Metallpulver-Spritzguss (MIM) und pulvermetallurgische Bauteile für Schlösser

Endkonturnahe Stahlbauteile für Schließzylinder, Nockenmechanismen, Getriebezüge und Sicherheitsbeschläge. Komplexe Geometrien in einem einzigen gesinterten Stück, gehärtet und endbearbeitet, vom Pilotlos bis zur Serienfertigung.

MIM und Pulvermetallurgie bei Hydroforce

Hydroforce Engineering fertigt metallpulver-spritzgegossene und pulvermetallurgische Bauteile für die Schloss- und Sicherheitsbeschlagindustrie. Dies ist etablierte Fertigungskompetenz: derselbe Werkzeugbau, dieselbe Sinterlinie und derselbe Prüfprozess, die unser laufendes PM- und MIM-Programm tragen, liefern Zylinderkerne, Nocken und Zahnradsätze an europäische Schlosshersteller und fertigen MIM-Teile für Handwerkzeuge, elektromechanische Aktoren und Komponenten für Handfeuerwaffen.

MIM ist die naheliegende Antwort auf ein Problem, das die konventionelle Zerspanung wirtschaftlich nicht lösen kann: ein kleines, filigranes Stahlteil — unter fünfzig Gramm, voller Querbohrungen, Taschen, Verzahnungen, Hinterschneidungen und Gewindemerkmale —, das in Zehn- oder Hunderttausenden von Stück geliefert werden muss, alle austauschbar, alle gehärtet, alle zeichnungsgerecht. Schlosshersteller haben sich in den 2000er-Jahren aus genau diesem Grund auf MIM festgelegt, und die Zylinderkerne, Hebel, Nocken und Bügelrahmen, die wöchentlich über unsere Linie laufen, sind der unmittelbare Beleg für die Stückzahlen, für die diese Technologie geschaffen wurde.

Warum MIM und PM für Schlossbauteile

Ein modernes Zylinderschloss ist ein kleines Paket aus hochpräzisem Stahl. Stiftkanäle, Schlüsselkanal, Zuhaltungsschnittstellen, Sicherungsnuten, Gewindemerkmale für die Befestigung und Aufsperrschutz-Geometrien drängen sich in einem zwanzig bis dreißig Millimeter langen Körper. Diese Geometrie durch Fräsen und Drehen herzustellen, erfordert mehrere Aufspannungen, Sondervorrichtungen und ein großzügiges Bearbeitungsvolumen; Toleranzen wandern mit dem Werkzeugverschleiß, und die Stückkosten steigen mit der Losgröße in die falsche Richtung.

MIM verfolgt den umgekehrten Ansatz. Ein Feedstock aus feinem Metallpulver, gebunden in einer Polymermatrix, wird in Werkzeugen spritzgegossen, die denen des Kunststoff-Spritzgusses nahezu gleichen. Der Grünling trägt bereits die endgültige Geometrie — Querbohrungen, Verrundungen, Taschen, Verzahnungen, Rändelungen —, geformt in einem einzigen Schuss in Sekunden. Nach dem Entbindern und dem Sintern schrumpft das Teil isotrop um etwa 15 bis 20 Prozent und erreicht 95 bis 99 Prozent der theoretischen Dichte: ein vollmetallisches Teil, kein poröser Pressling, mit mechanischen Eigenschaften vergleichbar mit Walzstahl und demselben Verhalten bei der Wärmebehandlung.

Die konventionelle Pulvermetallurgie (Pressen und Sintern) übernimmt die einfacheren, größeren Teile derselben Familie — Buchsen, Scheiben, Sicherungsplatten, Flanschunterlagen —, bei denen sich die Geometrie einachsig pressen lässt und die geforderte Dichte geringer ist. Zwischen MIM und PM decken wir das gesamte Spektrum der Schlossbeschläge ab, vom 2-Gramm-Hebel bis zur 250-Gramm-Grundplatte, in Stählen, nichtrostenden Stählen und Werkzeugstählen, alle gehärtet und zeichnungsgerecht endbearbeitet.

Leistungsspektrum

Wir liefern MIM- und PM-Bauteile nach Kundenzeichnung über das typische industrielle Spektrum:

Die Seriengrößen reichen von wenigen hundert Stück für die Prototypvalidierung bis zu Millionen Stück pro Jahr für etablierte Schlossplattformen. Dasselbe Werkzeug, dasselbe Sinterprogramm und derselbe Prüfplan laufen von einer Produktionscharge zur nächsten unverändert, sodass das Teil, das im fünften Jahr geliefert wird, maßlich identisch ist mit dem Erstmuster.

Fertigungsbeispiele

Die folgenden Bauteile sind repräsentativ für unsere laufende MIM- und PM-Produktion für Schloss- und Beschlagkunden. Jedes davon zeigt eine Geometrie, deren Zerspanung in Serie unwirtschaftlich wäre und die von den Wärmebehandlungs- und Oberflächenoptionen profitiert, die einem gesinterten Stahlteil offenstehen.

