Schmiedeteile für besondere Belastungen – Gesenkgeschmiedete Scharniere und Verschlusskomponenten

In unserem vorangegangenen Beitrag zur Hebetechnik stand die Absicherung gegen extreme Zugbelastungen im Vordergrund. Am Beispiel von geschmiedeten Haken, Ketten und Ösen wurde aufgezeigt, wie der ununterbrochene „Faserverlauf“ des Stahls (genauer: Kornfluss) das Risiko eines Bauteilversagens minimiert. Während in der Hebetechnik primär linear wirkende Kräfte wirken, rücken bei Scharnieren und Verschlüssen komplexere Beanspruchungen in den Fokus.

Hängen schwere Luken oder Klappen am Scharnier, entstehen enorme Scherkräfte in zwei Richtungen gleichzeitig: Steht die Drehachse senkrecht, wirkt zum einen permanent die Schwerkraft nach unten. Zum anderen tritt beim schnellen oder kraftvollen Schließen eine massive Scherkraft tangential zur Rotationsachse auf. Diese beiden überlagerten Kräfte belasten die Übergänge zwischen den Scharnieraugen und dem Anschlussflansch extrem.

Im Rahmen einer Prototypenphase im Sondermaschinenbau wurden drei Fertigungsverfahren direkt miteinander verglichen – mit folgendem Ergebnis:

1. Die Gusslösung: Ein klassisches Gussteil schied praktisch bei den ersten realen Belastungstests unter zyklischer Beanspruchung sofort aus – die Augen brachen fast direkt ab. 
2. Die Vollzerspanung (Fräsen aus dem Vollen): Ein aus gewalztem Stahl gefrästes Scharnier zeigte ein deutlich besseres Verhalten. Doch nach einigen hunderttausend Schließzyklen konnten erste Rissbildungen an den Übergängen zwischen den Scharnieraugen und dem Anschlussflansch beobachtet werden. 
3. Die Gesenkschmiedelösung: Erst der Wechsel auf ein gesenkgeschmiedetes Scharnier brachte den entscheidenden Durchbruch. Das Bauteil überstand die Marke von weit über einer Million Belastungen im Dauertest ohne jegliche Ermüdungserscheinungen.

Der Grund für diese extreme Langlebigkeit liegt in der gezielten Steuerung des Werkstoffflusses während des Schmiedeprozesses. Anders als beim Fräsen wird der Faserverlauf des Stahls im Gesenk nicht unterbrochen, sondern folgt exakt der finalen Außenkontur des Scharniers. Er fließt ungestört um die Radien herum. Dadurch entsteht genau an den kritischen Übergängen – den Zero-Failure-Zones – eine hohe Gefügedichte und Ermüdungsfestigkeit, die Scherkräfte und Biegekräfte schadlos kompensiert.

„Seit über 20 Jahren unterstützen wir unsere Kunden bei der Optimierung von Schmiedeteilen durch Materialflusssimulation. Diese Technologie ermöglicht es, den Übergang von Schweißbaugruppen oder Gussteilen hin zu geschmiedeten Komponenten mit optimiertem Faserverlauf (Kornfluss) zu gestalten. Darüber hinaus trägt die Schmiedesimulation zur Reduktion von überschüssigem Material bei. Je nach Geometrie kann sogar ein vollständig gratfreies Schmieden realisiert werden, was nicht nur Material, sondern auch Energie einspart.“ (Dipl.-Math. Thomas Henneke, Geschäftsführer KB Schmiedetechnik GmbH)

Details zur technischen Ausstattung und den Zertifizierungen finden Sie im *Schmiedeblog* drop-forge.com des Autors unter dem Menüpunkt „Equipment“. Weitere Beiträge finden Sie in diesem Portal auf trendkraft und auf PrNews24.com.