HDE Solutions Sechs Millionen maßgeschneiderte innenhochdruckumgeformte Bauteile im Jahr

Autor / Redakteur: Christa Friedl / Dietmar Kuhn

Vor rund vier Jahren gab es bei der HDE Metallwerk GmbH im nordrhein-westfälischen Mende einen Richtungswechsel. Damals, 2003, setzten die neuen Unternehmensführer der HDE Solutions GmbH – so mittlerweile der Name des Blechbearbeiters – voll auf das Verfahren des Hydroformings. Das Unternehmen fand damit sofort auf die Erfolgsspur zurück und produziert heute auf 16 Pressen in Menden und Chemnitz rund 6,5 Millionen Teile für die Automobilindustrie.

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Die HDE Solutions GmbH in Menden ist einer der großen Innenhochdruckumformer; jährlich werden über sechs Millionen Teile für die Automobil- und Zulieferindustrie, aber auch für andere Abnehmer hergestellt. Bild: Friedl
Die HDE Solutions GmbH in Menden ist einer der großen Innenhochdruckumformer; jährlich werden über sechs Millionen Teile für die Automobil- und Zulieferindustrie, aber auch für andere Abnehmer hergestellt. Bild: Friedl
( Archiv: Vogel Business Media )

Wo die Fabrikschornsteine von Dortmund abgelöst werden durch sanfte Hügel und weite Landschaft, ist die Welt noch in Ordnung. Die Vorgärten der Dörfer werden gepflegt, die Straßen sind sauber asphaltiert und keiner fährt schneller als die Polizei erlaubt. Im südlichen Westfalen zwischen Lippstadt und Olpe zählen Traditionen viel. Anglizismen wirken hier, wo die Alten noch Niederdeutsch sprechen, ziemlich deplatziert.

Dr. Stefan Geißler stört sich daran nicht. Wenn der Chemietechniker von seinem Unternehmen spricht, dann von der HDE Solutions und nicht mehr vom traditionsreichen hde Metallwerk, er spricht vom Hydroforming und von Management-Buy-out. Das hat gute Gründe. Der mittelständische Betrieb, der seit 1817 im sauerländischen Menden Metallrohre herstellte und verarbeitete, musste 2003 von Grund auf erneuert werden.

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Der Maschinenpark war im Durchschnitt 35 Jahre alt, einen professionellen Vertrieb gab es praktisch nicht, der Geschäftsbereich Wärmetechnik brachte kaum Rendite, das Halbzeuggeschäft war hochdefizitär. „In dieser kritischen Situation konnten nur noch harte Einschnitte helfen“, sagt Geißler, Leiter von Entwicklung und Qualitätsmanagement. Und die gab es. Geißler und drei weitere Manager der hde Metallwerk GmbH übernahmen 2003 die Mehrheit an dem Familienbetrieb mit zuletzt 550 Mitarbeitern und rund 70 Mio. Euro Umsatz und führten ihn innerhalb eines Jahres zurück in die Gewinnzone.

Solche erfolgreichen Beispiele von Management-Buy-out „muss man mit der Lupe suchen“, konstatiert das Unternehmen auf seiner Webseite. Das Geheimnis: Die neuen Manager verkauften die Wärmetechnik, reduzierten die Belegschaft und konzentrierten sich auf eine Technologie, die für die Zukunft Wachstum und Gewinne versprach: das Hydroforming. Bei dieser Technik werden Metallrohre durch ein Öl-Wasser-Gemisch von innen mit hohem Druck in Form gebracht – in einer Form- und Maßgenauigkeit, Oberflächenqualität und Festigkeit, die konkurrenzlos ist, verspricht ebenfalls die Webseite.

Stefan Geißler demonstriert das gern am fertigen Produkt. Wer heute Hochleistungsmaschinen entwickelt, braucht dazu komplex geformte Rohre. Im Besprechungszimmer des Bürotrakts ist der Tisch voll mit bizarr geformten Metallteilen aller Art: Abgaskrümmer, Wasserhähne, Katalysatortrichter. „Diese Delle hier“, erklärt er an einem großen Krümmer, „ist kein Versehen, sondern exakt so ausgeformt, wie der Kunde das braucht.“ Hier verläuft vermutlich eine Kraftstoffleitung oder die Einbuchtung dient als Schraubenfreigang. Auf Bruchteile von Millimetern genau entsteht so bei HDE das gewünschte Bauteil. „Rund hundert verschiedene Formen halten wir ständig am Leben.“

Anfangs den Druck noch mit Handpressen erzeugt

Nicht nur das Wort Hydroforming, auch die Technik kommt aus den USA. Bei HDE wurde mit der bis dahin unbekannten Technik schon lange vor der Firmenkrise experimentiert. Bereits Ende der 60er Jahre brachte einer der damaligen Chefs einen Wasserhahn von einer USA-Reise mit, der durch Hydroforming hergestellt war. 1968 begann man bei HDE mit ersten Experimenten. „Damals haben wir den notwendigen Druck noch mit der Handpresse erzeugt“, erinnert sich Theodor Ostermann, der seit 47 Jahren im Betrieb ist und heute als Leiter der Verfahrenstechnik fungiert. Wenige Jahre später wurde die erste automatische Presse aufgestellt.

