13.06.2007

Nur 48 Stunden von der Idee zur Form: Mit Schuler Kleinserien und Prototypen schnell und kostengünstig fertigen

Bei der Fertigung komplexer Blechteile hat sich das Innenhoch-druckumformen (IHU) als wirkmedienbasiertes Verfahren etabliert. Die Hersteller nutzen die Technik vor allem, um Fahrwerk-, Abgas- und Strukturteile zu produzieren. Auf der BlechExpo in Stuttgart präsentiert Schuler nun eine Reihe von Ansätzen, mit deren Hilfe Zulieferer die Potenziale der innovativen Technologie für sich nutzen können. Im Mittelpunkt stehen das hydraulische und das hydromechanische Tiefziehen. Für den Einsatz dieser Verfahren sprechen enorme Zeitgewinne und drastische Kosteneinsparungen. Erklärtes Ziel der Schuler-Experten ist, bei der Prototypenfertigung innerhalb von nur 48 Stunden von der Idee zur Form zu kommen. Und bei den Kosten sind beispielsweise Einsparungen von bis zu 60 Prozent bei der Werkzeugentwicklung und Herstellung durchaus realistisch.

Die Investitionskosten, die diesen Effizienzgewinnen gegenüber stehen, sind vergleichsweise gering, denn die neuen Verfahren nutzen die bestehende Maschinenbasis. Diese kann durch den einfachen Wechsel der Druckkammern umgerüstet werden. Die hydraulische Anlage wird unverändert genutzt. Die Ergebnisse aus den bisher gemeinsam mit Kunden durchgeführten Projekten überzeugen. So konnte Schuler beispielsweise die Kosten für die Werkzeugherstellung für die Produktion eines Prototyps eines Türinnenblechs deutlich senken. Statt eigens ein 5-stufiges Werkzeug für die herkömmliche Umformung anzufertigen, fielen hierbei nur die Kosten für die Herstellung der Matrize sowie das nachfolgende Laserschneiden an.

Einfacher Aufbau, anspruchsvolle Technik – Hydroforming Komplettangebote von Schuler

Die Gründe für die deutlichen Zeitgewinne und enormen Einsparungen liegen im grundsätzlich einfachen Aufbau der anspruchsvollen Technik. Schuler bietet im Bereich der wirkmedienbasierten Blechumformung zwei verschiedene Verfahren an. Beim hydraulischen Tiefziehen werden die Teile mit Hilfe eines unter Druck stehenden flüssigen Mediums in eine feste Matrize geformt. Beim hydromechanischen Tiefziehen werden sie mittels eines festen Stempels gegen ein unter Druck stehendes flüssiges Medium geformt. Bei beiden Verfahren wird die Druckkammer durch eine PU-Schnur abgedichtet. Durch die Umformung mit einem fluiden Medium können insbesondere kugelige Geometrien in einem Fertigungsschritt hergestellt werden. Beim hydraulischen Verfahren werden die Halbzeuge ohne weitere signifikante Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück an die Matrize angelegt, so dass sehr gute Oberflächengüten erreicht werden.
Im Unterschied dazu bildet beim hydromechanischen Tiefziehen der Stempel die Kontur ab und das Wirkmedium ersetzt die Matrize. Beim Niedergehen des Stempels verringert sich das Volumen und der Druck im Medium sorgt dafür, dass sich das Blech an den Stempel anlegt. Da bei diesem Umformverfahren die Reibung zwischen Blech und Ziehradius deutlich verringert wird, lassen sich mit dem hydromechanischen Tiefziehen erheblich höhere Ziehtiefen erreichen als mit dem konventionellen Tiefziehen. Durch das frühe Anlegen des Bleches an den Stempel reduziert sich die Gefahr der Bildung von Falten zweiter Ordnung stark. Das hydromechanische Tiefziehen eignet sich deshalb insbesondere zur Herstellung von Bauteilen, die beim konventionellen Tiefziehen zu Beginn des Prozesses große, nicht unterstützte Ringbereiche aufweisen, wie zum Beispiel konische Bauteile.

Höhere Qualität, geringere Umweltbelastung

Diese technischen Grundlagen bieten deutliche Vorteile im Vergleich zu anderen Verfahren. Dazu gehört insbesondere die Möglichkeit, äußerst komplexe Bauteile herzustellen. Sobald Bauteile mit konvex/konkaven Geometrien in kleineren bis mittleren Stückzahlen mit höchsten Qualitätsansprüchen an Form und Oberfläche hergestellt werden sollen, ist die wirkmedienbasierte Umformung anderen Verfahren überlegen. Konkrete Einsatzbereiche sind die Produktion von Bauteilen, bei denen Designaspekte im Vordergrund stehen – beispielsweise Fahrzeugkarosserien und Badarmaturen – oder bei komplexen Strukturbauteilen, die bei Leichtbauanwendungen wie dem Flugzeugbau im wahrsten Sinne des Wortes eine tragende Rolle spielen. Durch den Einsatz eines fluiden Wirkmediums können diese Bauteile künftig in einen Zug und nicht in mehreren Umformstufen hergestellt werden. Neben einer geringeren Materialbelastung sinken dadurch auch die Werkzeugkosten. Außerdem erweitert sich in Verbindung mit modernen Steuerungssystemen das Spektrum an Materialien, die verarbeitet werden können. Das ist besonders für Anwendungen im Flugzeug- und Apparatebau interessant, wenn schwierig zu verarbeitende Werkstoffe zum Einsatz kommen. Und schließlich verweisen Experten auch auf Umweltaspekte, wie den möglichen Verzicht auf ölbasierte Schmiermittel, deren Entsorgung zukünftig entfallen kann.

Ausblick auf die Zukunft

Neben der Präsentation der technischen Grundlagen und bereits realisierter Projekte wagt Schuler während der BlechExpo auch einen Blick in die gar nicht so ferne Zukunft. So bieten sich für die neuen Verfahren unter anderem Einsatzmöglichkeiten beim Rapid Prototyping von Formteilen in der Automobil-, Elektro- und Bauindustrie, der Serienfertigung von Nischenfahrzeugen oder der Produktion von Bauteilen mit komplexen Geometrien. Außerdem steht der Einsatz alternativer Wirkmedien auf der Agenda der Experten. Erste Ergebnisse aus dem Einsatz von Kunststoffkissen, Öl und Luft eröffnen vielversprechende Zukunftsperspektiven. Dabei fließen gezielt Erkenntnisse aus der aktuellsten Forschung und Entwicklung ein. So wurde erst vor knapp einem Jahr ein im Jahr 2000 gestartetes Schwerpunktprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft zu wirk-medienbasierten Fertigungstechniken zur Blechumformung abgeschlossen. Die Ergebnisse präsentierten die 20 beteiligten Institute im Herbst 2006 auf einem Kolloquium des Instituts für Umformtechnik und Leichtbau. Als Partner der Umformindustrie wird Schuler diese Entwicklung mit gestalten. Ein Schwerpunkt liegt dabei darauf, die bewährte Qualität und das Know-how aus der Anlagentechnik in neue Methoden und Prozesse zu übertragen.