Leicht und rund

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Das Rundknetverfahren formt aus Stangen oder Rohren hochbelastbare Wellen, die in der Regel weitaus leichter sind als ihre spanabhebend geformten Pendants.

01. Juni 2010

Rundkneten ist ein Massiv-Kaltumformverfahren zur Querschnittsverringerung an metallischen Stäben und Rohren mit zwei oder mehr Werkzeugsegmenten. Die Werkzeuge umschließen den zu vermindernden Querschnitt, laufen relativ zum Werkstück um und führen gleichzeitig in schneller Folge radial gerichtete Hübe aus. Diese weggesteuerten Hübe übertragen hohe spezifische Umformkräfte auf das Werkstück.

Grundsätzlich wird zwischen dem Vorschub-Verfahren zum Erzeugen langer, reduzierter Querschnitte bei vergleichsweise flachen Übergangswinkeln und dem Einstech-Verfahren zur örtlichen Querschnittsverminderung und zum Erzeugen steiler Übergangswinkel unterschieden. Dazu wird der radialen Werkzeugbewegung ein zusätzlicher Schließhub überlagert.

Neben allen Vorzügen der Kaltumformung, wie kurzer Bearbeitungszeit, günstigem ›Faser‹-Verlauf, engen Toleranzen und guten Oberflächen, bietet das Verfahren ein beachtliches Potential für Material- und Gewichtseinsparungen.

Die Verringerung des Durchmessers führt bei massiven Stäben aufgrund des konstanten Gesamtvolumens zu einer Verlängerung des Werkstücks. So kann etwa am Einsatzgewicht des Rohlings für eine rundgeknetete PKW-Massivantriebswelle gegenüber der spanend hergestellten Ausführung 20 Prozent Material eingespart werden.

In Rohren ist der Werkstofffluss komplexer. Längenzunahme, Innendurchmesserabnahme und Wanddickenänderung beeinflussen sich wechselseitig, abhängig von Werkstoffeigenschaften und Werkstückgeometrie. Durch Einsatz von Stützdornen lässt sich die Wanddicke gezielt verringern.

Das Potential zur Gewichtseinsparung wird noch besser genützt, wenn von massivem Ausgangsmaterial auf Rohr umgestellt wird. Hier ist die verfahrensbedingte Möglichkeit, Einstiche in der Werkstückmitte fertigen zu können, entscheidend.

Je nach Querschnittsabnahme und Umformverhalten des Werkstoffs werden durch Kaltverfestigung Steigerungen der Zugfestigkeit erreicht. Dies ermöglicht in bestimmten Fällen den Einsatz kostengünstigerer Werkstoffe mit geringerer Ausgangsfestigkeit oder eine geringere Dimensionierung des Werkstücks, das heißt eine zusätzliche Verringerung des Materialeinsatzes und des Gesamtgewichtes.

Zudem zeichnet sich das Rundkneten gegenüber anderen Verfahren durch die erzielbaren Umformgrade (ohne Zwischenglühen) und die Fülle der Formgebungsmöglichkeiten aus. Neben rotationssymmetrischen Formen sind auch Zweiflach, Drei-, Vier- oder Sechskantprofile herstellbar.

In Rohre können durch den Einsatz entsprechend ausgelegter Dorne hochpräzise und komplexe Innenkonturen eingebracht werden, beispielsweise Innensechskant, lange Evolventen- oder Kerbverzahnungen, aber auch in sich verjüngende Werkstücke oder Sackbohrungen.

Fügeoperationen sind ebenfalls zuverlässig realisierbar. So lassen sich zwei ineinandergesteckte Teile kraft- und formschlüssig verbinden. Und last-not-least: Rohrenden können zu massiven druckdichten Zapfen umgeformt werden.

Neben den meisten Stählen und NE-Knetlegierungen lassen sich auch Nickel, Wolfram, Titan und ihre Legierungen rundkneten, oft sogar Sinterwerkstoffe. Bei teuren Werkstoffen wie nicht rostenden Stählen oder hochtemperaturfesten Nickelbasis-Legierungen führt das Rundknetverfahren durch minimierten Werkstoffeinsatz zu erheblichen Kosteneinsparungen. Diese zudem häufig schwer zerspanbaren Werkstoffe lassen sich in der Regel im Rundknetverfahren gut umformen.

Beispiele für Rundknetteile findet man unter anderem in der Fahrzeugindustrie (zum Beispiel Antriebswellen, Lenkspindeln, Stoßdämpfer, Spurstangen, Haltestangen für Kopfstützen, Airbag- und Gurtstrafferzylinder), Medizintechnik, Feinmechanik und Optik sowie im Sanitär-, Hausgeräte- und Klimatechnikbereich.

Das Produkt

Ob Antriebswelle, Stoßdämpfer oder präzises medizinisches Operationsbesteck – die Bearbeitung solcher Komponenten auf der Rundknetmaschine ›Generation-E‹ von Felss birgt ein beachtliches Potenzial, Rohstoffe, Energie und Kosten zu sparen. Rundkneten ist hierfür ein besonders schonendes, effizientes Verfahren: Spezielle Werkzeuge stoßen in schneller Folge radial auf das kalte Rohr und bringen das Material zum Fließen.

Fast alle metallischen Werkstoffe (Dehnung mindestens 8 %) können durch das Rundkneten bearbeitet werden. Durch den Einsatz von Rohren als Rohlinge kann sich das Gewicht eines Werkstücks um 50 Prozent verringern. So wiegt die rundgeknetete, hohle Antriebswelle eines erfolgreichen deutschen Kleinwagens bei gleicher Festigkeit nur halb so viel wie herkömmliche Antriebswellen. Die rundgeknetete Welle für ein Doppelkupplungsgetrieben wiegt im Vergleich zu ihren massiven Vorgängern nur noch 3,3 statt 5,2 Kg.

Das Unternehmen - Die Felss-Gruppeaus Königsbach-Stein ist ein Weltmarkt- und Technikführer im Bereich der Kaltumformung. Vor mehr als 100 Jahren gegründet, beschäftigt das Unternehmen heute 400 Mitarbeiter und erzielte 2008 einen Umsatz von 100 Mio. €. Neben Automotive zählen Branchen wie die Medizin-, Klima-, Mess- und Regelungstechnik zu den Hauptkunden.

Zur Felss-Gruppe gehören die Tochtergesellschaften Felss Burger und Rotaform. Felss Burger entwickelt und baut schlüsselfertige Systeme zur Serienproduktion von Automobilkomponenten wie Brems- und Kühlleitungen, Sitz- und Strukturelementen oder auch Common-Rail-Systembestandteilen. Der Komponentenfertiger Rotaform produziert im Auftrag von Kunden die gesamten umgeformten Komponenten.

Erschienen in Ausgabe: 03/2010