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Exklusivinterview

„Die Digitalisierung ist ein Werkzeug“

| Autor: Stéphane Itasse

Der Aufruhr in der Automobilindustrie – Stichwort Elektromobilität – sorgt zusammen mit der Digitalisierung für Umwälzungen in der Umformtechnik. Was das für die Branche bedeutet, verrät Prof. Welf-Guntram Drossel, Institutsleiter und Leiter des Wissenschaftsbereichs Mechatronik und Funktionsleichtbau am Fraunhofer-IWU in Chemnitz, im Exklusivinterview.

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Prof. Welf-Guntram Drossel ist geschäftsführender Institutsleiter und Leiter des Wissenschaftsbereichs Mechatronik und Funktionsleichtbau am Fraunhofer-IWU in Chemnitz.
Prof. Welf-Guntram Drossel ist geschäftsführender Institutsleiter und Leiter des Wissenschaftsbereichs Mechatronik und Funktionsleichtbau am Fraunhofer-IWU in Chemnitz.
(Bild: Matthias Heyde/Fraunhofer)

Eine Dreifachkonferenz beherbergt das Fraunhofer-IWU vom 5. bis 7. November: Die 25. Sächsische Fachtagung Umformtechnik (SFU), die 6. International Conference on Accuracy in Forming Technology (ICAFT) und die 6. International Lower Silesia – Saxony Conference on Advanced Metal Forming Processes in Automotive Industry (Auto-Met-Form) widmen sich neuen Entwicklungen und Ansätzen hinsichtlich aktueller umformtechnischer Herausforderungen und Trends. In dieser Konstellation bietet die Veranstaltung laut Organisator eine Plattform, um sich mit Referenten aus Wissenschaft und Industrie auszutauschen. Themenschwerpunkte sind Gesamtprozessketten-Betrachtung, innovative Werkstoffe und Halbzeuge, schwingungsüberlagerte Prozesse, geometrieflexible Werkzeuge, inkrementelle Verfahren, Prozessketten für Multimaterialdesign und Funktionsintegration, vernetzte Produktionssysteme, Digitalisierung sowie umformtechnisches Fügen.

Einer der wichtigsten Anwender von umformtechnischen Verfahren, die Automobilproduktion, erlebt gerade einen rasanten Umbruch. Welche neuen Anforderungen ergeben sich daraus an die Umformtechnik?

Drossel: Erstens erleben wir gerade den Trend zur Produktindividualisierung in der Massenproduktion. Was zunächst vielleicht paradox klingt, bedeutet, übertragen auf den Automobilbau, eine immer größere Modellvielfalt, während die gefertigten Stückzahlen pro Modell aber sinken. Zweitens geht die Zahl der Karosseriebauteile immer mehr zurück, weil Funktionen inzwischen direkt in die Struktur der Komponenten integriert werden und Einzelbauteile zusammengelegt werden. Drittens vollzieht sich gerade der Wandel vom konventionellen Verbrennungsmotor hin zur Elektromobilität beziehungsweise zum Brennstoffzellenantrieb. Zudem investieren die OEM stärker in Zukunftsthemen wie das autonome Fahren oder die Digitalisierung statt in die Optimierung ihrer umformtechnischen Prozessketten. Während der Stellenwert der Umformtechnik bei den OEM zu sinken scheint, steigt der Innovationsdruck in puncto Umformtechnik aber bei den Zulieferern. Das ist der Hintergrund, vor dem der von Ihnen angesprochene Umbruch geschieht.

Für die Blech- wie für die Massivumformung heißt das, es braucht eine starke Flexibilisierung der Verfahren, neue Verfahrenskombinationen, ganz neue Fertigungsstrategien. Und genau das sind auch die Themen unserer umformtechnischen Konferenz im November.

Was bedeutet der Trend zu kleineren Losgrößen für die Verfahren der Umformtechnik, die oft auf große Stückzahlen ausgelegt sind?

Der Trend zu kleineren Losgrößen bedeutet, dass Prozesse, Maschinen und Werkzeuge flexibler werden müssen. In der Blech- wie in der Massivumformung wird ein Werkzeug nicht mehr nur ein ganz spezifisches Teil fertigen können. Ansätze hierzu bieten beispielsweise die Blechumformung mit CNC-Maschinen, modular aufgebaute oder auch generativ gefertigte Werkzeuge. Zusätzlich braucht es effizientere Abläufe im Presswerk, besonders beim Werkzeugwechsel. Materialseitig ist es sinnvoll, bei kleineren Stückzahlen unspezifizierte Halbzeuge aus Strangpress- oder Profilwalzverfahren weiterzuverarbeiten. Sie ermöglichen ein Baukastensystem, bei dem die Anzahl an Gleichteilen je Fahrzeug steigt.

