Luft- und Dampfhämmer erklärt: Typen, Aufbau und Funktionsweise

Was sind Luft- und Dampfhämmer?

Luft- und Dampfhämmer (Power Hammers) sind mechanische Schmiedehammer, die eine elektrische Energiequelle oder Dampf nutzen, um den Hammer vor dem Schlag anzuheben und ihn auf das zu bearbeitende Werkstück zu beschleunigen. Auch als „Open Die Power Forging Hammers“ bekannt. Seit den späten 1880er Jahren werden sie von Schmieden, Messermachern, Metallarbeitern und Herstellern eingesetzt, nachdem sie Fallhämmer (Trip Hammers) abgelöst haben.

Aufbau und Betrieb

Ein typischer Luft-/Dampfhammer besteht aus einem Gestell, einem Amboß und einem hin- und hergehenden Stößel (Ram) mit Hammerkopf oder Obergesenk. Das Werkstück wird auf dem unteren Amboß oder Gesenk platziert, und der Kopf bzw. das obere Gesenk schlägt auf das Werkstück.

Der Power Hammer ist ein direkter Nachfahre des Fallhammers, unterscheidet sich aber dadurch, dass er potenzielle Energie in einer Anordnung mechanischer Gelenke und Federn, in Druckluft oder Dampf speichert und den Stößel auf dem Abwärtsschlag beschleunigt.

Das liefert mehr Kraft als reines Fallenlassen des Gewichts. Vorgänger wie Fallhämmer, Dampffallhämmer, Brett- oder Riemenhämmer nutzten die Energiequelle nur zum Anheben des Stößels oder Hammerkopfs, ließen ihn dann aber allein durch die Schwerkraft fallen.

Power Hammers werden nach dem Gewicht der bewegten Teile bewertet, die direkt auf das Werkstück einwirken. Dazu gehören Gewicht von Obergesenk, Stößel, mechanischen Gelenkarmen und Federn bzw. Stößel, Kolben und zugehörige Pleuelstangen. Konstruktionsdetails werden durch die Energiequelle bestimmt. Der größte Power Hammer war dampfbetrieben und mit 125 Short Tons (113 t) bewertet.

Typen von Luft- und Dampfhämmern

Es gibt verschiedene weit verbreitete Typen von Schmiede-Power-Hämmern:

• Pneumatische Hämmer
• Dampf- oder Drucklufthämmer
• Helve-Hämmer (Bockhämmer)
• Hydraulische Power Hämmer
• Hebel-Feder-Hämmer

1. Pneumatischer Power Hammer

Pneumatische Power Hämmer sind eine typische Form mechanischer Vorrichtungen, die den Zylinder führen, in dem der Kolben arbeitet. Dieser Kolben ist über Kurbel und Pleuelstange mit der Hauptmotorenwelle verbunden. Ein Handhebel betätigt das Luftventil.

Das Luftventil wird über die verschiedenen Zylinder geführt. Ein weiterer Kolben arbeitet im Zylinder, der den Tup (Hammerkopf) an seinem unteren Ende trägt und in festen Führungen gleitet. Um den Tup zu bewegen, wird der Kolben im Zylinder abwärts bewegt, um über dem Kolben im anderen Zylinder ein Vakuum zu erzeugen. Dies bewirkt einen Saugwirkung auf den Kolben, wodurch der Tup angehoben wird.

Nahe dem Ende des Aufwärtshubs des Kolbens im Zylinder wird Luft von einem Zylinder in den anderen gepresst, wo sie durch den Aufwärtshub komprimiert wird. Dies zwingt den Kolben und damit den Tup mit hoher Geschwindigkeit nach unten. Dieser Vorgang wird regelmäßig wiederholt, um die erforderlichen Schläge zu erzielen.

2. Dampf- oder Druckluft-Power Hammer

Ein Dampf-Power Hammer kann durch Dampf oder Druckluft betrieben werden. Er umfasst einen beweglichen Stößel, Stange, Kolben, Hebezeug, doppeltwirkenden Hochdruck-Dampfzylinder, Gehäuse/Gestell und Amboß.

Dies sind Schmiede-Power-Hämmer, bei denen der Dampf zunächst eintritt und dann am Zylinderboden den Kolben mitsamt den anderen beweglichen Teilen nach oben hebt. Die Kraft wird mit 3 m/s angegeben, die Masse der bewegten Teile bei ca. 5.000 kg.

Wenn ein Schlag erforderlich ist, wird der Hebel automatisch betätigt: das obere Schiebeventil öffnet, um Dampf von oben in den Zylinder zu lassen, während der Auspuffdampf unten bleibt. So werden die erforderlichen Schläge erzielt.

3. Helve Power Hammer (Bockhammer)

Ein Helve Power Hammer wird auch als Fall- oder Kipp-Power-Hammer bezeichnet – ein großer leistungsstarker Hammer. Dies sind Schmiede-Power-Hämmer, bei denen mehr als ein Helve-Hammer in einer Esse installiert ist, was auch als Hammermühle bezeichnet wird.

Diese Schmiede-Power-Hämmer werden normalerweise über eine Nocke angehoben und plötzlich freigegeben, um die Schwerkraftkraft wirken zu lassen. Helve-Hämmer sind mechanische Vorrichtungen, die meist hydraulisch durch ein Wasserrad angetrieben werden.

Sie werden verwendet, um Blöme (Roheisen) zu bearbeitbarem Stabeisen in Feinschmieden umzuformen.

4. Hydraulischer Power Hammer

Hydraulikhämmer werden auch als Hydraulikpressen bezeichnet, die 200- bis 300-fachen atmosphärischen Öldruck in einem Hydraulikzylinder nutzen. Hydraulikpressen kommen bei schweren Schmiedestücken zum Einsatz und bestehen aus einer Presse und einem Hydraulikantrieb. Die Produktionsrate ist höher als bei anderen Hammer-Schmiedeverfahren, da der einzelne Pressvorgang in einer einzigen Quetschbewegung abgeschlossen wird.

Der hydraulische Hammer weist geringen Lärm und Vibration auf, da Geschwindigkeit, Druck und Gesenkwweg automatisch geregelt werden. Pressen mit 75.000 Tonnen Kraft sind heute üblich. Hydraulikpressen in der Schmiedeindustrie reichen von 1.000 bis 10.000 Tonnen. Sie werden vorwiegend für die Herstellung von Muttern, Schrauben, Bolzen und Nieten eingesetzt.

5. Hebel-Feder-Hammer

Ein Hebel-Feder-Hammer ist ein eher leichter Power-Hammer-Typ, der meist für kleine Schmiedestücke verwendet wird. Er besteht aus einem schweren Rahmen mit einem vertikalen Vorsprung an der Oberseite, der als Gehäuse für ein Lager dient, in dem ein Lamellenfederpaket schwingt.

Die Feder hat zwei Enden: eines trägt eine Pleuelstange, das andere einen vertikalen Tup. Der Tup trägt das Gewicht und bewegt sich vertikal auf und ab in festen Führungen.

Die Pleuelstange ist an ihrem unteren Ende mit einer Exzenter-Scheibe verbunden. Diese ist mit dem Kurbelrad verbunden, das den Hammer betätigt und das Treten nach unten bewirkt.

Dadurch dreht sich die Scheibe über das Kurbelrad, und die Lamellenfeder beginnt im Lager zu schwingen. Diese kontinuierliche Oszillation lässt den Tup auf und ab bewegen. So werden die erforderlichen Schläge auf das Werkstück ausgeübt. Der Handhebel wird betätigt, um den Hub der Pleuelstange und die Schlagintensität einzustellen.