mikromal – Sonderforschungsbereich 747 „Mikrokaltumformen“ der Universität Bremen

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Mikrokaltumformen?

Durch wiederholtes Hämmern zu kleinen Bauteilen mit besonderen Eigenschaften

Ob in Mikropumpen für die Medizintechnik oder in Mikroventilen für die Automobilbranche, die Einsatzgebiete für Mikrobauteile aus Metall sind vielfältig. An der Universität Bremen wird dafür das Rundkneten eingesetzt, um die Möglichkeit zur Herstellung solcher Mikrobauteile zu erforschen. Neben einem tieferen Verständnis des Prozesses steht insbesondere die Fertigung neuartiger Geometrien im Vordergrund. Was ist besonders am Rundkneten?

Wie funktioniert das Rundkneten?

Stellen Sie sich einen Schmied vor, der eine dicke Stange aus Metall dünner machen will. Dafür erwärmt er die Stange, um das Material weicher zu bekommen. Mit Hilfe von Amboss und Hammer schlägt er auf die Stange, die dabei dünner und länger wird. Um sicherzustellen, dass die Stange rund bleibt, muss der Schmied zwischen den Hammerschlägen das Werkstück immer wieder drehen. Der Prozess des Rundknetens ist ähnlich, jedoch wird keine Wärme zur Bearbeitung verwendet. Anstatt mit nur einem wird mit zwei bis sechs Hämmern gleichzeitig auf die Stange geschlagen. Alle Hämmer sind kreisförmig um die Stange angeordnet. Durch die Anzahl und die Anordnung der Hämmer sind präzise Formen schnell erreichbar.

Die Herausforderung liegt im Mikrobereich

In jedem PKW sind rundgeknetete Bauteile eingebaut, zum Beispiel Lenkspindel oder Antriebswellen. Solche Bauteile mit relativ großen Abmessungen können zurzeit problemlos und wirtschaftlich in der Industrie hergestellt werden. Aber die Fertigung von kleinsten Bauteilen, die durch ein quadratisches Loch mit höchstens 1 mm x 1 mm Seitenlänge durchschlüpfen können, muss noch erforscht werden. Ein großes Problem ist die Anfertigung der Hämmerwerkzeuge - selbst mit einer starken Lupe kann man die Formen kaum noch erkennen. Und dabei ist höchste Genauigkeit gefordert: Ein Mikrobauteil darf von anderen nur um den Bruchteil der Dicke eines menschlichen Haares abweichen.

Meine Arbeit und bereits erzielte Ergebnisse

In meinem Projekt setze ich eine besondere Rundknetmaschine ein, die für diesen Forschungszweck gebaut wurde. Zu den Eigenschaften der Maschine zählt die hohe Anzahl der Hammerschläge pro Minute sowie ein selbstgebautes und hochpräzises Transportsystem für die Werkstücke. Zurzeit werden Drähte aus Aluminium, Kupfer und Stahl verwendet, so dass dünne Wellen mit 0,3 mm Durchmesser, z. B. für Mikromotoren, hergestellt werden können. Das unten stehende Bild zeigt einen Draht mit einer Form, die auf beiden Seiten einen Kegel hat. Dieser kann beispielweise als Stößel für Mikroventile verwendet werden. Die Abweichung von der Vorgabe des Konstrukteurs beträgt nicht einmal 10 Mikrometer, das sind 0,01 mm. Das neu gewonnene Werkstück ist dabei sogar noch fester geworden.

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