Die Entwicklung geht weiter

Teuer, ungenau und nur für große Losgrößen? So wie das IHU-Umformverfahren in den 90ern hochgejubelt wurde, wurde es später schlecht geredet. Doch heute erschließt sich das innovative Verfahren immer mehr Anwendungsgebiete.

16. November 2006
Moderne Hydroformingzelle mit Biegeanlage, Waschanlage, Durchlaufglühofen und drei IHU-Pressen bei HDE.
Bild 1: Die Entwicklung geht weiter (Moderne Hydroformingzelle mit Biegeanlage, Waschanlage, Durchlaufglühofen und drei IHU-Pressen bei HDE.)

Die IHU-Technologie hat sich in vielen Anwendungsgebieten - vor allem in der Automobilindustrie - als Standard etabliert. Gleichzeitig hat die intensive Weiterentwicklung bestehender Wettbewerbstechnologien den technologischen und wirtschaftlichen Vorsprung in einigen Einsatzbereichen auch reduziert oder sogar ganz ersetzt. Mit der Etablierung des IHU-Verfahrens einher geht derzeit eine Kostendiskussion, die nicht nur Hersteller, sondern auch Entwickler und Maschinenbauer fordert. Gleichzeitig steht die IHU-Technologie in einigen Branchen, wie etwa in der Luft- und Raumfahrtindustrie, noch ganz am Anfang ihres Durchbruchs. Vor rund 10 Jahren galt das Innenhochdruckumformen, kurz IHU, als die Innovation in der Metallumformung. Durch die neuen Gestaltungs- und Fertigungspotenziale, die das Hydroforming eröffnete, sah es danach aus, dass viele technische und wirtschaftliche Probleme bei der Umformung zukünftig allein mit IHU gelöst werden könnten - in der Automobilindustrie z.?B. bei medienführenden Bauteilen oder auch bei Fahrwerksbauteilen. Andere bestehende und bewährte Umformtechnologien rückten zeitweise in den Hintergrund. Heute hat sich die Hydroforming-Technologie in der Automobilindustrie vor allem bei medienführenden Bauteilen für Abgassysteme, EGR-Bauteilen und auch kleineren Strukturkomponenten als etabliertes Verfahren positioniert. »Hier wird auch in Zukunft kein Abschwung der IHU-Technologie festzustellen sein«, erklärt Stefan Rossner, verantwortlich für Vertrieb und Marketing in der Geschäftsleitung bei der HDE Solutions, einem führenden Anbieter beim Hydroforming. Immer kompaktere Bauräume und aufwändigere Motorensysteme erfordern Bauteile mit komplexen Geometrien, die sich in ihrer Umgebung formgenau einbauen lassen. Rossner: »Genau hier liegen die Stärken von IHU.«

Kompliziertes einfach formen

Beispiel EGR-Kühler: Die Abgasrückführung ist eine wirkungsvolle Methode, um bereits während der Kraftstoffverbrennung z.?B. Stickoxide (NOx) zu verringern und so die steigenden Anforderungen bei der Einhaltung der Grenzwerte der Abgasnormen zu erfüllen. Die Herausforderung liegt darin, die Wärmetauscher, mit denen ein Teil des Abgasstroms abgekühlt wird, möglichst kompakt zu bauen. Gas- und Wasseranschlüsse müssen sich gleichzeitig einer immer komplexeren Umgebung anpassen. Solch komplexe Formgebungen der Rohrleitungen lassen sich am besten mit der Hydroforming-Technologie umsetzen. Dabei wird ein Rohr in ein formbestimmendes IHU-Werkzeug eingelegt, mit einem Wirkmedium gefüllt und bei einem Druck von bis zu 2.500 bar in die Kontur gepresst. Extreme Biegeradien und Nebenformelemente wie etwa Dellen für Schraubenfreigänge, werden bei diesem Vorgang ausgeformt.

