»Ein schneller Werkzeugwechsel ist gefragt«

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Profilieren - Das Walzprofilieren ist ein typischer Großserienprozess. In unsicheren Zeiten flexibel reagieren zu können, ist eine zentrale Herausforderung. Professor Peter Groche vom Darmstädter Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen PTU weist Wege.

07. April 2009

bbr: Herr Professor Groche, Sie kennen die Walzprofilierer wie kaum ein anderer. Was treibt die Branche um?

Peter Groche: Derzeit größtes Problem aller Verarbeiter sind die extrem volatilen Beschaffungs- und Absatzmärkte. Die Beschaffungspreise schwanken stark. Gleichzeitig entwickeln sich die Materialien untereinander sehr unterschiedlich. Das macht den Einkauf und die Lagerhaltung sehr schwierig, bedeutet aber auch, dass man bei der Produktplanung bezüglich der Materialgüte flexibel sein muss, um in einer laufenden Serie modifizieren oder austauschen zu können.

Der Absatzmarkt macht derzeit ja wohl auch Probleme?

Die Volatilität der Absatzmärkte ist die zweite große Herausforderung. Sie führt nicht nur dazu, dass die Stückzahlen an sich schwanken, sondern auch, dass der Produktmix sich sehr schnell ändern kann. Umformprozesse sind traditionell Großserienprozesse. Beim Walzenprofilieren besteht das Problem eines großen Rüstaufwands. Das birgt hohe Anforderungen an die Prozesse, aber auch an die Anlagen. Bei den Prozessen kommt es jetzt vor allem darauf an, möglichst schnell Anläufe neuer Produkte zu schaffen beziehungsweise von einem auf das andere Produkt umzusteigen. Man sollte auch nicht unnötig auf Lager produzieren, weil die Gefahr besteht, Material zu verarbeiten, das zu teuer eingekauft wurde.

Damit ist ja wohl Forschung und Entwicklung gefordert. Wie lauten ihre wesentlichen Herausforderungen?

Beim Walzprofilieren ist jetzt sicher der schnelle Werkzeugwechsel gefragt. Dabei helfen Schnellwechselsysteme, automatische Einstellung der Rollenpositionen, aber auch das schnelle Wiederfinden der einmal eingestellten optimalen Positionen.

Wäre nicht auch ein engeres Zusammenspiel zwischen Produkt- und Prozessentwicklung gefragt?

Genau daran arbeiten wir hier in Darmstadt. Wir sind der festen Überzeugung, wenn man beide Welten früher zusammenbringt, kann die Produktentwicklung die Produkte so entwickeln, dass sie sich günstiger und vor allem sicherer fertigen lassen. Dadurch verbessert sich auch die Verfügbarkeit der Anlagen und letztlich die Wirtschaftlichkeit. Umgekehrt helfen klare Vorgaben aus der Entwicklung, die Prozesse in die richtige Richtung weiter zu entwickeln. Häufig werden Prozesse nur in Richtung Kostensenkung und Geschwindigkeitserhöhung entwickelt. Technologische Fortschritte müssen aber durch neue Ideen in der Produktgestaltung stimuliert werden.

Genau das hört man immer wieder, in der Realität scheint es jedoch kaum umgesetzt zu werden. Woran liegt das?

Mein Eindruck ist, dass die Bereitschaft der Profilierer dazu sehr stark ausgeprägt ist. Leider scheitert es häufig an organisatorischen Randbedingungen wie der mangelhaften Abstimmung zwischen Technik und Einkauf. Wir brauchen Modelle, mit denen man einerseits früh Fertigungsexperten involvieren kann, andererseits aber die Freiheit behält, Produkte später trotzdem frei einkaufen zu können.

Welche Rollen spielt die Werkstoffentwicklung, wer treibt da wen?

Das geht in beide Richtungen. Aus der Produktgestaltung kommt zum Beispiel der Wunsch nach höherfesten Produkten. Das erfordert auf der Verarbeitungsseite Möglichkeiten, höherfeste Werkstoffe zu verarbeiten. Gerade beim Profilieren gibt es Beispiele, wo das — auch im Vergleich zu anderen Techniken — sehr gut gelingt. Andererseits verlangen neue Prozesse von Blechen Formänderungen, die sie zunächst gar nicht ertragen können. Bleche müssen dann gezielt in die Richtung entwickelt werden, dass auftretende Versagensarten verhindert werden.

