28. JUNI 2016

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Umformmaschine 2010 im Visier


Zwischen "Spring-Back", Simulation und Superstählen

Um die Zukunft der Umformmaschine geht es in der Studie eines Konsortiums von Anwendern, Herstellern und Instituten. Die „Visionen der umformenden Werkzeugmaschinen 2010“ checken im Folgenden drei Fachleute aus der Automobilindustrie auf ihre Praxistauglichkeit.
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Drei technische Trends prägen am Ende dieses Jahrzehnts die umformende Werkzeugmaschine: Neue, verkürzte Prozeßketten, integrierte Umform-, Füge- und Prüfverfahren sowie neue Werkstoffe und Werkstoffkombinationen. Zu dieser Kernaussage der Studie meint Bernd Krömer, Manager 'Die Systems Stamping Europ'e (Werkzeugkonstruktion und Prozeß für alle Teile im Gruppenstab Umformtechnik) bei der Ford-Werke Aktiengesellschaft aus Köln: "Bei den Prozeßketten kommt es in der Tat darauf an, so wenig Werkzeuge wie möglich einzusetzen. Wir versuchen also die Werkzeuganzahl von Teil zu Teil und von Automobil zu Automobil zu reduzieren." Doch die eigentliche Prozeßkette wird sich seiner Ansicht nach nicht wesentlich verändern. Dies reflektiert den Blickwinkel eines Automobilherstellers, der in eigener Regie Teile mit gigantischen Pressen bis zu einer Preßkraft von 1.750 Tonnen umformt.

Integrierte Konzepte für neue Umformverfahren

Im Gespräch ist bei Ford das Integrieren von Laserschweißen und -löten. Die Zukunft gehört seiner Ansicht nach auch im Werkzeugbau den Online-Prüfverfahren. Aber: "Die Ringlehre wird nicht so schnell aussterben, denn sie liefert sehr schnell und zuverlässig Informationen über die Qualität eines Werkzeugs. Wir setzen heute eine sehr abgespeckte, leicht transportierbare Lehre ein." Die Studie nennt auch eine Lösung zum Abspecken der Fertigungsverfahren: "Laufen alle Einzelprozesse in einem Werkzeug auf einer Maschine ab, so entfallen die Handhabungs-, Positionier- und Spannoperationen. Die Synergien zwischen den Prozessen lassen sich dann nutzen, um eine Nacharbeit zu minimieren. Die notwendigen Trenn- und Fügeoperationen werden dazu in das Umformwerkzeug integriert."

Kein Nachschlag bei hochfesten Stählen

Diese Idee umzusetzen, bezeichnet Dipl.-Ing. Jürgen Breer von der Stephan Witte GmbH & Co. KG aus Iserlohn als wünschenswert. Doch der Leiter Entwicklung und Werkzeugbau glaubt nicht, daß sich dies einfach verwirklichen läßt. Beim Verkürzen der Prozeßkette geht die Tochter des Automobilzulieferers Kirchhoff (440 Mio. Euro Umsatz, rund 1.800 Mitarbeiter, Umformteile für Crash-Management, Frontend, Rohbau und Struktur, Innenraum sowie Fahrwerk, Antrieb und Motorraum) eigene Wege. Details nennt Dipl.-Ing. Martin Albrecht, Betriebsleiter Werkzeugbau: "Wir arbeiten bei unserer Teilepalette meist mit Stanzautomaten, deren Tischgröße begrenzt ist auf eine Länge von fünf beziehungsweise sechs Meter. Daher müssen wir bei manchen Teilen zwangsweise manche Arbeitsoperationen weglassen. So entfällt dann schon mal ein Nachschlag speziell bei hochfesten Stählen, weil sie sich wegen des Rückfederverhaltens schlecht nachformen lassen." Bei den Werkstoffen geht auch in der Produktion der Trend hin zu Stählen mit höheren Festigkeiten. Zur Zeit verformen die Fordwerke Stähle mit Festigkeiten von 180 bis 600 Megapascal. Krömer von Ford: "Rund die Hälfte der verwendeten Stähle sind bezogen auf das Gewicht hochfeste beziehungsweise feuerverzinkte Sorten. Tendenziell wird dieser Anteil weiter zunehmen." Werkstoffkombinationen zum Beispiel nach dem Sandwich-Prinzip (Stahl-Kunststoff-Stahl) dürften sich dagegen im Automobilbau kaum durchsetzen, weil die Verarbeitung (etwa das Schweißen) und die Stückkosten zu teuer ausfallen.

