Bei der Behandlung von metallischen Oberflächen ist oft immer noch Handarbeit gefragt, etwa im Werkzeug- und Formenbau. Die TU Wien zeigt auf der Hannover Messe, wie man diesen Arbeitsschritt weitestgehend automatisieren kann, dabei die Lebensdauer der Bauteile erhöht und Eigenschaften der Bauteiloberflächen gezielt verbessert. Mit winzigen Rissen an der Oberfläche fängt es an. Die ersten Schäden an einem Bauteil sind kaum sichtbar, doch bei weiterer Beanspruchung breiten sie sich aus und führen letztlich zum Versagen. Deshalb ist es entscheidend, die Oberfläche von stark beanspruchten Maschinenteilen optimal zu bearbeiten, insbesondere bei Metallteilen.

Prof. Friedrich Bleicher von der TU Wien stellt auf der Hannover Messe eine neuartige Bearbeitungsmethode vor: das Oberflächenhämmern. „Dabei wird ein Hammerkopf durch einen Aktuator in eine oszillierende Bewegung versetzt“, erklärt Bleicher. „Das bewirkt bei jedem Einschlag eine mechanische Umformung in mikroskopischem Bereich.“ Mit der richtigen Hammertechnik kann man damit innere Druckspannungen in der oberflächennahen Randzone des Werkstückes hervorrufen. Wenn diese inneren Spannungen genau auf die später zu erwarteten Beanspruchungen angepasst werden, lässt sich die Lebensdauer von Bauteilen erhöhen.

Der Werkzeug- und Formenbau stellt oft extrem hohe Anforderungen an Bauteiloberflächen. Gleichzeitig sind die Stückzahlen sehr gering, in der Regel wird nur ein einziges Werkstück hergestellt. „Die Oberflächenveredelung in der Werkzeugherstellung ist bisher daher kaum wirtschaftlich automatisiert“, erklärt Prof. Friedrich Bleicher. Poliert und geglättet wird dort nach wie vor per Hand.

„Wir bearbeiten Oberflächen mit robotergeführten Aktuatoren – mit 200 bis 400 Hammerschlägen pro Sekunde“, sagt Friedrich Bleicher. Hammerköpfe werden mit unterschiedlich geformten Aufsätzen versehen, um die Oberflächen effizient und genau auf die gewünschte Anforderung hin zu bearbeiten. Dadurch lässt sich je nach Bedarf eine möglichst glatte oder aber auch eine strukturierte Oberflächencharakteristik erzielen. Für die Lebensdauer spielt diese Oberflächenbeschaffenheit eine entscheidende Rolle. Auch andere gewünschte Effekte sind auf diese Weise möglich. So kann beispielsweise der hydraulische Strömungswiderstand erheblich reduziert werden.

Zusätzlich lassen sich durch die Oberflächenbehandlung aber auch die mechanischen Eigenspannungen in den Randzonen des Werkstückes beeinflussen. „Stellen Sie sich ein Bauteil vor, das immer wieder auf Zug oder Biegung beansprucht wird“, sagt Friedrich Bleicher. „Wenn es im Bauteil von vornherein eingeprägte Eigenspannungen gibt, die für diese Beanspruchung günstig sind, kann die Lebensdauer deutlich erhöht werden.“ Das gilt auch für Effekte, die durch wiederholte Temperaturschwankungen hervorgerufen werden. Bei Alu-Druckgussformen konnte mit der Hammertechnik bereits eine Verlängerung der Lebensdauer um bis zu 50% erreicht werden.

Mehr zum Auftritt der TU Wien bei der Hannover Messe: www.tuwien.ac.at/HM2015

Technische Universität Wien, Wien