Mobilität soll bezahlbar bleiben

Wie Pressenhersteller zum Leichtbau von Autos beitragen

Weltweit gestiegene Treibstoffpreise, die Luftverschmutzung (unter anderem Treibhausgase) und schwindende Ressourcen erfordern Verbrauchsminderung von Kraftfahrzeugen. Neben Maßnahmen an Motor und Kraftübertragung sind Aerodynamik und Leichtbau wichtige Mittel. Zu letzterem kann die Innenhochdruck-Umformung beitragen.

21. März 2001

In nahezu allen Staaten ist das Autofahren seit Beginn des Jahres 2000 durch gestiegene Treibstoffpreise in dramatischer Weise verteuert worden. Auch ökologische Gesichtspunkte erfordern eine deutliche Reduzierung der Abgasemissionen.

Durch diese Entwicklungen sehen sich die Automobilhersteller in ihrem Bemühen bestätigt, mit strömungsgünstigen Karosserien und motorisch sparsamer angelegten und vor allem leichteren Fahrzeugen den Wünschen und Bedürfnissen der Autokäufer zu entsprechen.

Zwei Wege zur Gewichtsabnahme

Technisch sind grundsätzlich zwei Möglichkeiten zur Verringerung von Massen bei gesteigerter Leistungsfähigkeit eines Systems wie dem Fahrzeug realisierbar: die Verwendung neuer Werkstoffe und die Entwicklung innovativer Konstruktionen, in denen die jeweiligen Eigenschaften eines Werkstoffs optimal wirken.

Die Automobilhersteller sind in beide Richtungen gegangen. In der Werkstoffsubstitution bewährten sich, bei deutlich verringertem Gewicht durch reduzierte Blechdicken, höherfeste Stähle (zum Beispiel ULSAB) und der klassische Leichtbau-Werkstoff Aluminium (beispielsweise ASF „Audi Space Frame“).

Schrittmacherdienste

Eine geeignete Möglichkeit, innovative Konstruktionen einzusetzen, bietet die Innenhochdruck-Umformung (IHU), die unter der SPS-Bezeichnung „Allform“ angewendet wird.

SPS (Siempelkamp Pressen Systeme, Krefeld) hat wesentliche Verbesserungsprozesse in diese Verfahrenstechnik eingeführt. Das Unternehmen hat bisher weltweit mehr als 50 IHU- Einrichtungen installiert und bietet dem Markt alle IHU-Leistungen (Machbarkeitsstudien, Prototypen, Werkzeugbau, Umformaggregate) auch als Komplettlösung für die Großserienfertigung.

Auf den von SPS gelieferten Anlagen werden neben Vorderachskomponenten auch Karosseriebauteile und Rahmen für Hinterachsen hergestellt. Weiteres Zukunftspotenzial für dieses Verfahren sehen die Fahrzeugkonstrukteure in den Bereichen Chassis und Karosserie.

Von der Bauteil-Idee bis zur Fertigung

Die Bauteilidee wird zunächst in einer Prozessfähigkeitsanalyse optimiert und dann aus dieser die abschließende Prozessdefinition abgeleitet, in der man die funktionalen Anforderungen an die erforderlichen Betriebsmittel zusammenfasst. Der Prozessfähigkeitsnachweis wird mittels numerischer Umformsimulation und durch die Herstellung von Musterteilen für erste Fahrzeugprototypen im SPS-Technologiezentrum für Innenhochdruck erbracht. Die so gewonnenen Erkenntnisse fließen unmittelbar in den Bau des Umformaggregates, der Umformwerkzeuge und in die Definition der Produktionslinie ein.

Aspekt Kostenersparnis

Die klassische Innenhochdruckumformung geht von runden Rohren aus, die in der Regel zu rechteckigen Querschnitten umgeformt werden. Dies bedingt insbesondere an den Bauteil- Enden Übergangskonstruktionen, um von einem runden zu einem rechteckigen Querschnitt zu gelangen.

Durch geeignete und ganz besondere Werkzeugtechnik und Prozessführung ist es SPS bei vielen Bauteilen gelungen, auf diese aufwändige Übergangskonstruktion zu verzichten und das Rohrende schon im Umformprozess in seine endgültige Form zu bringen. So können bei verschiedenen Bauteilen bis zu zehn Prozent des Ausgangsmaterials eingespart werden.

Eine weitere wichtige Kenngröße, neben der Zuverlässigkeit von Produktionsanlagen, ist für den Produzenten von Bauteilen die Produktivität, die sich stark auf die Bauteilherstellkosten auswirkt.

Die Zykluszeiten der von SPS gelieferten Anlagen konnten - bei konstanten Investitionskosten - deutlich gesenkt werden. Obwohl die Prozesse komplexer werden, wird sich dies in intensiver Zusammenarbeit zwischen Prozessingenieuren, Werkzeugkonstrukteuren und Maschinenbauern weiter verbessern und die Marktbedeutung von IHU-produzierten Leichtbauteilen stärken.

Bei der Perfektion von Fertigungsverfahren zur Herstellung von Komponenten mit veränderten konstruktiven Randbedingungen ist neben den technischen Kernvorteilen auch Fortschritt im ökonomischen Bereich gefordert. SPS hat mit Maschinen und Anlagen für die Innenhochdruck-Umformung wesentliche Beiträge dazu geleistet; auch die künftigen Entwicklungen werden deshalb deutlich unter dem Aspekt der Ökonomie für Bauteilproduzenten und Endverbraucher betrieben.

Gute Aussichten für noch breitere Anwendung

Eine der primären Aufgaben, denen sich SPS zugunsten des ökonomischen Leichtbaus verschrieben hat, ist die Weiterentwicklung der Umformtechnologie von Aluminium. Die heutigen Erfolge deuten auf eine erhebliche Erweiterung des umformtechnischen Potenzials hin und machen Mut.

Bei einem Musterteil konnte ein für Aluminium beachtlicher Umformgrad von 100 Prozent erreicht werden. So ergibt sich die Möglichkeit, den Leichtbau-Werkstoff Aluminium verstärkt zu verwenden und die technischen Variationsmöglichkeiten deutlich zu erweitern, mit denen erheblich leichtere Autos gebaut werden können. An solchen Fahrzeugen haben dann Autofahrer, Automobilhersteller und Zulieferer noch mehr Freude.

Erschienen in Ausgabe: 08/2000