Ein weiterer Umbruch in der Industrie zeichnet sich mit der Digitalisierung ab. Wie verändert sie die Umformtechnik?

Auch dabei ist es wichtig, zwischen Blech- und Massivumformung zu unterscheiden. Das Digitalisierungsniveau in der Massivumformung ist nicht mit dem in der Blechumformung vergleichbar. Hier ist man beispielsweise von intelligenten Werkzeugen noch weit entfernt. Grund sind die hohen Temperaturen, beispielsweise beim Schmieden, die eine Erfassung von Bauteileigenschaften im Prozess erschweren. Es gibt allerdings Ansätze für das Prozessmonitoring und die Qualitätskontrolle, an denen wir am Fraunhofer-IWU aktuell arbeiten.

In der Blechteilefertigung sieht es schon ganz anders aus. Hier gewinnt die Digitalisierung immer mehr an Bedeutung: Im Werkzeugbau führt sie dazu, dass die Aufwände für Anfertigung und Tryout sinken – und damit auch die Kosten und Durchlaufzeiten. In der Qualitätsüberwachung gewährleistet die Digitalisierung, dass der Zustand jedes einzelnen gefertigten Bauteils zu jeder Zeit bekannt ist. Visionen gehen sogar dahin, dass jede einzelne Komponente mit einem für sie optimierten Parametersatz hergestellt wird. So lässt sich unabhängig vom Ausgangsmaterial Ausschuss vermeiden und eine stets gleichbleibende Qualität erzielen. Die Grundlage dafür sind intelligente Pressen und Werkzeuge mit vernetzten Sensoren und Aktoren in Verbindung mit den entsprechenden Auswertealgorithmen. Aber das ist erst der Anfang. Das Datenhandling wird sich zukünftig wahrscheinlich über den gesamten Produktlebenszyklus erstrecken – von der Konstruktion und Planung über die virtuelle Prognose der Bauteil- und Produkteigenschaften bis hin zum Recycling, wodurch sich die Anlauf- und Produktionsrisiken auf ein Minimum reduzieren.

Aus welcher Richtung sind Beiträge für Fortschritte im Leichtbau zu erwarten?

Drossel: Leichtbau muss bezahlbar bleiben. Entsprechend werden Leichtbaumaterialien nur dort eingesetzt, wo große Effekte zu erwarten sind. Werkstoffe wie Magnesium, Metall-Kunststoff-Verbunde oder faserverstärkter Kunststoff werden bei Großserienmodellen auch weiterhin eine eher untergeordnete Rolle spielen. Deshalb bleibt das Presshärten das Hauptprinzip des automobilen Leichtbaus – und zwar von ultrahochfestem Stahl, wenn es um die Crashstruktur geht, und in moderatem Umfang von Aluminium, wenn es um Außenhautteile geht. Außerdem lassen sich mit dem Presshärten Bauteileigenschaften ganz präzise lokal beeinflussen, was ebenfalls enormes Leichtbaupotenzial bietet. Neben dem Stoffleichtbau ist auch der Strukturleichtbau zunehmend von Interesse. Die Profilbauweise könnte so beispielsweise zu einer gewissen Renaissance der Innenhochdruck-Umformung führen.

Im Bereich Antriebsstrang und damit in der Massivumformung kommen auch neue Bauweisen zum Tragen: Hier sind vor allem Getriebehohlwellen und ihre ressourceneffiziente Fertigung ein großes Thema.

Was müssen die Umformtechniker tun, um auch künftig wettbewerbsfähig zu sein?

Die Digitalisierung ist ein Werkzeug. Wer Mehrwert schaffen und wettbewerbsfähig bleiben will, muss es konsequent nutzen und dessen Potenziale voll ausschöpfen. Das bedeutet, dass Einzelprozesse, -anlagen und -werkzeuge miteinander verknüpft werden müssen, um die gesamte Prozesskette komplett transparent zu machen. Das kann nur interdisziplinär funktionieren. Deswegen müssen die Gewerke Umformtechnologie, Werkzeug- und Anlagentechnik zusammenrücken. Aber die Digitalisierung endet nicht am Fabriktor. Die Umformtechnik sollte sich beispielsweise auch mit Halbzeugherstellern vernetzen, um verwertbare Daten zu gewinnen und nutzbar zu machen. Wenn unter anderemm Materialdaten zu jedem einzelnen Blechcoil, zu jeder Stangencharge verfügbar sind, kann die Vision einer flexiblen und robusten 100%- Produktion über die gesamte Prozesskette Wirklichkeit werden.

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 Stéphane Itasse

Stéphane Itasse

, MM MaschinenMarkt