Im Detail geht die Studie in vier Schwerpunktthemen darauf ein, wie sich das Idealbild von der 'umformenden Werkzeugmaschine 2010' in die Tat umsetzen läßt. Die 27 Experten aus Forschung und Industrie präsentierten beim Thema Nummer eins 'Integrierte Konzepte für derzeit in der Entwicklung befindliche Umformverfahren': Sie schlagen eine Integration der Vorformprozesse in den Umformprozeß oder den Wegfall nach geschalteter Fertigungsschritte infolge verbesserter Umformprozesse vor. Eine mögliche Lösung aus dem Bereich des Hydroformings: Der Anwender führt alle Einzelprozesse in einem einzigen Werkzeug auf einer einzigen Maschine durch. Dadurch entfallen die Handhabungs-, Positionier- und Spannoperationen. Es lassen sich die Synergien zwischen den Prozessen nutzen, um eine Nacharbeit zu minimieren. Die notwendigen Trenn- und Fügeoperationen werden dazu in das Umformwerkzeug integriert. Ähnliche Strategien verfolgen die Kölner bei ihren großen Tiefziehteilen jetzt schon. So versucht der Fachmann für Umformtechnik beispielsweise das Nachschlagen in das Beschneiden zu integrieren: "In einem Hub beschneiden wir und dann schlagen wir mit dem Niederhalter nach. Dadurch verkürzen sich die Prozeßschritte erheblich. Doch von dem Integrieren aller Schritte sind wir noch weit entfernt. Außerdem muß ein Werkzeugentwickler stets darauf achten, daß er die Werkzeuge nicht überlädt mit Funktionen."

Bei dem nächsten Teilaspekt nimmt die Studie die Antriebstechnik für den Teiletransport unter die Lupe. Die Experten empfehlen den linearen Direktmotor unter der Voraussetzung, daß die Hersteller die Beschleunigung erhöhen, die Einregelzeit verkürzen und das Beschleunigungsverhalten (Ruckvermeidung) glätten.

Ford-Transporte per Roboter, Shuttle und Crossbar

Der Teiletransport per Linearantrieb ist für Ford bei Teilen, die teilweise vier Meter lang und zwei Meter hoch sind, kein Thema. Der Automobilhersteller setzt dagegen auf drei verschiedene Transportarten: Roboter, Shuttle und Crossbar. Insgesamt spielt der Materialfluß künftig eine noch wichtigere Rolle. Gefragt sind laut Studie Maschinenkonzepte, die eine höhere Genauigkeit und Funktionalität, ein geringeres Gewicht sowie eine höhere Bauteilzugänglichkeit und Greifgeschwindigkeit ermöglichen. Ford hat diese Forderung bereits teilweise in Saarlouis verwirklicht gemeinsam mit der Schuler AG aus Göppingen. Transfereinheiten mit Saugerbalken reichen hier die Seitenwände des neuen Ford Focus C-MAX direkt von Station zu Station weiter: "Unsere neue Anlage wurde so kompakt wie möglich gebaut", erklärt Ingenieur Krömer. "Und Kompaktheit ist sehr wichtig, denn geringer Platzbedarf senkt die Kosten für Pressen sowie Gebäude und erhöht den Ausstoß." Höheres Tempo ist dagegen beim Automobilzulieferer und seinen wesentlich kleineren Umformteilen gefragt. Dazu der Leiter Entwicklung und Werkzeugbau Jürgen Breer: "Das Greifersystem bestimmt heute teilweise schon die Hubzahl der Presse. Wenn die Greifer schneller arbeiten, können wir auch die Anzahl der Hübe erhöhen." In eigener Regie haben die Experten aus Iserlohn schon selbst Greifersysteme optimiert, aber sie wünschen sich Handlingkonzepte, die "ab Werk" bereits schnellst möglich arbeiten.


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