Umformen statt Zerspanen: Mit Faktor zehn in die Zukunft
Baier & Michels nimmt in Ober-Ramstadt eine neue Fertigung für langschaftige Präzisionsteile mit komplexen Profilen in Betrieb. Im Zentrum steht eine 125 Tonnen schwere Flachbackenwalzmaschine. Mit dem Verfahren b&m EccoTec lassen sich Bauteile wie Schneckenwellen oder Stellspindeln spanlos, materialeffizient und mit deutlich höheren Taktzahlen herstellen.
Redaktion FERTIGUNGRedaktionFERTIGUNG
Im Aktuator der Burger Group: eine spanlos gefertigte Schneckenwelle von Baier & Michels – schneller als im herkömmlichen Verfahren hergestellt und sofort einbaufertig.b&m / Rüdiger Dunker
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Der Startpunkt des Projekts war bereits ein logistisches Ereignis: Durch ein 15 x 6 m weit geöffnetes Hallendach wurde der Grundkörper der nach Unternehmensangaben weltweit größten Flachbackenwalzmaschine in die neue Produktionsstätte eingebracht. Mit montierten Anbauteilen bringt die Anlage 125 t auf die Waage. Ihre Installation markiert für Baier & Michels den nächsten Schritt auf dem Weg zu einer industriell skalierbaren Fertigung langer Präzisionsteile.
400 Kilowatt Leistung für die Kaltumformung
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Das Herzstück der neuen Fertigung liefert 400 Kilowatt Leistung sowie bis zu 60.000 Nm Drehmoment. Diese Kraft setzt einen Kurbeltrieb in Bewegung, der eine Masse von 3,5 t bewegt. Gesteuert wird die Anlage durch ein selbstlernendes Regelungssystem, das Baier & Michels selbst entwickelt hat.
Technologisch basiert die Fertigung auf dem Verfahren b&m EccoTec, kurz für Ecological Coldforming Technology. Es überträgt das Prinzip der Kaltmassivumformung auf Bauteile, die bislang überwiegend zerspanend hergestellt wurden. Dazu zählen unter anderem Schneckenwellen, Stellspindeln, Kugelbolzen und Kolbenstangen.
Der Ansatz lautet: umformen statt zerspanen. Da bei dem Verfahren keine Späne entstehen und komplette Prozessschritte entfallen können, lassen sich bis zu 250 mm lange Präzisionsteile spanlos und direkt einbaufertig herstellen. Gleichzeitig steigen laut Unternehmen die Taktzahlen deutlich, während die Materialeffizienz zunimmt, heißt es.
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Disruptive Größe: Die Maschine nimmt eine Fläche von mehr als 60 qm ein. Gut 28.000 Stunden Entwicklungsarbeit investierte Baier & Michels in dieses Projekt.b&m / Rüdiger Dunker
Bis zu 40 Teile pro Minute möglich
„Mit Blick auf die metallverarbeitende Industrie bringt dieses Verfahren ein stark disruptives Potenzial mit“, sagt Rainer Bürkert, Mitglied der Konzernführung der Würth Gruppe, zu der Baier & Michels gehört. Bei der zerspanenden Herstellung komplexer Bauteile, etwa einer Schneckengetriebewelle, entstünden traditionell rund vier bis sechs Teile pro Minute. Mit dem neuen Verfahren seien bis zu 40 Teile pro Minute möglich – also nahezu das Zehnfache.
Auch die Ökobilanz soll sich verbessern. Je nach Bauteilgeometrie seien Material- und CO₂-Einsparungen von bis zu 67 % realisierbar, so Bürkert.
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Glatte Oberflächen und hohe Maßhaltigkeit
Formvielfalt trifft auf enge Toleranzen: Das b&m EccoTec genannte Fertigungsverfahren sollcneue Spielräume für anspruchsvolle Außengeometrien von Kaltformteilen schaffen.Rüdiger Dunker
Die Vorteile des Kaltmassivumformens liegen nicht nur in der Prozesskette, sondern auch in den Werkstoffeigenschaften. Beim Umformen werden die Materialfasern nicht getrennt. Stattdessen steigt die Versetzungsdichte im Kristallgitter, das Bauteil verfestigt sich, und die Oberfläche wird verdichtet sowie besonders glatt.
In vielen Fällen kann dadurch eine energieintensive Wärmebehandlung entfallen, insbesondere bei AFP-Stählen. Diese Werkstoffe verbinden hohe Festigkeit mit guter Duktilität und eignen sich damit für Anwendungen, bei denen belastbare und präzise Funktionsflächen gefragt sind.