Schließzylinderkern

Der Korpus eines Hochsicherheits-Zylinderschlosses, hergestellt aus niedriglegiertem Stahl in einem einzigen MIM-Schuss. Der rechteckige Schlüsselkanal, die vier Stiftkammern auf der Oberseite, die Querbohrung für den Nockenstift, der Kopfflansch und das Außengewinde am hinteren Schaft entstehen alle im Spritzguss; nur Gewinde und Schlüsselkanal werden nach dem Sintern endkalibriert. Das Teil wird einsatzgehärtet und brüniert. Eine gefräste Variante würde vier Aufspannungen und rund die dreifache Taktzeit pro Stück erfordern.

Stufenzahnrad mit integriertem Ritzel

Ein zweistufiges Zahnrad für den Antriebsstrang eines motorisierten Zylinders oder eines elektromechanischen Schlosses, hergestellt aus gesintertem niedriglegiertem Stahl. Das große Stirnrad und das kleinere Ritzel sitzen als ein einziges Stück auf derselben Achse — keine Nabenverbindung, keine gepresste Baugruppe. Die Zahngeometrie auf beiden Durchmessern wird im Werkzeug abgeformt und erreicht nach dem Sintern die in der Zeichnung geforderte Verzahnungsqualität, ohne Nachbearbeitung der Zähne. Durchhärten und Anlassen bringen die Zahnflanken auf die für die Anwendung erforderliche Härte.

Rotorscheibe für Scheibenzuhaltung

Eine Rotorscheibe für ein Scheibenzuhaltungs-Zylinderschloss, mit dem charakteristischen gerippten Umfang und einer zentralen Schlüsselbohrung. Jede Scheibe im Stapel trägt ihren eigenen Sperrausschnitt und muss sich in einen präzisen Winkel drehen, damit die Sperrleiste in die Ausschnitte einfallen kann — eine Geometrie, die sich über jede Scheibe in jedem Schloss auf wenige Hundertstelmillimeter wiederholen muss. MIM in niedriglegiertem Stahl bildet die Ausschnittlage und das Rippenprofil in einem Schuss ab, gesintert und anschließend einsatzgehärtet für den Verschleißwiderstand gegen den Schlüssel.

Nockenhebel mit Gabelende

Ein Mechanismushebel für ein Mehrpunktschloss oder ein Fenstergriff-Getriebe: eine Präzisionsbohrung in der Lagernabe, ein gabelförmiger Betätigungsschlitz am einen Ende und eine kugelförmige Rastung am anderen. Die drei Funktionsmerkmale liegen auf drei verschiedenen Achsen, verbunden durch einen sich verjüngenden Steg — ein einschüssiges MIM-Teil, das andernfalls Drehen, Fräsen und einen Schlitzvorgang erfordern würde. Die Oberfläche im Sinterzustand nimmt eine Passivierung oder Brünierung direkt an, ohne zwischengeschaltetes Schleifen.

Zylindernocken-Einsatz

Der Nockeneinsatz, der die Kerndrehung in den Riegelantrieb übersetzt: ein länglicher Mitnehmerschlitz am Kopf, ein dünner Betätigungssteg mit angeformtem Antriebszapfen und ein abgesetzter zylindrischer Fuß, der im Schlossgehäuse läuft. Drei Funktionszonen an einem Teil, geformt mittels MIM in einer härtbaren niedriglegierten Sorte. Der Antriebsnocken ist die Verschleißstelle — nach dem Sintern wird das Teil durchgehärtet und angelassen, damit der Nocken seine Geometrie über die ausgelegte Betätigungszyklenzahl des Schlosses hält.

Grundplatte mit mehreren Bohrungen

Eine Rückplatte für ein Schlossgehäuse, mit sieben Durchgangsbohrungen verschiedener Durchmesser, vier davon mit Senkung auf der Sichtseite. Die Platte trägt die Montageschnittstelle für den Zylinder, die Schraubbefestigung am Türrahmen und die Aufnahme für zwei interne Mechanismusstifte. Pressen und Sintern (PM) in einer niedriglegierten Sorte verleiht dem Teil die benötigte tragfähige Dichte und hält zugleich die Kosten niedrig; die Senkungstiefen und die gefasten Kanten kommen montagefertig aus dem Presswerkzeug.

Doppelbügelrahmen

Ein zweielementiger Bügelrahmen für ein Sicherheits-Vorhängeschloss, hergestellt aus rostfreiem 17-4 PH und hier im Sinterzustand gezeigt. Die ineinandergreifenden U-Profile, der Schlüsselkanal-Schlitz oben und der Fersenausschnitt unten sind alle abgeformt; nur die Eingriffsflächen werden nach Lösungsglühen und Auslagern kalibriert. Die Kombination aus rostfreiem 17-4 PH und dem Ausscheidungshärtungszyklus verleiht dem Rahmen die für die Aufbruchsicherheit erforderliche Härte und hält zugleich die Oberfläche von Natur aus korrosionsbeständig — ohne Beschichtung.