Richtig los ging es dann in den 80er Jahren, als die Autos schneller, komfortabler und zugleich emissionsärmer sein mussten. Eigentlich war es der Abgaskatalysator, der beim Hydroforming den Durchbruch brachte. Damit der Kat funktioniert, muss er möglichst schnell nach dem Start auf Temperatur kommen. Bei den alten Gusskrümmern allerdings ging ein beträchtlicher Teil der Wärme im Abgas über die Gusswände verloren. Daher wurden sie durch luftspaltisolierte Abgaskrümmer ersetzt, die in der Regel nur Innenrohre mit engsten Biegeradien und variablen Querschnitten zulassen und die zudem über bestimmte Ausformungen, beispielsweise für Schraubenfreigänge, verfügen.

Formen, die meist nur per Hydroforming umzusetzen waren.In den Jahren danach hat HDE das Hydroforming beziehungsweise die Innenhochdruck-Umformung (IHU) als einer der ersten in Europa industrialisiert. Heute produziert das Unternehmen mit insgesamt 16 Pressen, davon stehen zehn in Menden, sechs bei der Tochter Hydroforming GmbH in Chemnitz. An beiden Standorten beschäftigt HDE insgesamt 250 Mitarbeiter. In den vergangenen vier Jahren hat HDE den Umsatz verdoppelt – 2007 erwartet Geißler einen Umsatz von 50 Mio. Euro und einen Ausstoß von 6,5 Mio. Teilen.

Automobilindustrie ist Abnehmer innenhochdruckumgeformter Teile

Hauptkunde sind die Automobilzulieferer. Über 90% der Teile werden in Krümmer- und Abgassystemen im Automobil verbaut, die restlichen 10% teilen sich der Sanitärbereich, der Maschinen- und Apparatebau sowie die Luft- und Raumfahrt. Rund ein Fünftel der Produktion geht in den Export. „Es könnte auch mehr sein“, vermutet Geißler, denn viele der Abnehmer aus der Zulieferindustrie haben ihre Kunden überall in Europa. Die Sauerländer sind damit europaweit die größten Anbieter von kleinen und mittelgroßen Metallteilen, die nur mit einer Wasser-Öl-Emulsion und Drücken bis zu 4000 bar in nahezu beliebige Formen gebracht werden.

Was simpel klingt, ist in der Praxis ein mehrstufiger Prozess. Zuerst wird das glatte Metallrohr in die gewünschte Linienführung vorgebogen. Dann wird es in die dreidimensionale Hohlform - das Werkzeug - eingelegt, die Emulsion in das Rohr geleitet und die Enden mit Dichtstempeln verschlossen. Unter Druck schließlich weitet sich das Rohr innerhalb weniger Sekunden auf. In den Vorstufen wird über die Stempel das Metall dort gestaucht und nachgeführt, wo das Rohr in der Endform die größte Aufweitung braucht.

Nach der Vorstufe wird das Teil gespült und bei 1050 °C geglüht. Bei manchen Teilen sind bis zu vier Vorstufen notwendig um die gewünschte Form zu erhalten. In der Fertigstufe folgt das Kalibrieren, bei dem der innere Druck auf bis zu mehrere Tausend bar erhöht wird, um auch die kleinsten Radien auszuformen. Neben den Aufweitungen entstehen dabei Plateaus, Stutzen und Schraubenfreigänge. Da das Teil nach der Kalibrierung nicht mehr geglüht wird, verfestigt der hohe Druck das Metall dauerhaft. Daher sind selbst dünnwandige Bereiche besonders stabil – egal ob Nickelbasislegierungen, Kupfer, Messing, austenitischer Edelstahl oder auch Kohlenstoffstähle.

Hydroforming schafft sanfte Kurven und gute Festigkeit

„Unser Know-how steckt in den Vorstufen“, sagt Geißler. Beim Vorformen wird das Metall genau an denjenigen Stellen im Rohr aufgestaucht, wo später die eigentliche Aufweitung erfolgt. Je stärker das ursprüngliche Rohr aufgeweitet werden muss, umso mehr Vorstufen sind notwendig. Pro Stufe ist eine Aufweitung von bis zu 60% möglich. Meist kommt der Kunde mit einem CAD-Entwurf für ein bestimmtes Bauteil zu HDE. Aber nicht jeder Entwurf kann eins zu eins umgesetzt werden.

Die Radien dürfen nicht scharfkantig sein, da das Hydroformen sanfte Übergänge schafft. Scharfe Winkel sind nicht möglich und auch die Aufweitung hat ihre Grenzen: „Bei einem vierstufigen Prozess ist bei 200% Schluss.“ Manche Endformen lassen sich am besten durch Kombination mehrerer Verfahren herstellen. Beispielsweise fertigt HDE durch Kombination von IHU und Warmumformung auch Rastierhülsen für das Getriebe des neuen Mini.

