Mittel- und Kleinserien von komplexen Blech-Bauteilen kostengünstig hergestellt

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MaSuB GmbH - Maschinen für die Schweißnahtvorbereitung und Blechbearbeitung

Ziel war es, in einer ganzheitlichen Betrachtung nicht nur eine technisch gute Lösung zu erarbeiten, sondern von vornherein die wirtschaftliche Fertigung zu berücksichtigen.

Edelstahl löst Aluminium als Werkstoff ab

Der erste Schritt zur Verbesserung der Eigenschaften war der Wechsel des Materials von Aluminium zu Edelstahl. Damit konnte DTMT die Festigkeit des Gehäuses – insbesondere der Fügestellen – deutlich verbessern, was für die Betriebssicherheit der mit Öl als Isolations- und Kühlmedium gefüllten Röntgenröhre von entscheidender Bedeutung ist. Ein willkommener Nebeneffekt war, dass Edelstahl die Strahlung besser als Aluminium abschirmt. So konnte DTMT den Bleianteil im Inneren des Gehäuses reduzieren.

Der erste Ansatz war, den mittleren Bereich des Gehäuses auf einer in Mechernich vorhandenen 2500kN-Presse zu formen. Durch Zusammenpressen eines Gummikerns erhielt das in einer Matrize liegende Rohr seine Kontur. Danach wurden Öffnungen mit einem CO2-Laser ausgeschnitten und Flansche und Gewindestutzen sowie die anderen Formelemente aus Blech mittels Laser-Schweißung angesetzt. So ergab sich bereits eine geringere Anzahl von Fügestellen als bei der ursprünglichen Bauform.

Die spanende Bearbeitung wurde um 60% reduziert

Dieses neue Gehäuse erfüllte die Anforderungen an Genauigkeit und Dichtigkeit bereits wesentlich besser als das herkömmliche aus Aluminium. Das Zusammenschweißen der Einzelteile mit Laser war wegen der komplexen Geometrie und des unvermeidlichen Verzuges beim Schneiden der Durchbrüche jedoch noch nicht ausreichend prozesssicher.

Gemeinsam mit dem Kunden beschlossen die Ingenieure von DTMT, den einmal eingeschlagenen Weg konsequent weiterzuverfolgen: Um die Anzahl der Einzelteile und somit der Schweißnähte deutlich zu verringern, wollte Projektleiter Christian Hosse einen möglichst großen Teil des Gehäuses aus einem einzigen Stück herstellen (Bild 1 – siehe Bildergalerie). Davon versprach er sich die drastische Reduzierung der Anzahl der Einzelteile und Schweißnähte, eine nochmals erhöhte Strahlungsdichtigkeit und insgesamt eine höhere Sicherheit und Genauigkeit des Herstellungsprozesses.

Zudem konnte er durch die Kombination des Hydroformverfahrens mit der 3D-Schneid-Schweiß-Laser-Technologie von DTMT den Anteil der spanabhebenden Fertigung um etwa 60% reduzieren, ohne Genauigkeitseinbußen beim Endprodukt in Kauf nehmen zu müssen.

Hohe Herausforderungen für das Innenhochdruckumformen

Im Grunde war das Gehäuse für das Innenhochdruckumformen geeignet, doch die angestrebten Umformgrade waren beträchtlich. An einigen Stellen floss das Material so sehr, dass die Wandstärke auf die Hälfte reduziert wurde. Deshalb wurden weitere DTMT-Spezialisten anderer Fachrichtungen hinzugezogen, die die Machbarkeit der Umformung untersuchten und von Anfang an die effiziente Fertigung berücksichtigten.

Gewissheit brachte eine Simulationsberechnung der Fachhochschule Aalen (Bild 2). In mehreren Schritten wurde die Bauteilgeometrie so modifiziert, dass die vom Kunden vorgegebenen Funktionsmaße in einer einzigen Umformung erreicht wurden (Bild 3). Die Überprüfung der theoretischen Voruntersuchungen in der Praxis brachte das gewünschte Ergebnis: Bereits die ersten Nullserienteile erfüllten alle Spezifikationen des Kunden.

Hydroformanlage ist ideal für Klein- und Mittelserien

Ein Problem blieben die Kosten. Das Innenhochdruckverfahren (IHU) war bisher wegen der hohen Anlagenkosten nur den großen Serien vorbehalten. Mit einer geplanten Stückzahl von rund 2500 Stück pro Jahr schien DTMT weit von einer wirtschaftlichen Produktion entfernt zu sein.

Daraufhin entwickelten die Spezialisten der DTMT eine Hydroformanlage, die exakt an die Anforderungen der Klein- und Mittelserien angepasst ist und die Fertigung vergleichsweise geringer Stückzahlen erstmals kostengünstig macht. So ist sie für Klein- und Mittelserien von 2500 bis 10000 Stück pro Jahr ideal geeignet. Aufgrund ihres modularen Aufbaus lässt sie sich leicht an andere Werkstückgeometrien und -abmessungen anpassen (Bild 4).

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