Umformtechnik 4.0 an der Leine

Fokus

Kein Kongress ohne Industrie 4.0: Das dachten sicherlich manche Besucher des 22. Umformtechnischen Kolloquiums Hannover (UKH) beim Blick auf das Programm. Glücklicherweise ging es in der Stadt an der Leine aber nicht nur um Smart Factory und Big Data, sondern auch um handfeste Umformtechnik.

17. Oktober 2017
Ab ins Netz: Künftige Pressenlinien will die Automobilindustrie intern und im Idealfall sogar weltweit zu einem Fertigungsverbund über Datenleitungen verknüpfen. Bild: VW
Bild 1: Umformtechnik 4.0 an der Leine (Ab ins Netz: Künftige Pressenlinien will die Automobilindustrie intern und im Idealfall sogar weltweit zu einem Fertigungsverbund über Datenleitungen verknüpfen. Bild: VW)

Einen Blick in die Zukunft wagte Dr.-Ing. Frank Weber, Leiter der Presswerke bei der Daimler AG, Stuttgart. Unter dem Titel ›Presswerk 20XX – im Wandel der Zeit‹ nannte er die aktuellen Herausforderungen, die aktuell alle Branchen mitmachen. Als erstaunliche Entwicklung bezeichnete er zum Beispel das Zeitalter der digitalen Transformation. Mit Interesse und auch mit gewissem Unbehagen beobachtet die Automobilindustrie, dass sich auch ganz ohne Produktionsstätten und Produkte Geschäfte machen lassen. »Uber hat keine Taxis, Banken, kommen ohne Geld aus und Telefongiganten benötigen keine eigene Telekommunikation«, skizzierte Weber die neue Situation. »Unsere Branche wird von Neulingen wie Google oder Tesla angegriffen.«

Doch Daimler will als größter Premiumhersteller nicht aufgeben, sondern unter den Mobilitätsanbietern die Nummer eins werden. Dazu ist Daimler in vielen Bereichen aktiv: So erforscht das Unternehmen im Stuttgarter Forschungsnetz ARENA2036 (Active Research Environment for the Next Generation of Automobiles) unter anderem den intelligenten Leichtbau mit Funktionsintegration, digitale Prototypen und die noch engere Zusammenarbeit von Roboter und Mensch.

Doch auch ganz bodenständige Themen bewegen den Leiter der Presswerke, in denen zunehmend ›intelligente‹ Werkzeuge mit sehr viel Sensorik eine wichtige Hauptrolle spielen. »Wir machen sehr viele Werkzeuge für die Außenhaut«, berichtete Weber. »Künftig müssen wir aber für jedes damit gefertigte Teil eine 100-Prozent-Prüfung durchführen.« Um Fehler im Vorfeld zu vermeiden, setzt Daimler auf die Predictive Maintenance, mit der sich kritische Parameter vorhersagen lassen.

Auf Predictive Maintenance setzt auch der ehemalige Werkzeugbau-Leiter Dr.-Ing. Albrecht Stalmann, der mittlerweile das Innovationsmanagement bei der Volkswagen AG in Wolfsburg leitet. Zu schaffen macht dem Automobilhersteller die Zunahme an Fahrzeugvarianten und der damit einhergehende Trend zu immer kleineren Stückzahlen. »Die eingrenzende Größe in der Produktion ist künftig die Logistik«, erläuterte der altgediente Fachmann. »Wenn wir viele Varianten in einer Fabrik auf einer bestimmten Quadratmeterzahl fertigen, dann müssen die Teile rechtzeitig dort ankommen. Das wirkt sich tiefgreifend auch auf die Umformteile aus.« Davon hänge auch ab, ob der OEM den individualisierten Kundenwünschen nachkommen kann. Parallel dazu gelte es nun, Anlagen- und Feldfunktion werksübergreifend zu vernetzen und autonome Prozesssteuerung zu verwirklichen. »Das alles haben wir noch nicht in dem Maße umgesetzt, wie wir uns das vorstellen«, gab Stalmann zu. »Die Prozessebene wird künftig einen wesentlich größeren Einfluss auf unsere Organisationsstruktur bekommen.« Das Fernziel sind miteinander zu einem Fertigungsverbund verknüpfte Fabriken, in denen alle Anlagenteile miteinander vernetzt sind.

