EuroMold 2013

Robustere Werkzeuge für den Automobilbau

Forschung Kompakt / 2.12.2013

Umformwerkzeuge sind hohen Belastungen ausgesetzt. Legiert man mit Laserstrahlen Zusatzwerkstoffe in die Oberfläche, macht sie das robuster gegen Verschleiß. Dieser Prozess erhöht die Werkzeugstandzeit in der Automobilproduktion um 150 Prozent.

© Foto Fraunhofer IPT

Das optimierte Umformwerkzeug der Mühlhoff Umformtechnik GmbH ist robuster als bisher – dank Laserauftragsschweißen. Das Bild zeigt das eingesetzte Maschinensystem.

Langsam bewegt sich der metallische Stempel auf das Blechstück zu und drückt es mit einer Kraft von mehreren Tonnen in die Presse. Binnen weniger Sekunden entstehen so Bauteile für die Automobilproduktion. »Tiefziehen« heißt diese spezielle Umformtechnik. Die Automobilindustrie nutzt den Produktionsschritt, um Karosserieteile in die rich- tige Form zu bringen. Was in der Produktionshalle so leicht und geschmeidig aussieht, belastet die Werkzeuge enorm. Denn beim Pressvorgang entsteht hoher Druck – vor allem an den Ziehkanten. Das sind die Stellen der Umformwerk- zeuge, an denen der Werkstoff in die gewünschte Form ge- zogen wird. Gerade deren Oberflächen verschleißen oft sehr schnell. Um einwandfrei zu funktionieren, müssen die Werkzeuge regelmäßig gewartet und im Extremfall aus- getauscht werden. Manchmal stehen dann teure Produkt- ionsmaschinen bis zu einer Stunde still. Die Presswerkzeuge sind teure, aus speziellen Rohstoffen hergestellte Unikate. Bereits kleine, wenige Zentimeter große Exemplare kosten bis zu 600 Euro.

Gefragt sind Verfahren, die die Lebensdauer der Werkzeuge erhöhen und die Rüstzeiten reduzieren. Eines davon ist das Laserauftragsschweißen. Ein Laserstrahl schmilzt die Werkzeugoberfläche und den Zusatzwerkstoff gezielt auf, so dass eine lokale Schutzschicht auf die Werkzeugoberfläche aufgebracht wird. Dieser Vorgang macht das Edelstahlwerk- zeug an kritischen Stellen robuster und widerstandsfähiger. Die Behandlung mit dem Laserstrahl geschieht in wenigen Bruchteilen von Sekunden. Bisher jedoch fehlte ein durchgängiger und reproduzierbarer Prozess für den praktischen industriellen Einsatz. Das haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT in Aachen nun zusammen mit dem Werkzeugbauer Mühlhoff Umformtechnik GmbH sowie weiteren Partnern während der Innovationsallianz »Green Carbody Technologies« InnoCaT® geändert.

Lebensdauer um 150 Prozent erhöht

Die Wissenschaftler bauten eine herkömmliche 5-achsige Fräsmaschine so um, dass mit ihr Umformwerkzeuge automatisch via Laser legiert werden können. Die Anlage lässt sich in den laufenden Produktionsprozess einbetten und sorgt dafür, dass sich die Lebens- dauer der Werkzeuge um über 150 Prozent erhöht. Der neue Prozess verbessert die Quali- tät der Bauteile und ermöglicht, die Rüstzeiten exakter zu planen. Das sind die Ergebnisse des Praxistests bei Mühlhoff. Das Unternehmen mit Stammsitz im nordrhein-westfälischen Uedem produziert mit über 340 Mitarbeitern Blechteile für die Automobilindustrie. Ein eige- ner Werkzeugbau versorgt die Produktion an den verschiedenen Standorten mit Umform- werkzeugen.

Außer der Anlage zum Laserauftragsschweißen ist die integrierte CAx-Software (CA= Computer-Aided) ein weiteres Herzstück des Systems. Damit lassen sich die notwendigen Prozesse rund um die Laseroberflächenbehandlung reproduzierbar und übersichtlich steuern. Alle notwendigen Prozessparameter werden schnittstellenlos an die Anlage übermittelt. Bereits im Vorfeld der eigentlichen Bearbeitung kann der Vorgang bis ins Detail simuliert und optimiert werden.

Mehr als 60 Partner aus Industrie und Forschung traten im Jahr 2010 zu InnoCaT® an, um gemeinsam an Innovationen und Synergien entlang der Prozesskette im Automobil zu forschen. Sie durchleuchteten erstmals ganzheitlich und aus Sicht der Ressourceneffizienz, die komplexen Produktionsabläufe – vom Werkzeugbau über das Presswerk und den Karosseriebau bis hin zur Lackierung der Rohkarosserie. In fünf Verbund- und 30 Teil- projekten entstanden bis zum Abschluss im Sommer dieses Jahres technische Lösungen sowie ganzheitliche Ansätze, die Energie- und Ressourceneffizienz steigern.

Die Forscher zeigen den Prozess vom 3. bis 6. Dezember auf der Messe EuroMold in Frankfurt am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle 11, Stand C 68.