Induktionserwärmung in der Produktion von Auto­mobil­kompo­nenten

Induktionserwärmung ist eine universelle Verfahrenstechnik, wel­che in allen Haupt­grup­pen der Fer­tigungs­technik wie Ur­for­men, Um­for­men, Trennen oder Fügen Anwen­dung findet. Die folgen­den Absätze enthal­ten eine - unvoll­ständige - Über­sicht über einige gängige Produk­tions­ver­fahren in der Auto­mobil­tech­nik, welche auf Induk­tions­erwär­mung beruhen.
 

Urformen

Herstellung von Metall-Matrix-Verbund­werk­stoffen (MMC) aus Alu­minium­legie­rungen mit Lang­fasern aus Stahl

Induktive Erwärmung einer Stahlfaser­matrix zur Ver­besse­rung der Infil­tra­tion und Benetzung durch den Aluminium-Guss­werk­stoff. Die Haupt­anwen­dung liegt in der selek­tiven Verstär­kung von Mulden­kolben zur Erhö­hung der Dauer­betriebs­festig­keit bei hoch­belas­teten PKW- und NFZ-Kolben in modernen Hoch­leistungs­diesel­moto­ren. Das Ver­fahren ist eine Alter­native zu den schon länger bekann­ten Saffil-Faser­verstär­kungen, welche aus Metall­oxyden bestehen.
 

Herstellung von Metallpulver durch Verdüsung von induktiv ge­schmol­zenen Metallen unter Schutz­gas oder Vakuum.

Aus den Metallpulvern werden eine Viel­zahl moderne Near-Net-Shape Bau­teile, wie Getriebe­zahn­räder, Pleuel­stan­gen, Pla­neten­rad­träger, Schwung­räder, Hydraulik­pumpen und eine Viel­zahl anderer Kompo­nen­ten gefer­tigt. Near-Net-Shape heisst end­abmes­sungs­nahe Ferti­gung. Das bedeutet, dass die gepressten und gesinterten Teile eine so hohe Form­genauig­keit haben, dass sie nicht mehr nachge­fräst werden müssen. Durch die Pulver­techno­logie lässt sich die sehr kosten­auf­wen­dige spanende Bearbei­tung kom­plexer Bau­teile vermeiden.
 

Umformen

Herstellung von KFZ-Teilen durch Massivumformung

Hier ist insbesondere das Warm­fliess­pressen von Werk­stücken aus Alumi­nium erwähnens­wert. Beim Warm­fliess­pressen werden die Roh­linge auf eine Tempe­ratur erwärmt, bei der die Rekris­talli­sation parallel zur Umfor­mung abläuft. Dadurch erfährt der Werk­stoff während der Umfor­mung keine Ver­festi­gung und kann nahezu unbe­grenzt umgeformt werden.

Moderne Fahrwerkskomponenten be­ste­hen aus Alu­minium, um die Gesamt­masse des Fahr­zeugs wegen des Ver­brau­ches und insbe­son­dere die unge­fe­derten Massen zur Ver­besse­rung des Fahr­komforts zu redu­zieren. Die früher aus Stahl-Hohl­körpern ge­schweiss­ten Radlager­gehäuse sowie Achs­lenker wer­den deshalb heute aus Alu­minium­legierungen gepresst.
 

Herstellung von KFZ-Teilen durch Schmieden

Die Massivumformung von Stahlteilen wird traditio­nell als Schmieden bezeichnet. Dabei unterscheidet man Frei­form­schmie­den und Gesenk­schmieden. Bei Stahl­werk­stoffen liegt die Ausgangs­tempe­ratur üblicher­weise bei ca. 1.200°C. Die induk­tive Erwär­mung von Stahl­werk­stoffen ist ener­getisch besonders günstig. Unter­halb der Curie­tempe­ratur von ca. 600°C sind die meisten Stahl­legie­rungen ferro­magne­tisch und lassen sich wegen der Ummagne­tisie­rungs­ver­luste im elektro­magne­tischen Feld besonders leicht erwärmen. Ober­halb der Curie­tempe­ratur erleich­tert der für Metalle relativ hohe elek­tri­sche Wider­stand die Erwärmung.

Wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Stahl, ist dieser beson­ders für die - nur mit Induk­tions­erwär­mung mög­liche - par­ti­elle Erwär­mung geeignet. Das beste Beispiel für Schmie­detechno­logie bei KFZ-Kompo­nenten ist die Kurbel­welle. Dabei handelt es sich wegen der Ver­tei­lung der Werkstoff­massen um ein hoch­kom­plexes Schmiede­teil.
 

Das Fügen ist der vielfältigste An­wen­dungs­be­reich von Induk­tions­er­wär­mung in der Auto­mobil­indus­trie. Beim thermomechanischen Fügen wird durch Ein­brin­gung von Wärme die Wärme­ausdeh­nung von Metallen ausge­nutzt, um eine kraft- oder form­schlüssige Ver­bin­dung zwischen Bau­teilen herzu­stellen.

Fügen

Eine der­artige Anwen­dung ist die induk­tive Erwär­mung von Getrie­bekompo­nen­ten vor dem Ver­nie­ten. Durch die induk­tive Erwär­mung entsteht zusätz­lich zu der form­schlüs­sigen Niet­verbin­dung eine kraft­schlüssige Verbindung der Bau­elemente, was eine Steige­rung der Zuver­lässig­keit durch die Redu­zie­rung der schwin­gungs­beding­ten Werk­stoff­er­mü­dung bewirkt.

Das Ein- oder Aufschrumpfen von Wälzlagern zur Fixie­rung ist wegen der nied­rigen Montage­kosten in Serien­ferti­gungen sehr beliebt. Beim Auf­schrumpfen von Wälz­lagern auf Wellen werden die Wälz­lager in wenigen Sekunden von Raum­tempe­ratur auf ca. 100 . . 150°C erwärmt und danach auf die Welle geschoben. Zum Ein­schrumpfen von Wälzlagern in Gehäuse werden die vorwie­gend aus Leicht­metall­legie­rungen beste­henden Gehäuse induktiv mit Hoch­frequenz­genera­toren in wenigen Sekunden auf die zum Fügen benö­tigte Tempe­ratur gebracht. Wegen der kurzen Takt­zeiten werden die zu erwär­menden Kompo­nenten nicht auf Heiz­platten, sondern aus­schliess­lich induktiv erwärmt. Anwen­dungsge­biete sind Kompo­nenten des Antriebs­stranges, Genera­toren, Anlasser sowie die diversen Stell­motoren der Schei­ben­wischer-, Fenster- oder Sitz­ver­stel­lungs­antriebe.

Verbreitet ist die Erwärmung von Ge­trie­be­kompo­nenten, wie Zahn­rädern oder Synchron­ringen zur Erleich­terung der Mon­tage auf dem Trieb­ling durch Montage­anlagen. Die Kompo­nen­ten wer­den dazu auf induk­tiven Erwär­mungs­sta­tionen im Mon­tage­takt von ca. 30 Sekunden auf 100 . . 200°C er­wärmt. Moderne PKW-Getriebe werden nahezu voll­ständig auto­matisch mon­tiert.

Die Verbindung von Innen- und Aussen­blech wird bei Türen und Klappen durch Roll­falzen und Kleben mittels roboter­geführ­ter Werk­zeuge reali­siert. Vorteile des Ver­fahrens sind die kurze Ein­arbeitungs­zeit, die hohe Flexi­bili­tät und eine bessere Qualität und Anmu­tung des Falzes. Die Vorhär­tung des Klebers wird durch ein inte­griertes induktives Gelieren vorge­nommen. Dabei wird das Kunst­harz durch eine kurz­zeitige Erwär­mung zu einem sofortigen Gelieren angeregt. Deshalb bleibt das Harz in der Maschine auch bei Still­stand­zeiten flüssig und wird nach dem Ein­bringen in den Bauteil­spalt sofort standfest.

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