Zugleich erweitert b&m EccoTec den Gestaltungsspielraum bei Außengeometrien. Umsetzbar sind laut Herstellerangaben unter anderem Hinterschnitte, Verzahnungen, Lagersitze, Kugelkonturen und Funktionsflächen mit engen Toleranzen. Nach Angaben des Unternehmens fertigt Baier & Michels heute Formteile mit hohen Oberflächengüten sowie Rundlauf- und Durchmessertoleranzen von unter zehn Mikrometern. Auch Laufverzahnungsqualitäten bis Klasse 5 lassen sich prozessstabil herstellen.
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„Dank b&m-EccoTec lassen sich klassische Langdrehteile mit unterschiedlichsten Profilen hochpräzise, dabei schneller und messbar nachhaltiger als mit anderen Methoden herstellen", erklärt Olaf Ambros.b&m / Rüdiger Dunker
Wie sich das Verfahren in der Praxis bewährt, zeigt ein aktuelles Projekt aus der Antriebstechnik. Die von Baier & Michels hergestellten Schneckenwellen kommen unter anderem in den drehmomentstarken Aktuatoren der „High Torque“-Produktfamilie von Burger zum Einsatz.
„Die modular aufgebauten Aktuatoren eignen sich für 12V-CAN-Agrar- und 24V-CAN-Off-Highway-Anwendungen – etwa zur exakten Ventilregelung oder zur Teilbreitenabschaltung in Einzelkornsämaschinen“, erklärt Johannes Maier, Head of Business Unit Actuators des Getriebetechnikherstellers mit Sitz in Schonach im Schwarzwald.
Für Baier & Michels ist das Projekt eines von mehreren aktuellen Vorhaben und Kooperationen, mit denen der Kaltumformungsspezialist das Verfahren branchenübergreifend in industrielle Anwendungen bringt.
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Skalierbare Massenfertigung als Ziel
„Dank b&m EccoTec können wir maschinenfallende Teile mit reproduzierbarer Präzision und hervorragender Oberflächenqualität spanlos herstellen – und das in Ausbringungsmengen, die den industriellen Maßstab neu definieren“, sagt Olaf Ambros, Mitglied der Geschäftsleitung sowie Leiter Technik und Forschung & Entwicklung bei Baier & Michels. Für Kunden bedeute das niedrigere Produktionskosten und einen geringeren ökologischen Fußabdruck.
Die neue Fertigungslinie in Ober-Ramstadt bildet dafür die technische Basis. Der hauseigen konzipierte Maschinenpark und das lernfähige Regelungssystem sind auf Skalierbarkeit und effiziente Massenfertigung ausgelegt.
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Für Ambros ist die Installation der 125 t schweren Walzmaschine deshalb mehr als ein Meilenstein für Baier & Michels: „Sie ist der Startpunkt für eine Fertigung, die das spanlose Herstellen langer Präzisionsteile in die industrielle Breite bringt.“
FAQ zur Kaltumformung
Was ist das Besondere an b&m EccoTec? b&m EccoTec steht für Ecological Coldforming Technology. Das Verfahren überträgt die Kaltmassivumformung auf Bauteile, die bisher meist zerspanend gefertigt wurden – etwa Schneckenwellen, Stellspindeln, Kugelbolzen oder Kolbenstangen. Dadurch entstehen keine Späne, und einzelne Prozessschritte können entfallen.
Welche Vorteile bietet das Verfahren gegenüber der Zerspanung? Das Verfahren soll deutlich höhere Ausbringungsmengen, eine bessere Materialeffizienz und geringere CO₂-Emissionen ermöglichen. Laut Baier & Michels seien bei komplexen Bauteilen bis zu 40 Teile pro Minute möglich; bei der klassischen Zerspanung seien es häufig nur vier bis sechs. Je nach Geometrie würden sich Material- und CO₂-Einsparungen von bis zu 67 % erzielen lassen.
Warum verbessert Kaltmassivumformung auch die Bauteileigenschaften? Beim Kaltmassivumformen werden die Materialfasern nicht getrennt. Das Bauteil verfestigt sich, die Oberfläche wird verdichtet und besonders glatt. Dadurch können hohe Oberflächengüten, enge Rundlauf- und Durchmessertoleranzen sowie prozessstabile Verzahnungsqualitäten erreicht werden.
In welchen Anwendungen kommen die Bauteile zum Einsatz? Ein Beispiel ist die Antriebstechnik: Schneckenwellen von Baier & Michels werden in drehmomentstarken Aktuatoren der „High Torque“-Produktfamilie von Burger eingesetzt. Diese eignen sich etwa für Agrar- und Off-Highway-Anwendungen, zum Beispiel zur exakten Ventilregelung oder zur Teilbreitenabschaltung in Einzelkornsämaschinen.
