Alternativer Werkstoff Holz spart Werkzeugkosten für die Blechumformung

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Als erstes Testwerkzeug wurde ein bereits bestehendes Prototypen- und Versuchswerkzeugs gewählt, bei dem der Stahlstempel durch einen aus Robinie gefertigten Stempel substituiert und die Matrize aus Stahl belassen wurde. Als Halbzeuge für die Fertigung des Stempels kamen Blöcke aus orthogonal zu ihrer Faserrichtung angeordneten 4,5 mm dicken Robinienfurnieren zum Einsatz. Hierdurch wurde eine bestmögliche Homogenisierung der mechanischen Eigenschaften erreicht (Bild 3).

Spezielle Verarbeitung hält Materialspannung gering

Um die Eigenspannungen des Grundmaterials möglichst niedrig zu halten, kamen gedämpfte Robinienfurniere zum Einsatz. Die Verklebung erfolgte mit einem handelsüblichen PU-Klebstoff. Mit einer Bearbeitungszeit von drei Stunden wurde die gesamte Stempelgeometrie auf einer Holzbearbeitungs-CNC-Fräsmaschine aus dem vorbereiteten Robinienblock gefertigt.

Im Vergleich dazu würde man für die Bearbeitung eines solchen Stempels aus Stahl zirka zwei Arbeitstage benötigen. Mittels Epoxydharz wurden auf der Unterseite des Stempels Gewindebuchsen verklebt, um zum einen eine genaue Positionierung im Tiefziehwerkzeug zu ermöglichen und zum anderen ein mögliches Verrutschen oder Abheben des Stempels zu verhindern.

Hohe Oberflächenqualität bei konventionellem Tiefziehstahl

Als umzuformender Werkstoff wurde ein konventioneller Tiefziehstahl mit einer mittleren Festigkeit von etwa 280 MPa gewählt. Durch eine Versuchsreihe mit 200 umgeformten Bauteilen konnte die grundsätzliche Machbarkeit des Verfahrens nachgewiesen werden. Hervorzuheben ist die hohe Oberflächenqualität der Bauteile, so dass dieses Verfahren insbesondere für Außenhautbauteile geeignet erscheint (Bild 4).

Ein erhöhter Verschleiß zeigt sich in Bereichen von kleinen Radien (3 bis 5 mm), da hier die zulässigen Flächenpressungen des Holzwerkstoffs überschritten werden. Ein Lösungsansatz besteht in der Verwendung von Stahleinsätzen in diesen hochbeanspruchten Werkzeugbereichen.

Falten führen zu Abdrücken im Umformwerkzeug

Ein weiterer hoher Belastungsfall ergibt sich durch die Ausbildung von Falten 2-ter Ordnung. Diese Falten führten zu Abdrücken im Holzwerkstoff. Auch dieses könnte durch den Einsatz von Stahlinlets verhindert werden, sofern sich Falten 2-ter Ordnung nicht grundsätzlich durch die Auslegung der Ankonstruktion bei Strukturbauteilen verhindern lassen. In den großflächigen Bereichen konnte ein sehr gutes Ergebnis in Bezug auf Oberflächenqualität erzielt werden.

Speziell im Bereich der kleinen Serien bietet diese Art der Werkzeugtechnik für großflächige Bauteile zahlreiche Vorteile. Daher wird die Zusammenarbeit der beiden Institute auf diesem Gebiet in Zukunft noch stärker forciert, um das beschriebene Verfahren stetig weiterzuentwickeln.

Literatur:

[1] Republik Österreich, Ministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft: „Nachhaltige Landwirtschaft in Österreich – Österreichischer Waldbericht 2008“. Wien, 2008, S. 29.

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ralf Kolleck ist Leiter des Instituts Tools & Forming, Member of Frank Stronach Institute an der TU Graz; Dipl.-Ing. Christian Koroschetz ist dort wissenschaftlicher Assistent, 8010 Graz (Österreich), Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Gerhard Schickhofer ist Leiter des Instituts für Holzbau und Holztechnologie an der TU Graz, Dipl.-Ing. Manfred Augustin ist dort wissenschaftlicher Assistent.

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