Fertigungsablauf

Jeder MIM-Auftrag durchläuft denselben vierstufigen Kernprozess, wobei PM-Teile den Entbinderungsschritt überspringen. Der gesamte Ablauf liegt auf einer einzigen Linie:

1. Zeichnungsprüfung und Feedstock-Auswahl. Die Zeichnung wird auf Formfüllung, Anguss, Trennebene und Schwindungszugabe geprüft. Die Werkstoffsorte des Kunden wird einem Pulver-Binder-Feedstock zugeordnet — typisch 17-4 PH für nichtrostende Merkmale, Fe-Ni-Legierungen für das Einsatzhärten, M2 für Werkzeugstahlhärte oder niedriglegierter Stahl für die Hauptvolumenarbeit.
2. Werkzeugbau. Stahl-Spritzgusswerkzeuge werden mit eingebauter Schwindungskompensation gefertigt (die Kavität ist etwa 1,18× der endgültigen Teilegröße). Kerne, Schieber und Auswerferstifte sind so ausgelegt, dass jede Hinterschneidung und Querbohrung in einem einzigen Schuss freigegeben wird.
3. Spritzgießen. Der Feedstock wird erhitzt und unter kontrolliertem Druck und kontrollierter Temperatur in das geschlossene Werkzeug eingespritzt. Die Taktzeiten liegen typisch zwischen 15 und 45 Sekunden pro Schuss, je nach Teilegewicht und Wandquerschnitt. Der Grünling besitzt die vollständige Außengeometrie des Endteils.
4. Entbindern. Der Polymerbinder wird in zwei Stufen entfernt — lösemittel- oder katalytisches Primärentbindern, dann thermisches Entbindern im Eingangsbereich des Sinterofens — und hinterlässt einen zerbrechlichen „Bräunling” aus gebundenem Metallpulver.
5. Sintern. Der Bräunling wird unter Wasserstoff-, Stickstoff-Wasserstoff- oder Vakuumatmosphäre auf 1.200 bis 1.400 °C erhitzt, wobei die Pulverpartikel verschmelzen und das Teil isotrop um etwa 15 bis 20 % auf seine Endmaße schrumpft. Die Sinterdichte erreicht 95–99 % der theoretischen Dichte. Für hochschmelzende Sorten fahren wir auch Ultrahochtemperatur-Sinterzyklen.
6. Kalibrieren und Sekundäroperationen. Kritische Maße werden geprägt oder kalibriert, um das Teil in den engsten Bereich seiner Zeichnungstoleranz zu ziehen. Gewinde, Hinterschneidungen oder für MIM ungeeignete Merkmale werden bei Bedarf durch CNC-Bearbeitung ergänzt.
7. Wärmebehandlung. Durchhärten und Anlassen, Lösungsglühen + Auslagern für ausscheidungshärtende Stähle, Einsatzhärten oder Nitrieren gemäß Zeichnung — angewendet auf die gesamte Charge in Hauben-/Schalenöfen oder Linien mit kontrollierter Atmosphäre.
8. Oberflächenbehandlung und Prüfung. Passivieren, Vernickeln, Verzinken, Brünieren, Phosphatieren oder PVD gemäß Spezifikation, gefolgt von der Maßprüfung und der Verpackung.

Qualitätssicherung

Jeder Auftrag wird mit einer zum Teil passenden Dokumentationsakte geliefert, im Einklang mit unserem ISO-9001-Qualitätssystem:

• Werkstoffzeugnis für die verwendete Pulvercharge, rückverfolgbar bis zur Feedstock-Charge
• Erstmuster-KMG-Maßprotokoll gegen die Zeichnung
• Nachweis der Sinterdichte (Archimedes-Verfahren, mit Querschliff auf Anfrage)
• Härteprotokoll — Kern- und Randhärte, wo zutreffend
• Prozessbegleitende Maßstichprobe über die gesamte Produktionscharge
• Nachweis der Oberflächenbehandlung (Schichtdicke, Passivierungscharge)
• Sichtprüfung auf Sinterfehler, Oberflächenporosität und Endbearbeitung

Werkzeugzeichnungen, Spritzgussparameter, Entbinderungsprofil und Sinterprogramm werden für jedes Teil aufbewahrt, sodass eine Nachbestellung gegen dieselbe Basis wie das Erstmuster geliefert wird — fünf oder zehn Jahre später, mit denselben Maßen und derselben Metallurgie.

Bestellung

Senden Sie Ihre Zeichnung oder Ihr 3D-Modell an office@hydroforce.ee. Wir antworten mit einem Angebot für Werkzeug und Stückpreis, einer empfohlenen Werkstoffsorte, einem Wärmebehandlungsweg und einem vorgeschlagenen Endbearbeitungspfad. Pilotlose und Prototypwerkzeuge sind willkommen — dasselbe Dokumentationspaket begleitet das Teil vom ersten Stück bis in die Serienfertigung.