Wenn das Blech fließt

Edle Schnittkanten, die nicht wie beim Stanzen zu fast zwei Dritteln brechen, lassen sich problemlos mit der Technologie Feinschneiden erzeugen. Ohne läuft übrigens mittlerweile kein Auto mehr weltweit vom Band. So verbaut Audi im aktuellen A8 rund 120 Fein-Teile - weshalb Feintool auf der Euroblech tief blicken ließ in einen aufgeschnittenen A8. bbr nahm dessen »geflossene« Komponenten unter die Lupe.

23. März 2005

A8 4,2 quattro, 246 kW, 6stufige Tiptronic, Grundpreis 74000 Euro - aufgeschnitten fing er auf der letzten Euroblech vor dem Feintool-Stand in Halle 27 viele neugierige Augenpaare ein, die dann sahen, welchen Stellenwert das Feinschneiden heute in der automobilen Zuliefererszene hat. »Kein Auto auf der Welt läuft derzeit ohne direkte oder indirekte Feintool-Teile vom Montageband«, beziffert Feintool-CEO Reto Hartmann die Bedeutung des Feinschneidens für die Automobilbranche. Durchschnittlich seien es 100 Teile pro Auto. Im aktuellen A8 von Audi zählte Feintool unlängst rund 120 Teile, die sich auf die Baugruppen Brems- und Sitzsysteme, Elektrik/Elektronik, Fahrwerk/Motoren, Getriebe/ Kupplung, Innenraum und Sicherheitskomponenten aufsplitten. Ein Schwerpunkt der Feintool-Gruppe, die 80% des Umsatzes direkt oder indirekt mit der Automobilindustrie tätigt, liegt bei den Sitzsystemen, genauer bei den Komponenten für die Sitzverstellungen.

»Kaum eine andere Baugruppe basiert so marktumfassend auf den Möglichkeiten der Feinschneidtechnologie wie diese Lehnenversteller. Die Verstellsysteme sind zwar vom Prinzip her unterschiedlich, aber als Hauptfunktionsträger werden in jedem Fall Feinschneidteile eingesetzt«, erläutert Senior Engineer Willi Grimm. Fertigungskritischste Bauteile würden mit äußerst feinen Verzahnungen mit 2-3°-Rastung weltweit in verschiedensten Bauformen eingesetzt. »Für die wirtschaftliche Fertigung dieser Teile gibt es kaum eine Alternative.« Dies begründet Willi Grimm mit der Stufungsvielfalt unter Beibehaltung hoher Drehmomentübertragung, was in der Großserie nur durch die Feinschneidtechnologie zu bewältigen sei. Basis für das Konstruktions- und Fertigungsprinzip sei die herausragende Eigenschaft des Feinschneidprozesses in bezug auf Rißfreiheit in der Restanbindungszone - »und das, obwohl schon der Werkstoff zum Großteil durchgeschnitten ist«, so Willi Grimm. Die Bewertung der Teilegeometrie zeige im Bereich der Feinverzahnung eine massive Überschreitung der bisherigen Machbarkeitsgrenze. Dieser Weg sei längst nicht abgeschlossen. Feintool habe diese Stoßrichtung nie aus ihren Entwicklungsbemühungen gestrichen.

Neben den Sitzkomponenten im A8 finden sich vor auch im Getriebe feingeschnittene Komponenten wie Lamellen, Parksperrrad oder sogar das komplette Planetengetriebe. Beim Bremssystem sind es etwa die Belagsträger oder die ABS-Geber. Nicht nur die Werkzeugsysteme für höchste Ansprüche und schwierigste Bauteile, sondern auch die hydraulischen und mechanischen Feinschneidpressen für 1600 bis 14000 kN verkauft Feintool auch in Komplettlösungen vollautomatisiert und mit den nötigen Dienstleistungen versehen. Ergebnis ist ein einbaufertiges Feinschneidteil, das quasi im freien Fall aus der Presse fällt.

Feinschneiden formt Blech in drei Stufen

»Die Zielsetzung des Feinschneidverfahrens bezieht sich auf die Erzeugung von glatten und rechtwinkligen Schnittflächen ohne Bruchteil«, skizziert Willi Grimm. Mittlerweile sei das Zielspektrum massiv erweitert worden. Ebenheiten, engste Toleranzen, rißfreie Anschnitte und Querschnittsveränderungen seien genauso in den Mittelpunkt gerückt, wie auch alle erdenklichen Kombinationen mit den bekannten Umformprozessen.

Als Beispiel für das Einsparungspotential des Feinschneidens gegenüber anderen Fertigungsverfahren führt Feintool ein Kettenrad an. Wenn die konventionelle Fertigung erst nach neun Schritten aus einem runden Blech ein fertiges Kettenrad vorweisen kann, schaffen es die Schweizer mit Feinschneiden und Umformen in nur drei Stufen: dem Feinschneiden, Entgraten und Feinentgraten (Traubalisieren). An dem Getriebe-Zahnrad wird deutlich, welche Einsparungen in bezug auf Material und Bearbeitungsoperationen möglich sind, wenn man statt Zerspanen feinschneidet oder dem kombinierten Feinschneiden/Umformen den Vorzug gibt. Zerspanung bedeutet im Normalfall: Rohling schneiden, Innenloch schneiden, Fenster/Ausbrüche schneiden, Richten/Planieren, Außendurchmesser fertig bearbeiten, Zahnspitzen am Kopfdurchmesser bearbeiten, Zähne abwälzfräsen, Bohrungen anbringen, Fasen und Entgraten/Finish. Feinschneiden dagegen nur: Feinschneiden, Zahnspitzen anschrägen, Entgraten/Finish! Da heutige Folgeverbundwerkzeuge oder Modul-Werkzeuge in der Lage sind, viele Feinschneid- und Umform-Operationen in sich zu vereinen, sind die Blechteile in nur einem Pressenhub zu fertigen. In der Praxis führt dies zu Kosteneinsparungen bis 70% und mehr, kalkuliert Feintool - je nach Stückzahl sowie unter Berücksichtigung der Funktions-Integration und dem Wegfall der früher für die gleiche oder nunmehr erhöhte Leistung benötigten mechanischen Bauteile. Darüber hinaus eröffnet die Kombination Feinschneiden/Umformen den Konstrukteuren und Herstellern weitere Möglichkeiten für kreative und alternative Lösungen, die wiederum zu echten Produktivitäts- und Kosten- sowie Wettbewerbsvorteilen führen.

