Fallhammer

Der Fallhammer (auch Schabottenhammer oder seltener Vertikalhammer genannt) ist eine arbeitsgebundene Umformmaschine, bei der ein meist gusseiserner Klotz (Bär) zwischen Führungen in die Höhe gehoben wird und anschließend herab fällt. Er wurde zur Zeit der industriellen Revolution in England im Jahre 1832 entwickelt.

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Bauformen von Hämmern

Grundsätzlich werden drei verschiedene Formen von Hämmern unterschieden:

Fallhammer

Bei dieser Art Hammer wird der Bär lediglich durch die wirkende Gravitationskraft beschleunigt. Das Zurückziehen des Hammers kann durch verschiedene Mechanismen erfolgen. Zum Einen kann der Bär durch Muskelkraft oder über einen mit Dampf oder Druckflüssigkeit beaufschlagten Kolben zurückgezogen werden. Beim Runterfallen des Bären muss das Druckmedium, welches sich im Kolben befindet schnellstmöglich entweichen. Dieses Modell eines Hammers wird auch als realer Fallhammer bezeichnet. Die Auftreffenergie berechnet sich nach folgender Formel: , wobei m = Masse des Bären; H = Fallhöhe. Hier ist jedoch zu beachten, dass gilt: , wobei g die Erdbeschleunigung darstellt. Fallhammer besitzen ein Arbeitsvermögen von 1,5 kNm bis ca. 40 kNm. Die Bärmasse bewegt sich zwischen 100 kg und 2000 kg.

Oberdruckhammer

Im Unterschied zum einfachen Fallhammer drückt der Bär bei seiner Bewegung nach oben gegen ein Gaspolster, welches sich über dem Bären befindet. Ebenso erfolgt der Rückzug des Bären hier nicht mehr durch Muskelkraft sondern in der Regel durch einen Hydraulikzylinder. Das über dem Bären befindliche Gaspolster speichert Energie und gibt diese bei der Abwärtsbewegung an den Bären ab. Somit wirkt hier zusätzlich zur Beschleunigung durch die Gravitationskraft noch die Kraft welche durch das Gaspolster aufgebracht wird. Diese Art des Fallhammers wird als idealer Fallhammer bezeichnet. Die Auftreffenergie kann nach folgender Formel berechnet werden: , wobei A die Fläche des Kolbens bezeichnet, welcher gegen das Gaspolster drückt und p den im Gaspolster herrschenden Druck. Beim Oberdruckhammer stehen Arbeitsvermögen zwischen 10 kNm und 250 kNm zur Verfügung. Die Bärmasse beträgt zwischen 400 kg und 10.000 kg.

Gegenschlaghammer

Im Gegensatz zu den anderen Hammerarten ist beim Gegenschlaghammer die Schabotte nicht fest gelagert. Der untere Bär (Schabotte) bewegt sich nach oben während sich der obere Bär nach unten bewegt. Hierzu ist eine Kopplung der beiden Bären nötig. Diese Kopplung kann über zwei unterschiedliche Prinzipien erfolgen. Es kann eine mechanische Kopplung über eine Verbindung der beiden Bären durch Metallbänder erfolgen oder eine hydraulische Kopplung über Hydraulikzylinder. Bei dieser Art Hammer ist es wichtig, dass die Masse des unteren Bären wesentlich größer ist als die Masse des oberen Bären. Um trotzdem ein Kräftegleichgewicht zu erreichen, bewegt sich die untere Bärmasse wesentlich langsamer als der obere Bär. Mit Gegenschlaghämmern können Arbeitsvermögen zwischen 63 kNm und 1000 kNm realisiert werden. Die Bärmassen bewegen sich zwischen 10.000 kg und 100.000 kg. Im Vergleich mit anderen Bauformen ergeben sich beim Gegenschlaghammer spezifische Vor- und Nachteile.

Vorteile

• bei gleichem Arbeitsvermögen ca. 35% geringere Baumasse im Vergleich zu anderen Bauformen
• da obere Bärmasse << untere Bärmasse geht der obere Bär bei Maschinenausfall immer nach oben
• im Vergleich zu Fall- und Oberdruckhammer wesentlich weniger Vibrationen während des Betriebs => geringere Fundamentbelastung

Nachteile

• aufwändigere Bauweise

Einsatzbereiche von Hämmern

• Gesenkschmieden (Serienfertigung, z. B. Herstellung der Kurbelwelle eines Schiffsdieselmotors)
• Freiformschmieden (vorwiegend für Einzelteilfertigung z. B. Spezialaxt eingesetzt)
• Prägen (selten)

Bestandteile von Hämmern

• Gestell
• Führungen
• Schabotte
• Bär
• Fallhöhe (kein materiell existentes Element)

Vorteile von Hämmern

• hohe Auftreffgeschwindigkeit
• niedrige Druckberührzeit
• geringe Investitionskosten
• überlastsicher
• hohe Flexibilität

Nachteile von Hämmern

• hohe Fundamentbelastung
• starke Vibrationen