Möglich sind Wandstärken von 0,25 bis 3 mm, die Durchmesser bewegen sich in der Regel zwischen 10 und 100 mm. Da IHU-Produkte keine Schweißnaht haben und durch die Kalibrierung besondere Festigkeit erhalten, können sie in der Regel deutlich dünnwandiger sein als vergleichbare geschweißte Teile. Die Gewichtsersparnis kann bis zu einem Drittel betragen. Allerdings ist die Prozesszeit länger und das Verfahren in der Regel kostenintensiver. Auch benötigt IHU viel Energie: Strom für die Glühöfen und die Hochdruckpressen, Wärme für die Spülbäder. Daher werden die Werkzeuge über ein zentrales Emulsionssystem gespeist. Außerdem sind die Pumpen in einem zentralen System mit zwischengeschaltetem Druckspeicher miteinander gekoppelt. Das zentrale Hydrauliksystem spart Energie und sorgt dafür, dass die Pumpen in jedem Druckbereich so effizient wie möglich betrieben werden.

Die Innenhochdruck-Umformung ist besonders geeignet für kleine bis mittelgroße Bauteile. Werden die Teile zu groß, ist das Anfertigen der Werkzeuge kostspielig und die notwendigen Drücke lassen sich nur noch schwer beherrschen. Dann hilft nur puzzeln. Seit 2000 fertigen die Sauerländer ein T-Stück für die erste Antriebsstufe der europäischen Trägerrakete Ariane 5. Dieses Bauteil mit einer Breite von 55 cm und einer Höhe von 38 cm war zu groß für ein einziges Werkzeug. Also wird es bei HDE aus vier Einzelteilen geformt, die dann bei EADS zusammengeschweißt werden.

Auch der Eurofighter trägt Technologie aus dem Sauerland in sich. Damit die beiden Triebwerke des Kampfjets in der Luft rechtzeitig zünden, muss der Treibstoff vorgewärmt werden. Die dafür notwendige Leitung zwischen den beiden Tanks besteht aus 36 einzelnen Teilstücken, die bei HDE aus schwer verformbarem, hochtemperaturfestem Stahl gefertigt wurden.

IHU eignet sich für phantasievolle Formen

Denkbar wäre noch vieles andere: phantasievolle Formen für Designermöbel, schön geformte Telefonhörer, kompakte Teile für die Consumer-Elektronik, dünne und glatte Endoskope für die Medizin. Nahezu überall ist der technische Trend zur Miniaturisierung ein wichtiger Treiber. Bauteile werden immer kleiner, komplexer und multifunktional. Heute muss alles in sehr engen Umgebungen funktionieren. „Aber auch die Klimadebatte hilft uns,“ konstatiert Geißler.

Pkw wie Lkw müssen immer schärfere Abgaswerte einhalten, also möglichst leicht sein, damit sie weniger Sprit verbrauchen und der CO2-Ausstoß dabei sinkt. Gleichzeitig werden für den Komfort immer mehr Funktionalitäten und Elektronik in einem Fahrzeug verbaut – da zählt jedes Gramm und jeder Millimeter der eingespart werden kann. In Zukunft, glaubt Geißler, werden IHU-Teile daher auch für Lkw zunehmend interessant, beispielsweise für das Abgasrückführsystem von Dieselmotoren. Dafür fertigen die Sauerländer bereits heute schon kompakte Wärmetauscher aus besonders effizienten Drallrohren, kombiniert mit einem Sammeltrichter aus dem Hydroforming. Nicht zuletzt hat das Management untersuchen lassen, wie sich ferritische Stähle mehrstufig umformen lassen. Damit ließen sich Bauteile kostengünstiger fertigen und die Chancen von HDE auf Märkten wie Japan oder den USA würden wachsen.

Und die steigenden Stahlpreise? Die schlagen auch bei HDE zu Buche. Allerdings gibt es zum Stahl, Messing oder Kupfer bei den meisten Bauteilen schlichtweg keine Alternative. Daher glaubt Geißler nicht, dass ihm durch die steigenden Rohstoffkosten Kunden weglaufen. „Für uns heißt das allerdings, dass wir jedes Jahr produktiver werden müssen.“

Dank Kaizen zum führenden Hydroformer entwickelt

Das weiß auch der langjährige Mitarbeiter Theodor Ostermann. „Die Arbeitsweise von heute ist mit früher überhaupt nicht zu vergleichen“, sagt er. Denn Effizienz wird heute bei HDE groß geschrieben. Ostermann trägt grau – wie alle, die in der Produktion mit Qualitätssicherung und Wartung zu tun haben. Die Mitarbeiter direkt an den Maschinen sind dagegen alle dunkelblau gekleidet. „Damit haben wir stets den Überblick, was gerade in der Produktion los ist“, erklärt Geißler.

Dass das heute so gut funktioniert, liegt auch an Tadanori Mizoguchi. Zwei Jahre lang hat der Kaizen-Experte die Sauerländer beraten und motiviert. Mizoguchi spricht kein Deutsch und auch kein Englisch. „Wir haben also immer Übersetzer gebraucht, um in den Workshops genug zu verstehen“, lacht Geißler. Aber die Motivation, einen erfolgreichen Neustart hinzulegen, war so groß, da hätte es womöglich auch Zeichensprache getan.

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