Das Bügeleisen in der Presse

Science

Am IWU wurde eine intelligente Presshärtelinie in Betrieb genommen. Mit der am Institut entwickelten Prozesskette soll das geregelte Presshärten im Sinne von Industrie 4.0 anhand seriennaher Bauteile erstmals Realität werden.

09. März 2016

Das Herzstück der Presshärtelinie ist eine vernetzte Prozessführung über die gesamte Prozesskette hinweg. Mit dieser sollen nicht nur die Taktzeiten verkürzt werden. Durch Zustandsüberwachung der Prozessparameter und Abgleich mit vorher definierten Vorgaben in einer neuen Software kann zudem schnell auf Prozessschwankungen reagiert und damit Ausschuss vermieden werden. Außerdem testen die Forscher in der neuen Prozesskette ein neues Erwärmungsprinzip sowie energieeffizientere Alternativen zu herkömmlichen Beschnittverfahren.

Als Demonstratorbauteil wurde ein B-Säulen-Fuß, ausgewählt. Dieses sicherheitsrelevante Bauteil bietet mit seiner komplexen Geometrie und seiner großen Ziehtiefe die Möglichkeit, über die Grenzen konventioneller Presshärteverfahren hinauszugehen.

Die am Fraunhofer IWU aufgebaute Prozesskette setzt sich aus vier Einzelprozessen zusammen:

 - Die beschnittene Platine kommt per vollautomatischem Handlingsystem in die Erwärmungsanlage, die das Bauteil konventionell vorwärmt.

 - Um eine hohe und lokal variable Aufheizrate zu erzeugen, wurde gemeinsam mit der Schwartz GmbH eine innovative Kontakterwärmungsanlage entwickelt. »Ähnlich dem Bügeleisenprinzip übertragen gegenüberliegende Formplatten die thermische Energie gezielt und konturnah in bestimmte Bereiche des Werkstücks«, erklärt Frank Schieck, Leiter der Hauptabteilung Blechumformung am IWU. Die Erwärmungsanlage ist zweistufig ausgelegt, so dass das Blech entweder in mehreren Schritten gleichmäßig oder zonenweise unterschiedlich erwärmt werden kann. Innerhalb der Stufen ist die Temperierung des Blechs in je sechs Bereichen möglich, so dass eine Art thermisches Schachbrett entsteht. »Damit können wir bereits im Aufheizprozess hohe Festigkeiten gezielt in bestimmte Platinenbereiche einbringen, was für die Beschnittverfahren und das Crashverhalten besser ist«, so Schieck. Ein ebenfalls am IWU entwickeltes vollautomatisches Handlingsystem minimiert die Wärmeverluste.

 - Auch bei der Werkzeugkühlung erproben die Wissenschaftler ein am IWU entwickeltes System. Der Stempel ist in Schalenbauweise konstruiert. In die Matrize wurde ein Rohrgeflecht eingegossen, das nach der mechanischen Finish-Bearbeitung des Werkzeuges das Kühlsystem bildet. In die Oberfläche des Werkzeuggrundkörpers wurden Kanäle gefräst. Der Grundkörper wird mit einer Schale abgedeckt, wodurch sich ein geschlossenes Kühlkanalsystem bildet. Die Kühlung arbeitet im Gegenstromprinzip. Alle Kühlkanäle können separat angesteuert werden.

 - Der letzte Arbeitsschritt ist der Beschnitt des Bauteils. Bisher werden die Bauteile nach dem Umformvorgang abgelegt und zu relativ langsamen Laserschneidanlagen transportiert.

»Um die Taktzeiten der Prozesskette zu verkürzen und die Energieeffizienz zu verbessern, untersuchen wir mit dem Warmbeschnitt sowie dem Hochgeschwindigkeitsscherschneiden zwei Alternativverfahren, die dem Umformprozess direkt nachgelagert sind«, erklärt Schieck.

Innerhalb der neuen Prozesskette werden relevante Daten zu den Einzelprozessen Handling, Erwärmung, Umformung und Beschnitt über Sensoren erfasst. Die Daten fließen in einer selbst entwickelten Software zusammen und werden auf der Grundlage numerisch und experimentell gestützter Sensitivitätsanalysen verarbeitet. Im Ergebnis soll der Presshärteprozess optimiert und Ausschuss reduziert werden.

Erschienen in Ausgabe: 02/2016