Herstellung von Verbundbauteilen durch Einwalzen - Verfahrensentwicklung und experimentelle Grundlagen

Hagedorn, M.

Zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften von Bauteilen kommen in der heutigen Zeit vermehrt Verbundbauteile zum Einsatz. Diese können durch die Eigenschaftskombination der am Verbund beteiligten Werkstoffe erheblich besser an den jeweiligen Einsatzfall angepasst werden. Dabei kommen sowohl Bauteilverbunde mit eindeutiger Grenzfläche zwischen den Komponenten, wie beispielsweise bei Schneidstoffbeschichtungen, und sich gegenseitig durchdringende Verbundwerkstoffe, wie faser- oder partikelverstärkte Bauteile im Automobilbau zum Einsatz. Darüber hinaus werden früher einteilig hergestellte Bauteile, wie z.B. Nockenwellen, aus Gewichts- und Kostengründen mehr und mehr als gebaute Nockenwellen ausgelegt und gefertigt.

Die vorliegende Dissertationsschrift hat das Ziel, das Einwalzen als Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen zu untersuchen und auf Einsatzpotenziale aufzuzeigen. Dazu wird zunächst die Entwicklung aus dem Glatt- und Rohreinwalzen hergeleitet und das Verfahren gegenüber anderen umformtechnischen Fügeverfahren abgegrenzt. Durch die Neuentwicklung von Einwalzwerkzeugen ist es im Rahmen der Arbeit möglich geworden, die Prozesskette zum Einwalzen zu verkürzen und so das Verfahren für den industriellen Einsatz interessant zu machen. Die Schwerpunkte der Untersuchungen beziehen zum einen auf das Fügen von langgestreckten Verbundrohren, wobei die Festigkeit der Fügeverbindung durch den Widerstand gegen axiales Verschieben der Bauteile relativ zueinander überprüft wurde und zum anderen auf die Herstellung von Welle-Nabe-Verbindungen, deren Haltbarkeit auf einem Torsionsprüfstand ermittelt wurde. In diesem Zusammenhang werden die grundlegenden Einflussfaktoren des Einwalzprozesses auf die Fügeverbindung aufgezeigt und Parameterempfehlungen gegeben.

In einem Anwendungsbeispiel wird anhand einer durch Einwalzen gebauten Nockenwelle gezeigt, wie durch das Verfahren die Masse schnell bewegter Komponenten des Antriebsstranges reduziert werden kann. Durch Verfahrensvarianten besteht die Möglichkeit, das Einwalzen sowohl für die Großserie als auch für die Prototypenfertigung zu adaptieren. Darüber hinaus werden Weiterentwicklungen der Einwalztechnologie vorgestellt, die das Anwendungsspektrum des Verfahrens auf nichtrunde und dickwandige Profile ausdehnen.

Veröffentlicht als

Dissertation Universität Dortmund, Vulkan Verlag, Essen, 2006, ISBN 3-8027-8730-7, ISBN 978-3-8027-8730-0