Kosten senken

Um den wachsenden wirtschaftlichen Anforderungen an die IHU-Technologie zu begegnen, muss die Herstellung solcher Bauteile allerdings weiter optimiert werden. Selbst nach stetiger Optimierung in den letzten Jahren ist die weitere Reduktion der Prozess-Zykluszeiten immer noch eine Herausforderung für den Maschinenhersteller und Prozessentwickler bei der Anwendung. »Immer wichtiger wird aber auch die Kombination möglichst vieler IHU-Stufen während eines Maschinenzyklus und eine intelligente Kombinatorik verschiedenster Fertigungsverfahren - sei es das Biegen, seien es dem IHU nachgeschaltete Fertigungsoperationen«, erklärt Stefan Rossner. »Auf diese Weise lassen sich die Gesamtfertigungskosten der IHU-Bauteile weiter reduzieren.« Verfahrenskombinationen sind bei HDE Solutions bereits heute Standard bei der Herstellung von Bauteilen für die Auto­mobilindustrie. Für die eckige Gaszuleitung eines EGR-Kühlers geht dem IHU-Prozess beispielsweise ein mechanischer Biegeschritt voraus. Beim Post Processing wird am HDE Solutions-Standort Chemnitz bei der Hydroforming Chemnitz GMBH die Warm­umformung eingesetzt, um ein vorgeformtes Teil möglichst intelligent und kostengünstig auf eine entsprechende Toleranzanforderung zu bringen. Bei der Warmumformung wird die Umformfähigkeit eines Werkstoffes durch hohe Temperaturen herauf- und die benötigten Umformkräfte herabgesetzt, so dass man auch mit niedrigen Umformdrücken sehr hohe Umformgrade und entsprechend kleine Radien erzielen kann. Die Temperaturen variieren dabei je nach Werkstoff und erreichen bei Edelstahl durchaus 900 Grad Celsius oder mehr.

Leichtere Maschinen

Aber auch Entwickler und Konstrukteure sind gefragt, bei der Entstehung von Bauteilen zu prüfen, wie man die wirtschaftlichen Möglichkeiten der IHU-Technologie voll nutzen kann. Das bedeutet etwa, dass Toleranzen und Maße auf die Möglichkeiten der Technologie angepasst werden. »Einer der Gründe für die Ernüchterung bezüglich des Hydroforming-Verfahrens waren die hohen Erwartungen an die Toleranzen eines IHU-Bauteils«, erklärt Rossner. »Diese waren entweder nicht realisierbar oder nur unter großem Aufwand mit mehreren Umformschritten - und damit entsprechend teuer. Hier ist bei den Entwicklern ein gewisser Realismus gegenüber der IHU-Technologie gefragt. Und seitens der Hersteller eine intensive Zusammenarbeit während der Bauteilentwicklung.« Gefordert sind neben den Entwicklern und den IHU-Serienteilproduzenten auch die Maschinenhersteller. Die Verfahrenskombinatorik bedarf auch leichterer und damit flexiblerer IHU-Maschinen, die sich nach Ablauf von Produkten einfacher in neue Produktionsprozesse einfügen lassen. Nur so kann ein Planer die Zelle umgruppieren, um sie einer anderen Prozessfolge zugänglich zu machen. HDE Solutions hat zum Beispiel flexibel nutzbare Produktionszellen, die alle erforderlichen Prozessschritte für unterschiedliche Produkte fertigungstechnisch in einer Zelle komplett abbilden. Die Pressenhersteller haben inzwischen Maschinen im Angebot, die ohne große Fundamente auskommen und damit auch mobiler werden. Und auch Material- und Halbzeuglieferanten sind gefordert, ihren Beitrag zu noch mehr Wirtschaftlichkeit zu leisten. Zum Beispiel in Form weiterentwickelter kostengünstiger Werkstoffe mit gutem Umformvermögen, wie ferritische Edelstähle und weitere Kosteneinsparungen bei der Rohrherstellung unter Beibehaltung gleich bleibend hoher Qualität der Schweißnähte.

Anwendungsbereiche

In Zukunft wird Hydroforming aber nicht nur in der Gestaltung der Prozessfolge weiter optimiert werden. Es werden auch immer weitere Anwendungsbereiche erschlossen. So läuft bei HDE Solutions derzeit eine Serie einteiliger Tank­einfüllleitungen aus Edelstahl mit einem integrierten Wellrohrbereich an. Bislang wurden die bis zu fünf Einzelkomponenten mechanisch gefertigt und dann zusammengeschweißt - mit den daraus entstehenden Fertigungs- und ZSB-Kosten. Mit dem IHU-Verfahren ist es nun möglich Wellrohr und Anschlüsse in einem Stück zu fertigen. Das ist nicht nur schneller und kostengünstiger, es werden dabei auch Fügestellen vermieden, die immer das Risiko von Undichtigkeiten in sich bergen. Auch in weiteren Branchen gibt es noch enorme Potenziale für die IHU-Technologie. Vor allem in der Luft- und Raumfahrt­industrie sind die Anwendungsmöglichkeiten für medienführende IHU-Rohre noch längst nicht ausgeschöpft. »Die Nachfrage nach komplex geformten und gleichzeitig wirtschaftlich günstigen Bauteilen steigt hier weiter an«, erklärt Rossner. Ähnlich ist es in der Medizintechnik. IHU-Bauteile können hier vor allem für medienführende Elemente, aber auch ergonomische Komponenten, Griffe und Strukturteile zum Einsatz kommen. Stefan Rossner: »Die IHU-Technologie steht in vielen Branchen heute dort, wo sie in der Automobilindustrie vor fünf Jahren war: Am Anfang einer starken Entwicklung.« _

Erschienen in Ausgabe: 10/2006