Gibt es nicht zusätzlich auch den Druck der Werkstoff-Substitution, also Kunststoff statt Metall?

Der Anteil der Bleche an der gesamten Produktion von Stahl und Aluminium nimmt immer noch zu, Bleche sind im Vergleich zu anderen Halbzeugen also ein Wachstumsmarkt. Das ist sicher darauf zurückzuführen, dass im Bereich der Blechumformung durch neue Walzvorgänge ein völlig neues Geometriespektrum erreicht wurde. Dadurch lassen sich Bauteile substituieren, die früher über massive Umformverfahren wie Schmieden hergestellt werden mussten. Natürlich gibt es immer die Forderung, Gewichte bei gleicher Steifigkeit zu senken. Da sind Leichtmetalle im Vorteil und dann ist man schnell bei Gusskonstruktionen. Dieser Wettbewerb läuft, und da wollen wir mit unserem Spaltprofilieren kräftig mitmischen.

Stichwort »Spaltprofilieren«. Sie sind Sprecher eines Sonderforschungsbereiches zu diesem Thema, in den erhebliche öffentliche Mittel fließen. Wo stehen Sie zurzeit mit Ihrer Entwicklung?

Wir sind im letzten Jahr sehr viel weiter gekommen, was die Stabilität der Eigenschaften anbelangt. Vor einem Jahr gelang uns der Nachweis, dass man prinzipiell aus der Blechkante heraus Profile erzeugen kann. Heute erreichen wir Genauigkeiten, die eine industrielle Nutzung als realistisch erscheinen lässt. Wir wollen jetzt im zweiten großen Schritt nachweisen, dass aufgespaltene Bleche sich anschließend sogar besser profilieren lassen als ein ebenes Blech. Der Grund ist, dass durch die Versteifung der Kante die Einformzone deutlich gleichmäßiger verläuft. Das spart so viele Umformstufen, dass die Gesamt-Prozesskette aus Spalt- und Walzprofilieroperationen oft sogar kürzer ist, als wenn man nur Walzprofilieren würde. In Kürze werden wir erste Schritte in Richtung Serienprodukte gehen.

Eine weitere Entwicklung ist das Spaltbiegen. Wie funktioniert das und welche Vorteile bietet es?

Nachdem wir aus der Bandkante heraus aufspalten konnten, entwickelte sich die Frage, ob man das nicht auch an beliebigen anderen Stellen größerer Flächen realisieren könnte. Das Grundprinzip ist, dass man mit einem vorgebogenen Blech startet und quasi von der Seite aus in die Fläche eintaucht. Nachher kann das Blech wieder zurückgebogen werden. Wir können so aus einem ebenen Blech heraus ein Flächentragwerk erzeugen, wie man das heute eigentlich nur in sehr aufwendigen Bauweisen, zum Beispiel als Stringer im Flugzeugbau, findet. Gleichzeitig können wir das Grundblech in seiner Dicke verändern, also Material aus Stellen, wo man nicht so große Dicken benötigt, in die Breite oder in Rippen verschieben. Daraus ergibt sich bei gleichem Gewicht eine bedeutend höhere Steifigkeit. Das leistet auch einen Beitrag zur Ressourcenschonung. Zwar können höherfeste Werkstoffe im Leichtbau das Problem der Festigkeit lösen, nicht aber das Problem der Steifigkeit. Das geht nur durch intelligentere Formen, die in aller Regel Verzweigungen und Stege erfordern. Und die können wir nun mit dem Spaltbiegen aus einem Blechband kontinuierlich herstellen.

Es fragte: Michael Pyper

Peter Groche

Titel _ Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing.

Funktion _ Leiter des Instituts für Produktionstechnik und Umformmaschinen PtU an der TU Darmstadt, Sprecher des Sonderforschungsbereichs 666 »Integrale Blechbauweisen höherer Verzweigungsordnung«

Werdegang _ Abitur 1980, Studium des Maschinenbaus an der TU Braunschweig, wissenschaftlicher Assistent am Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen, Uni Hannover, Promotion 1990, 1991 bis 1999 Industrietätigkeit, daneben 1992 bis 1997 Studium des Wirtschaftsingenieurwesens an der Fernuniversität Hagen, 1996 Verleihung der Otto-Kienzle-Medaille, seit Sept. 1999 Professor an der TU Darmstadt.

Erschienen in Ausgabe: 03/2009