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Umformtechnik Smarte Werkzeuge holen ihre Daten aus dem Netz

| Autor: Dipl.-Ing. Annedore Bose-Munde

Auch in der Umformtechnik sind zunehmend smarte Prozesse, Fabriken oder Produkte gefordert. Darauf müssen auch die Werkzeugbauer und Werkstoffentwickler reagieren. Die Betrachtung der vernetzten Prozesskette steht dabei im Vordergrund.

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Um Leichtbaustrategien erfolgreich umsetzen zu können, sind neue und geeignete Werkzeuglösungen für das Umformen erforderlich.
Um Leichtbaustrategien erfolgreich umsetzen zu können, sind neue und geeignete Werkzeuglösungen für das Umformen erforderlich.
(Bild: IWU)

Als Jörg Spindler von der Audi AG auf der 5. Internationalen Konferenz „Accuracy in Forming Technology“ im November in Chemnitz den Audi smart tool shop vorstellte, präsentierte er sowohl die Herausforderungen für den Bereich Werkzeugbau als auch Lösungsansätze aus der Praxis des Automobilbauers. Einen Tag später wurde das Unternehmen unter anderem für dieses Konzept als Sieger im Wettbewerb „Excellence in Production“ und als „Werkzeugbau des Jahres 2015“ prämiert. Die renommierte Auszeichnung, eine Initiative des Werkzeugmaschinenlabors (WZL) der RWTH Aachen und des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie (IPT), wurde bereits zum zwölften Mal verliehen und hat unter anderem zum Ziel, die internationale Wettbewerbsfähigkeit des deutschen Werkzeug- und Formenbaus zu stärken. Spindler verdeutlichte in Chemnitz, was sich hinter der Werkzeugbauphilosophie von Audi verbirgt.

„Der Audi-Werkzeugbau aus Ingolstadt deckt die komplette Kette der Blechteileherstellung ab – von der frühen Designberatung über die Erstellung von Karosseriewerkzeugen und den Anlagenbau bis hin zur Inbetriebnahme. Im Fokus steht dabei immer die digitale Dimension in der Werkzeuganfertigung“, erklärte Spindler.

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Die Kernkompetenz des Werkzeugbaus liegt im Herstellen von Werkzeugen zur Fertigung von Pkw-Außenhautteilen mit höchsten Oberflächenanforderungen und schwer zu bearbeitenden Strukturteilen, beispielsweise pressgehärteten Umformteilen. An vielen Schnittstellen des Werkzeugbaus wird die virtuelle Prozesskette bereits umgesetzt. Unter dem Dach smart tool shop definiert der Autobauer drei Handlungsfelder: smart product, smart service und smart manufacturing.

Werkzeug stellt sich selbstständig auf Prozesseinflüsse ein

Für den Bereich smart product schilderte Spindler die Entwicklung eines intelligenten Werkzeuges, welches sich selbstständig auf neue Prozesseinflüsse einstellen kann, um den Fertigungsprozess zu stabilisieren. Zielstellung ist dabei die Erhöhung der Prozessrobustheit, die Vermeidung von Ausschuss und das Gewinnen von Prozessinformationen. Umgesetzt wird ein geschlossener Regelkreis für Umformwerkzeuge. Dadurch wird beispielsweise eine Inline-Prozessüberwachung der Einzüge und Umformkräfte ermöglicht. Ein wichtiger Punkt für den Serieneinsatz der intelligenten Werkzeuge sei auch die komplette Verfügbarkeit der Werkzeugdaten über das Netz, betonte Spindler.

Der Audi-Werkzeugbau beliefert sowohl Audi als auch andere Marken des Volkswagen-Konzerns mit Umformwerkzeugen und Fertigungsanlagen. An fünf Standorten – in Ingolstadt, Neckarsulm, Barcelona (Spanien), Györ (Ungarn) und Peking (China) – beschäftigt der Audi-Werkzeugbau mehr als 2000 Mitarbeiter.

Ebenfalls im Fokus standen in Chemnitz aktuelle Werkstofftrends aus Sicht der Automobilproduzenten. Prof. Taylan Altan von der Ohio State University schilderte anhand zahlreicher Beispiele, welche Herausforderungen es für die Blechumformer mit Blick auf den Leichtbau zu meistern gilt. Das Material und die Qualität spiele dabei eine entscheidende Rolle, so Altan. „Die Materialeigenschaften sind von Lieferant zu Lieferant verschieden“, sagte er. Dies sei durchaus ein Punkt. Eine Standardisierung sieht er jedoch in diesem Bereich nicht. „Das ist kein technisches, sondern ein menschliches Thema“, so Altan zu den Ursachen der Materialunterschiede.

Um die Entwicklung von hybriden Werkstoffverbunden für thermisch hoch belastete Bauteile in Schiffsdieselmotoren ging es im Referat von Eric Jentsch von der Technischen Bergakademie Freiberg und André Wagner vom Fraunhofer-IWU.

Hybride Werkstoffverbunde für den Hochtemperaturbereich

Im Rahmen eines Forschungsprojektes sollen mechanisch und thermisch hoch belastbare Motorkomponenten für maritime Großmotoren, wie zum Beispiel Kolben und Ventile, entwickelt werden. Diese sollen aus hybriden Werkstoffverbunden umformtechnisch möglichst endkonturnah hergestellt werden. Zum Einsatz kommt dabei klassischer Kolben- beziehungsweise Ventilstahl, der mit einer verschleißfreien Hochtemperaturlegierung thermisch gefügt und zu einem endkonturnahen Bauteil umgeformt wird. „Aufgrund der ausgezeichneten Warmfestigkeit sowie der Hochtemperatur-Korrosionsbeständigkeit sind diese Werkstoffverbunde für Einsatztemperaturen bis etwa 650 °C geeignet“, so die Wissenschaftler.

Für das definierte, großflächige Auftragen von Zusatzwerkstoffen mit einer möglichst geringen Anzahl von Schweißraupen habe sich dabei das Plasma-Pulver-Auftragsschweißen (PTA) als geeignet erwiesen. Die technologischen Parameter des Verfahrens erfüllen die Anforderungen, welche hinsichtlich der Qualität der umzuformenden Teile erreicht werden sollen.

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass hybride Werkstoffverbunde unter Beachtung einer klar definierten Prozessfolge und bei Beachtung aller technologischen Prozessparameter entsprechend dem zukünftigen Anforderungsprofil für Bauteile in schwerölbetriebenen Großmotoren herstellbar sind.

* Dipl.-Ing. Annedore Bose-Munde ist Fachredakteurin für Wirtschaft und Technik in 99094 Erfurt

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Dipl.-Ing. Annedore Bose-Munde

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Fachredakteurin für Wirtschaft und Technik