 »Wir befassen uns im Presswerk aktiv mit der automatischen, permanenten Eingangs- und Ausgangskontrolle, um den Ausschuss zu verringern«, berichtete Stalmann. »Künftig setzen wir auf eine ständige In-line-Qualitätssicherung direkt an der Pressenlinie mit entsprechenden Algorithmen zum Auswerten der Daten. Da bin ich wirklich gespannt auf die Lösungen der entsprechenden Hersteller.« Dazu gelte es mit Blick auf Industrie 4.0 zum Beispiel alle Platinen zur leichten Identifikation etwa mit einem QR-Code zu kennzeichnen, damit das Teil den Prozess selbst steuern könne. Gleichzeitig hatte der Fachmann auch die Bitte an die Stahlhersteller, ihre Lieferungen mit genaueren Angaben – vielleicht auch mit einer Art digitalen Schatten – zu versehen, um Chargenschwankungen besser begegnen zu können.

Das Verarbeiten von Faserverbund- und Hybridwerkstoffen ist eine der Spezialitäten des Instituts für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) aus Hannover, dem Veranstalter des UKH. Auf der Tagung stellte IFUM-Leiter Professor Bernd-Arno Behrens, eine Verfahrenskombination aus Organoblechumformung und GMT-Fließpressen vor – ein Teilaspekt des BMBF-Projektes Provorplus (Funktionsintegrierte Prozesstechnologie zur Vorkonfektionierung und Bauteilherstellung von FVK-Metall-Hybriden). Mit dieser Kombi lässt sich in einem Schritt ein Batterieträger für Hybrid-Fahrzeuge mit integrierter Organoblechschale und Verstärkungsrippen herstellen. Behrens: »Der Tunnelbereich wird per Fließpressen eingebracht und dadurch für eine Verstärkung des Bauteils sorgen.« Die Organoblechschale entsteht durch Auffalten des Glasfasergewebes und der PA6-Matrix sowie dem Ausformen eines Tunnelbereiches und einer Nebengeometrie. Eine besondere Herausforderung ist die Beschleunigung des Prozesses, bei dem die Forscher eine Taktzeit unter 20 Sekunden erreichen wollen. Beim Fügen derartiger Hybridbauteile setzt das IFUM auf mechanische Verfahren. Behrens: »Als ein sehr effizientes Verfahren hat sich aufgrund des Wegfalls zusätzlicher Hilfsfügeelemente und thermischer Einflüsse das Clinchen und Durchsetzfügen erwiesen.« Bewährt hat es sich dabei, den Werkstoff PA6 (Glasfaseranteil: 60 Prozent) während des Clinchens auf 80 °C zu erwärmen.

Temperaturfragen beschäftigen auch die Schuler Pressen GmbH aus Göppingen bei ihren Anlagen zum Presshärten, die wegen der Warmumformung viel Energie verbrauchen. Diese Anlagen sind sehr gefragt, denn das aktuelle Marktvolumen an pressgehärteten Bauteilen wird auf etwa 300 Millionen Teile pro Jahr geschätzt. Diese Anzahl soll sich in den nächsten Jahren verdoppeln, sodass langfristig mit einem Einsatz von 600 Pressen (bisher 400) gerechnet wird.

