Ein Schmiedemanipulator ist eine Fahrzeug zur Handhabung und Positionierung von Werkstücken in einer Freiformschmiede. Er bewegt und positioniert die Werkstücke während des Schmiedeprozesses und übernimmt je nach Ausführung auch den Transport zwischen Wärmeofen und Schmiedepresse oder Schmiedehammer. Schmiedemanipulatoren werden als schienengebundene oder frei verfahrbare (mobile) Ausführungen gebaut.
Der erste Schmiedemanipulator wurde vermutlich 1897 von der Firma Vickers in den USA hergestellt und war durch eine Dampfmaschine angetrieben. Die erste erfolgreiche Version produzierte 1925 das Unternehmen von John Baker und Henry Bessemer Baker & Bessemer Co. im englischen Kilnhurst (South Yorkshire).
Der Schmiedemanipulator von Baker & Bessemer Co. war Teil einer umfassenden Modernisierung der Achsenfertigung, die einen Durchlaufofen, einen verbesserten Dampfhammer und den Schmiedemanipulator umfasste. Dieser wurde speziell für das Schmieden von Eisenbahnachsen unter einem 5-Tonnen-Dampfhammer entwickelt und ermöglichte erstmals die sichere Handhabung der Werkstücke trotz der hohen Stoßbelastungen beim Schmieden.
Im Unterschied zu den damals in den Vereinigten Staaten eingesetzten Schmiedemanipulatoren verfügte die Maschine über mehrere konstruktive Neuerungen, darunter einen Parallelhub, parallel geführte Greifbacken und eine integrierte Längenmessung. Da die Umstellung auf das neue Verfahren zunächst neue Fertigkeiten erforderte, wurden die Möglichkeiten der Anlage erst 1927 vollständig ausgeschöpft. Auch rund vier Jahrzehnte später galt die Konstruktion noch als zukunftsweisend.
In Deutschland begann Dango & Dienenthal 1936 mit dem Bau von Schmiedemanipulatoren nach amerikanischer Lizenz. Herbert Dienenthal hatte während eines mehrjährigen Aufenthalts bei der Firma Brosius in Pittsburgh die entsprechenden Lizenzen erworben. Zunächst wurden frei verfahrbare Schmiedemanipulatoren mit einer Tragfähigkeit von 2 Tonnen gefertigt, später folgten schienengebundene Ausführungen.
Parallel zur Verbreitung der Schmiedemanipulatoren wurden deren Konstruktionen kontinuierlich weiterentwickelt und patentiert. Zu den frühen Entwicklungen zählen ein mechanisch angetriebener Schmiedemanipulator von D. Kendall (1919) sowie eine von W. D. Keller und D. Kendall entwickelte Lagerung zur Dämpfung der beim Schmieden auftretenden Stoßbelastungen (1936). Herbert Dienenthal ließ 1937 eine selbstfahrende Vorrichtung zum Halten und Wenden schwerer Schmiedestücke patentieren. Weitere Verbesserungen folgten mit dem Patent von Edgar E. Brosius (1941) sowie einem schienenlosen hydraulischen Schmiedemanipulator von S. W. Taylor (1955).
Schmiedemanipulatoren dienen der Handhabung von Werkstücken während des gesamten Schmiedeprozesses. Zu ihren Aufgaben gehören das Greifen, Transportieren, Heben, Drehen und Positionieren der häufig glühenden Werkstücke zwischen den einzelnen Umformschritten. Durch kurze Takt- und Positionierzeiten unterstützen sie einen kontinuierlichen Schmiedeprozess und tragen zur Auslastung von Schmiedepressen und Schmiedehämmern bei.
Schmiedemanipulatoren werden grundsätzlich in schienengebundene und frei verfahrbare (mobile) Ausführungen unterteilt.
Schienengebundene Schmiedemanipulatoren bewegen sich auf einem Schienenfahrwerk und stellen die am häufigsten eingesetzte Bauart dar. Die Führung auf Schienen ermöglicht eine besonders präzise und stabile Werkstückhandhabung und eignet sich insbesondere für Schmiedeanlagen mit fest installierten Schmiedelinien. Die leistungsstärksten Ausführungen erreichen Tragkräfte von bis zu 2.550 kN und Lastmomente von bis zu 7.500 kNm.
Der Bewegungsmechanismus schienengebundener Schmiedemanipulatoren besteht aus mehreren miteinander verbundenen Gliedern, hydraulischen Antrieben und Gelenkverbindungen. Für das Heben und Senken der Greifzange kommen elektrohydraulische Hubmechanismen zum Einsatz. Moderne Anlagen verfügen über hydraulische Antriebe und elektronische Steuerungen, deren Bewegungen mit denen der Schmiedepresse oder des Schmiedehammers synchronisiert werden können. Dadurch wird eine präzise und wiederholbare Positionierung der Werkstücke während des Schmiedeprozesses ermöglicht.
Frei verfahrbare (mobile) Schmiedemanipulatoren sind nicht an ein Schienenfahrwerk gebunden und können sich frei im Arbeitsbereich bewegen. Sie werden vor allem zum Be- und Entladen von Wärmeöfen sowie zum Transport von Werkstücken zwischen Wärmeofen und Schmiedepresse oder Schmiedehammer eingesetzt. Sie eignen sich insbesondere für kleinere und mittelgroße Schmiedestücke.
Sie werden überwiegend hydraulisch angetrieben. Die hydraulischen Systeme übernehmen das Verfahren des Manipulators sowie das Heben, Neigen und den hydraulischen Ausgleich der Greifzange. Während des Schmiedevorgangs arbeiten insbesondere Hub-, Neige- und Ausgleichssysteme mit den Bewegungen der Schmiedepresse zusammen, um zusätzliche Belastungen des Manipulators und des Werkstücks zu vermeiden. Für schwere Schmiedemanipulatoren kommen serielle, parallele oder hybride seriell-parallele Kinematiken zum Einsatz, wobei Parallelkinematiken aufgrund ihrer hohen Steifigkeit und ihres günstigen Verhältnisses von Tragfähigkeit zu Eigengewicht besonders geeignet sind.
Schienengebundene und frei verfahrbare (mobile) Schmiedemanipulatoren können auch im Tandembetrieb eingesetzt werden. Dabei arbeiten zwei gegenüberstehende Manipulatoren synchron an einem Werkstück. Diese Betriebsweise wird insbesondere beim Schmieden langer und schwerer Werkstücke eingesetzt, um ein Durchbiegen des Werkstücks zu vermeiden. Im Tandembetrieb können schienengebundene und mobile Schmiedemanipulatoren miteinander kombiniert werden.