Die Formgebung der äußeren und inneren Hauptkonturen eines flachen Blechteils durch Feinschneiden ist beim kombinierten Feinschneiden/Umformen wahlweise durch Biegen, Senken, Durchsetzen, Prägen, Kröpfen, Tiefziehen und Fügen zu ergänzen. Somit sind individuelle Teile-Konstruktionen für integrierte Funktionen realisierbar, was zum einen die Teilevielfalt in einer Baugruppe/einem Gerät reduziert und zum anderen die Produktions- und Montagekosten verringert. Das Technologie- und Ratio-Potential der Feinschneid-/ Umformtechnik kommt vor allem bei Multifunktions-Teilen zum Tragen, die in vielen Fällen einerseits konventionelle technische Teile und andererseits deren Produktionseinrichtungen quasi substituieren.

19 mm Materialdicke, feine Schneidspalte

Als wesentliche Vorteile gegenüber dem Stanzen nennt Feintool nicht nur die machbare Materialdicke von bis zu 19 mm beim Feinschneiden (Stanzen geht etwa bis 3 mm), sondern auch den hohen Glattschnittanteil, keine Stauchungen und Einrisse. Weiterer Pluspunkt sind die Schneidspalten planen, die rund eine Zehnerpotenz kleiner als beim Stanzen sind. Zur Prozeßsicherheit kommt nach Erfahrung von Feintool auch die Wirtschaftlichkeit, wenn es darum geht, Stückzahlen über 200.000 zu fertigen.

Das beim Feinschneiden angewandte 3-Kräfte-Prinzip in Werkzeug und Presse gewährleistet nach Erfahrung von Feintool eine sehr hohe Maß-, Plan- und Form-Genauigkeit, so daß selbst bei sehr anspruchsvollen Präzisions-Bauteilen für mechanische/elektromechanische Antriebe und Getriebe keine weiteren spanenden sowie Finish-Arbeiten mehr erforderlich sind.

Schlüssel zum Erfolg ist beim eigentlichen Feinschneiden das exakte Zusammenwirken der drei Kräfte, das entscheidenden Einfluß auf Qualität und Leistung des Prozesses hat. Bevor die Schneidkraft FS einsetzt, preßt sich die Ringzacke (FR) in das Werkstück und die Gegenkraft FG drückt den Blechstreifen gegen den Schneidstempel. Bereits vor dem Schneidvorgang ist damit das Werkstück außerhalb und innerhalb der Schnittlinie fest eingespannt. Größe und Wirk-Zeitpunkt der Kräfte können nach Bedarf eingestellt werden. Der Stößel bewegt sich während des Schneidvorgangs von unten nach oben. Auf ihn wirkt die Summe aller drei Kräfte (Fges). Mit dem Anlegen der Schneidkraft beginnt die eigentliche Schneidbewegung des Stößels, in deren Verlauf sich das Teil bis zur vollen Werkstoffdicke in die Schneidplatte und der Innenformabfall in den Schneidstempel einschneiden. Grundlegend findet beim Feinschneiden sowohl ein Fließ- als auch ein Schervorgang statt. Die Körner des Werkstoffgefüges werden dabei in Verformungsrichtung erst stark kaltverformt, ehe der Werkstoff durch den Schneidstempel durchtrennt wird. Bei dem Fließ-Scher-Vorgang tritt starke Kaltaufhärtung auf, die mit zunehmendem Abstand von der Schnittfläche abnimmt. Das wohl markanteste Ergebnis des Feinschneidens sind die glattgeschnittenen, ein- und abrißfreien Schnittflächen der Feinschneidteile. Verfahrensbedingt kann der Werkstoff über seine gesamte Dicke so geschnitten werden - je nach Eignung des Materials. Dagegen weisen normal gestanzte Teile sowohl prägnante geschnittene wie auch abgerissene Flächen auf. Solche Schnittflächen sind rauh und müssen nachgearbeitet werden, bevor sie eine reproduzierbare Funktion übernehmen können. Und da liegen auch die wesentlichen Einsparungspotentiale bei dem Umstieg vom Stanzen auf das Feinschneiden, weil das nicht nur die Anzahl der mechanischen Bauteile innerhalb einer Baugruppe reduziert, sondern vor allem auch signifikant die Anzahl der einzelnen Arbeitsgänge bis hin zur Montage der Komponenten. In Konsequenz bedeutet dies den Wegfall von Maschinen, Pressen und Vorrichtungen sowie Werkzeugen und mehr, so daß dem zunächst höheren Invest in eine Feinschneidanlage plus Handling-Peripherie und Werkzeugsystem bei ganzheitlicher Betrachtung nach Erfahrung von Feintool eine erheblich höhere Wirtschaftlichkeit gegenübersteht.

Harald Klieber

Erschienen in Ausgabe: 01/2005