Bei Schuler entstand nun die dritte Generation von Hot-Stamping-Systemen, in denen neue Antriebskonzepte das Presshärten effizienter machen sollen. Die neuesten Hydraulik-Antriebe ermöglichen dem Anwender ›Efficient Hydraulic Forming (EHF)‹. Hajo Kleene: »Wir speisen aus Hochdruckanlagen Axialkolbenpumpen, die den Elektromotor auf hohe Drehzahl bringen. Erst beim Erreichen dieser Drehzahl wird der Strom zugeschaltet, sodass sich der Energieverbrauch für das Anlaufen der Presse signifikant senken lässt.« Eine Start-Stopp-Automatik sorgt für ein schnelles Abschalten der Pressen-Hauptantriebe bei längeren Halte- und Wartezeiten oder Stillständen und ein schnelles Hochfahren aus diesem Standby-Modus. Für weitere Energieeinsparung werden frequenzgeregelte Nebenantriebe und dezentralisierte Hydrauliksysteme eingesetzt, die mit zwei bis drei statt mit zehn bis 30 bar Betriebsdruck arbeiten. Kleene: »Hochgerechnet auf eine Million Hübe kommen wir bei unseren neuen Anlagen auf eine Energieeinsparung von etwa 40 Prozent.«

Nikolaus Fecht

Fachjournalist aus Gelsenkirchen

PROTEC-Technologietage: Umform-Highlight im Sauerland

Im März 2017 trafen sich im Protec Process & Technology Center in Lennestadt, das bei Gründungsmitglied Heru Werkzeugbau sitzt, rund 300 deutsche und ausländische Experten aus der Branche zu den zweiten Technologietagen. Vielleicht störte sich mancher Besucher daran, dass diese Tage absolut parallel zum Umformtechnischen Kolloquium Hannover stattfanden, doch mit etwas Planung ließen sich beide Termine gut kombinieren, zumal Heru-Geschäftsführer Markus Hesse und seine Mitstreiter aus dem Protec-Netz Teilnehmer wie den rasenden bbr-Reporter Nikolaus Fecht mit einer gelungenen Mischung aus Theorie und Praxis ins Sauerland gelockt hatte. Ein Highlight war die Vorführung eines Hybridverfahrens der genialen Art: Protec demonstrierte auf einer Schuler-Servopresse das integrierte Schweißen nach dem KES-Verfahren, das nach dem Kondensator-Entladungs-Prinzip arbeitet und ohne Wasserkühlung auskommt.

Aber auch oft vernachlässigte Themen standen auf dem Programm: So ging der Heru-Geschäftsführer im Detail auf die Effizienzverluste im Presswerk ein, die mittlerweile oft nicht mehr von den Haupt-, sondern von den manchmal immer noch vernachlässigten Nebenzeiten herrühren. Als ein Gegenmittel zum Zweck bezeichnete er die optimierte, vorbeugende Instandhaltung (Stichworte: Condition Monitoring und Predictive Maintenance), mit der sich unproduktive Ausfälle drastisch reduzieren lassen. Hesse: »Wirtschaftlich sinnvoll ist die Betrachtung der Lifetime-costs. Hier gehen neben den durch das Betriebsmittel beeinflussten Parametern wie Tischlänge, Hubzahl oder Chargenstabilität insbesondere die Instandhaltungskosten ein.« An einem aktuellen Beispiel zeigte er, wie sich dank intelligentem Hotline- und Remote-Service zehn Serviceeinsätze mit insgesamt 100 Stunden Maschinenstillstand auf 20 Stunden Ausfall senken lassen. Diesen Heru-Tool-Service will das Unternehmen zu einer Full-Time-Wartung ausbauen.

Aber der Umformer könne auch sparen, wenn er seine Kalkulation und Planung gezielt verbessere. Ein Kostentreiber sei jedoch – so Hesse aus seiner über 30-jährigen Erfahrung als Werkzeugkonstrukteur – die mangelnde Standardisierung vieler Komponenten. Sein Angebot: »Ich biete die Gründung eines Arbeitskreises bei uns im Hause an, in dem wir das Thema Standardisierung gemeinsam angehen.«

Erschienen in Ausgabe: 06/2017