WIAP Presse · Fachartikel und Pressemitteilungen · MEMV® Metall entspannen mit Vibration
Bislang erhitzt man Werkstücke glühend heiss: Diese Art der Entspannung halten auch die Schweizer Hochschulen in ihren Lehrplänen nunmehr für unökonomisch und unökologisch. Sie setzen in Forschung und Lehre wie zahlreiche Ingenieurbüros in der Praxis auf die Entspannung des Materials durch Vibration. Konstrukteure liefern ihre Zeichnungen mit der Vorgabe zum Vibrieren und nicht zum Glühen, wenn es um die Entspannung von Werkstücken geht.
Seit 2008 lanciert die Schweizer Firma WIAP AG leistungsfähige Metall-Entspannungsanlagen. Moderne PLC-Steuerungen und die Beschleunigungsaufnehmer-Elektronik sind darin integriert. Das Schweissen erzeugt Druck. Unter Schweisstemperaturen mit Gas bis zu 3150 Grad Celsius verziehen sich die entstehenden Nähte an den Randzonen. Der Schmelzpunkt des Stahls liegt bei 1600 Grad Celsius. Beim späteren Glühen zum Entspannen werden Temperaturen von 750 Grad erzeugt, die spannungsarme Variante liegt bei 600 bis 650 Grad.
Immens können die Kosten für die Entspannung sein. Komplexe Anlagen werden regelmässig über weite Strecken mit erheblichem logistischem Aufwand zu leistungsfähigen Öfen bewegt. Das belastet die Umwelt. Ein weiteres Problem stellt das Aussterben der Glühereien dar. Die Entspannung durch Vibration ist allein aus strukturellen Gründen eine zukunftsweisende Alternative. Mechanik macht nicht-elastische Körper schwingfähig; man setzt sie zumeist mittel- bis höherfrequenten, niederamplitudigen Schwingungen aus. So entweicht Druck aus den Randzonen der Nähte.
Die kostengünstigere Entspannung der Werkstücke mit den Anlagen der WIAP AG erfolgt also vor Ort. Die Fracht hingegen kann sich durch Erschütterungen beim Rücktransport und durch Temperaturschwankungen wieder verändern. Kunden wenden die Vibrations-Entspannungstechnik vor allem bei grösseren Bauteilen an, ebenso bei rostfreien Konstruktionen. Das Schweizer Unternehmen ist mit seinem Angebot seit 1981 auf dem Markt.
Geschäftsinhaber Hanspeter Widmer sagt: «Durch die zunehmende Anzahl von Schweisskonstruktionen verfügen wir endlich über eine kostengünstige und verlässliche Alternative.» 10 Tonnen schwere, zusammengefügte Metallteile können in 30 Minuten entspannt sein. Um 2 Tonnen Erregerenergie zu übertragen, wird ein Motor mit 1,1 Kilowatt eingesetzt. Geeignet ist das Gerät «WIAP® LC 20-C, VDSF® Metallentspannungsanlage Stufe 1 Simplex» für Werkstücke bis 20 Tonnen. Es bewährt sich seit 2008 in einem schwedischen Turbinenwerk.
Hanspeter Widmer und seine Frau Iris haben für solche Erfolge jahrelang Praxiserfahrung gesammelt. Beide sind überzeugt: «Dieses Geschäftsfeld ist ein ernst zu nehmender Konkurrent zum herkömmlichen Glühen geworden.» Seit 2006 sind die drei erwachsenen Kinder der Familie Widmer im Geschäft integriert. Die Widmer-Maxime: Konstruktionen, die schwerer sind als 100 Kilogramm, sollen ideal durch Vibration entspannt werden.
Das Werkstück wird auf 3 oder 4 WIAP Gummiunterlagen gestellt. Der Vibrator wird mit massiven Schraubzwingen verbunden. Bei kritischen Teilen kommen Wellen mit Prismen und ein Aluminiumschutz zwischen Erreger und Werkstück zur Anwendung, um Spanneindrücke zu vermeiden. Die Messsonde wird mit einer Spannbride am Werkstück befestigt. Abhängig vom Gewicht des Werkstückes wird die notwendige Leistung des Vibrationserregers eingestellt; eine vom Stückgewicht abhängige Ampere-Zahl soll nicht überschritten werden.
Die Drehzahl wird binnen einer Minute mit dem stufenlos einstellbaren Erreger nach oben gedreht. Der geschulte Operateur wählt die Stellen aus, an denen das Werkstück Eigenresonanz zeigt. Ist keine Eigenresonanz erkennbar, wird der Exzenter (0 bis 100 % einstellbar) nach oben verstellt. Der Operateur notiert Beschleunigung, Drehzahl und Ampere. Das Werkstück vibriert 30 Minuten lang; dabei wird genau beobachtet, dass es sich nicht in den wandernden Eigenresonanzbereich bewegt.
Nach der Entspannung wird der Eigenresonanzbereich erneut untersucht. So lassen sich die Unterschiede zwischen dem vorher gespannten und dem entspannten Werkstück ermitteln. Oft ist die Stromaufnahme bei einem nicht entspannten Teil deutlich höher. Für jedes Werkstück wird ein Protokoll erstellt; damit ist der Spannungsabbau technisch nachgewiesen. Werkstücke bis 10 Tonnen können inklusive Auf- und Abbau in einer Stunde entspannt sein.
Die Familie Widmer verfügt zudem über das Patent zum vibrationsdämmenden Verfahren VDSF® (DE 4230103, CH 684433). Gerade für den Maschinenbau ist dieses Know-how kostensparend und verlässlich; Transporte zum externen Glühen können entfallen.
