Lenkwellen und Lenkstangen für einen Automobilzulieferer

Lenkwellen, die mit Hilfe von Rundkneten und Axialformen produziert wurden, sind in einem Großteil der in Europa produzierten Autos verbaut. Anlagen- und Maschinenbauer wie die Rundknetspezialisten von Felss entwickeln das Verfahren stetig weiter. Dabei wird nicht nur die Effizienz der Anlagen optimiert, auch die Lenkstange selbst wird ständig weiterentwickelt.


Ressourcen- und kosteneffizienter

Ob es bei einem Bauteil aus Rohr innerhalb eines ausgeklügelten Produktionssystems überhaupt noch möglich sei, eine weitere wirklich nennenswerte Menge Werkstoff und damit Kosten einzusparen, trieb Produktionsplaner eines Felss-Kunden und Felss gemeinsam um. Die Antwort war überraschend: Eine neue Lenkwelle ist noch einmal um 30 Prozent leichter. „Bei einem zuvor bereits in Leichtbauweise hergestellten Automotive-Bauteil ist diese Verbesserung wie ein Übergang in eine neue Welt“, erläutert Philipp Grupp, Head of Business Development von Felss. Denn das Gewicht der Lenkung ist im Gesamtkontext der Einsparung von Kraftstoff und Emissionen durchaus relevant.

Viele Teile der Lenkung, so auch die Lenkwellen werden in einem ausgeklügelten Verfahren produziert. Während des Rundknetens und Axialformens verwandelt sich der einfache Rohrrohling in ein Bauteil mit komplexer Geometrie und Verzahnung. Zugleich verlängert er sich während der Bearbeitung bis auf das Doppelte – seine Außenwand wird dabei einerseits dünner (an manchen Stellen auch dicker), andererseits steigt die Festigkeit des Materials an.


Leichtere Lenkung = weniger Sprit

Dennoch gab es zwei Gründe, diesen bereits erfolgreichen Produktionsprozess weiterzuentwickeln: Erstens sollte die Lenkstange leichter werden und mit ihrem verringerten Gewicht dabei helfen, den Spritverbrauch des Pkws zu senken. Zweitens galt es, die benötigte Stahlmenge pro Lenkstange zu reduzieren. „Am Anfang haben wir nur das Versprechen abgegeben, dass wir es schaffen. Auf welchem Weg ein deutlich leichteres Bauteil produziert werden könnte, war allerdings noch nicht ausgemacht“, erklärt Philipp Grupp.

Dabei setzten die Maschinenbauer an der Wanddicke des Bauteils an: Bislang wies das betroffene Lenkstangenmodell Bereiche auf, die noch nicht während des Rundknetens ausgedünnt wurden. „Natürlich klingt das zunächst noch relativ einfach: die Wand während des Rundknetens weiter ausdünnen und dabei Material sparen. Eine solche Prozessveränderung wirft aber Fragen auf. Vor allem musste geklärt werden, wie die dünnere Lenkstange dem anschließenden Axialformen, bei dem die Verzahnungen aufgebracht werden, standhält. Es dürfen keinerlei Staucherscheinungen auftreten“, erklärt Werner Michi, Projektleiter Prozessentwicklung bei Felss. Mit dem Axialformen werden die notwendigen Verzahnungen nämlich mit großer Kraft auf die Enden der Stange aufgepresst. In zahlreichen Versuchen passte Felss vor allem die Frequenz des Axialformprozess an – die Zustellung des Werkzeugs vollzieht sich in dem von Felss patentierten Prozess nicht mit einer konstanten Geschwindigkeit, sondern moduliert. Das minimiert zu Beispiel die auftretenden Kräfte beim Aufpressen der Verzahnung. Gleichzeitig wurde das Spannkonzept verändert, mit dem das Bauteil in der Maschine positioniert ist.


Lenkung 30 Prozent leichter, Material eingespart

Das Ergebnis der Versuche bei Felss kam für den Bau von Lenkwellen einem Quantensprung gleich. Der Rohling wird stärker als vorher ausgedünnt, die Funktion des Bauteils bleibt unverändert erhalten. Und das bedeutet im Umkehrschluss: Für den Bau einer Lenkstange wird weniger Stahl benötigt. Die Zahlen sind beeindruckend: Die Lenkwelle ist rund 30 Prozent leichter. Für jedes Bauteil werden circa 400 Gramm Stahl weniger benötigt. Beide Bauteile zusammengenommen spart der Kunde auf diese Weise insgesamt rund 365 Tonnen Stahl pro Jahr!