Die Arbeit macht die Maschine, die nötigen Berechnungen kommen von der THM: An einem Musterbauteil wird demonstriert, wie die Spindelrotation eines Werkzeugs mit dem Vorschub zu synchronisieren ist, um asymmetrisch zu walzen. Foto: THMWer sich ins Auto setzt und den Motor startet, muss sich – in der Regel – auf die Nockenwelle des Fahrzeugs verlassen können. Über den Zylindern sitzend ist sie ein zentrales Bauteil, um Kräfte zu übertragen. Aber auch in Lenkhilfepumpen oder Wärmepumpen von Elektrofahrzeugen sind sie anzutreffen. Täglich werden Nockenwellen so allein in Fahrzeugen weltweit hundertausendfach verbaut – sie leichter, robuster und zugleich einfacher zu fertigen, könnte enorme Effekte auf Produktions-, Betriebs- und Umweltkosten haben. Genau daran arbeitet die THM als Projektleiterin zusammen mit der Justus-Liebig-Universität und den regionalen Industriepartnern Schunk und S&W Feinmechanik im „Projekt OST“ (oberflächenverdichtete Sintermetall-Teile), das mit 300.000 Euro über das Hessische Landesprogramm LOEWE gefördert wird.

In der Regel werden die Nocken der Wellen heute noch gegossen oder in selteneren Fällen geschmiedet, dann durch Drehen oder Fräsen bearbeitet und durch eine Wärmebehandlung gehärtet und gegebenenfalls geschliffen. Die Werkstoffausnutzung ist gering. Diese Schritte möchte das „Projekt OST“ durch den Einsatz von gehärteten Sintermetallteilen deutlich vereinfachen und zugleich die Werkstoffausnutzung optimieren.

„Unser Prozess ist sicher noch am Anfang“, sagt Jan Tinz, wissenschaftlicher Mitarbeiter von Prof. Dr. Udo Fiedler vom Fachbereich Wirtschaftsingenieurwesen und Erstautor einer von der Fachgesellschaft „DAAAM International Vienna“ prämierten Präsentation zum Forschungsprojekt. Es gehe darum, zu zeigen, ob und wie Sintermetalle zur Herstellung hochbelasteter Teile genutzt werden können. Die Herausforderung: Sintermetalle sind porös, müssen also durch Walzen am Rand verdichtet werden. Die Geometrie von Nocken erlaubt aber kein einfaches, symmetrisches Walzen. Tinz erstellte die Berechnungen, um die Spindelrotation eines Werkzeugs mit dem Vorschub zu synchronisieren – getestet in einem vierachsigen CNC-Drehzentrum im Labor für Produktion der THM in Friedberg. Das Besondere: Seine Programmierung nach DIN/ISO-Norm erlaubt die Berechnung in gängigen Tabellen-Kalkulationsprogrammen. Der Vorgang ist damit herstellerunabhängig auf marktübliche Werkzeugmaschinen übertragbar.

Einen Prototyp gibt es schon. „Nun sollen über Messungen von Druckeigenspannungen an der JLU Aussagen zu der Lebensdauer belasteter Funktionsflächen getroffen werden“, sagt Tinz. Wie belastbar ist das Werkstück? Wie praxisnah der Vorgang? Bleibt die gewalzte Oberfläche stabil oder kommt es etwa zu Abplatzungen? Es sind praktische Fragen, die noch final beantwortet werden müssen. „In Zusammenarbeit mit S&W Feinmechanik untersuchen wir zudem ein schnelleres und zugleich winkelabhängiges Spannen der Werkstücke, um die bisherige Prototypenfertigung rasch zu einer Serienanwendung zu entwickeln“, blickt Jan Tinz in die nahe Zukunft.