bild: VSR Industrietechnik GmbH)

Thermisch und mechanisch in ein Werkstoffgefüge eingebrachte Eigenspannungen sind nur schwierig abzuschätzen. Sie können die Eigenschaften von Bauteilen erheblich beeinträchtigen. Durch koordiniertes Vibrieren lassen sie sich deutlich reduzieren.

Beim Biegen und Schweissen werden in metallische Bauteile mitunter sehr hohe Eigenspannungen induziert. Diese können die Festigkeit und speziell die Dauer-Schwingfestigkeit erheblich reduzieren. Neben dem klassischen Glühen hat sich seit über 70 Jahren das Vibrieren etabliert, um Eigenspannungen zu reduzieren. Einige auf diese Technologie spezialisierte Unternehmen, wie die VSR Industrietechnik GmbH in Duisburg, entwickeln das Verfahren seit mehr als 40 Jahren intensiv weiter. Beispielsweise die im Jahr 2017 vorgestellten Geräte Vibmatic 8000 des Duisburger Herstellers nutzen eine umfassende Modal­analyse, um das Vibrieren exakt auf die zu entspannenden Werkstücke abzustimmen.

In einem automatischen Messzyklus werden die frequenzabhängige Übertragungsfunktion und daraus die Eigenresonanzfrequenzen und die Dämpfung bestimmt. Angeregt werden die Schwingungen im Werkstück mit einem Modalhammer. Verbesserungen des Bauteilverhaltens durch die Vibrationsbehandlung werden in einem Protokoll dokumentiert.

Ortsunabhängig einsetzbar

Üblich dauert das Entspannen eines Bauteils etwa 60 min. Die tragbaren Geräte zur Modalanalyse und zum Vibrieren ermöglichen, Bauteile an beliebigen Orten zu entspannen. Zeit- und kostenaufwendige Transporte und Aufnahmen in Vorrichtungen, wie sie beim Glühen erforderlich sind, entfallen. Dadurch sind die Werkstücke innerhalb kürzester Zeit für weitere Produktionsprozesse verfügbar. Das vereinfacht und beschleunigt Fertigungsabläufe und reduziert drastisch den Logistikaufwand. Zudem entfallen zusätzliche Bearbeitungsschritte, zum Beispiel das beim Glühen unbedingt erforderliche Entzundern und Richten der Bauteile.

Energieeffizient und umweltfreundlich

Darüber hinaus ist das Vibrieren sehr energieeffizient und umweltfreundlich. Im Vergleich zum Spannungsarmglühen können durch den niedrigen Energieverbrauch des Verfahrens die Emissionen an CO2 um mehr als 90 Prozent gesenkt werden.

Dies erweist sich insbesondere bei grossen, schweren Bauteilen, beispielsweise geschweissten Rahmen, Gestellen und Betten für Werkzeug- und Sondermaschinen sowie für Strassen- und Schienenfahrzeuge, als besonders vorteilhaft. Durch Vibrieren lassen sich nahezu alle Stahlwerkstoffe nach unterschiedlichen, die Spannungen verursachenden Bearbeitungsschritten – zum Beispiel biegen und schweissen – ausreichend entspannen. Wissenschaftliche Untersuchungen mit Neutronenstrahlen haben dies bestätigt. SMM

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