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Glasumformen Keramik senkt Kosten in der Umformung

| Autor: Stéphane Itasse

In der Photovoltaik und in der LED-Technik besteht eine hohe Nachfrage nach kostengünstigen optischen Komponenten aus Glas. Deshalb kommen hier heute schon oft gepresste Glasoptiken zum Einsatz, die durch einen Umformprozess in kurzer Zeit in hohen Stückzahlen hergestellt werden, wie das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) in Aachen mitteilt.

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Formeinsätze aus Keramik für das Blankpressen.
Formeinsätze aus Keramik für das Blankpressen.
(Bild: Fraunhofer IPT)

Die Fertigungskosten für diese Optiken ließen sich sogar noch weiter senken, wenn die eingesetzten Werkzeuge den hohen Belastungen des Umformprozesses länger standhalten würden. Das Fraunhofer IPT untersucht deshalb jetzt mit der Füller Glastechnologie Vertriebs-GmbH und der FCT Ingenieurkeramik GmbH, ob sich Keramik als Formwerkstoff dazu eignet, die Standzeiten der Presswerkzeuge zu verlängern, wie es in der Mitteilung heißt.

Umformwerkzeuge aus Keramik sollen 20 Mal länger halten als Stahl-Umformwerkzeuge

Optische Komponenten aus Glas werden laut Mitteilung heute in großen Stückzahlen in hochkonzentrierten Photovoltaikanlagen oder in LED-Leuchten eingesetzt, bei denen eine besondere Beständigkeit gegenüber extremen Temperaturen und UV-Strahlung gefordert ist. Für ihre Herstellung biete sich das nicht-isotherme Blankpressen an, ein Verfahren, bei dem Glas erhitzt und anschließend unter hohem Druck umgeformt wird. Obwohl die Stückkosten bei diesem replikativen Verfahren im Vergleich zu einer direkten Fertigung schon sehr gering seien, zwinge der Markt die Hersteller, die Kosten weiter zu senken.

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Das Fraunhofer IPT und seine Partner im KMU-innovativ-Projekt Innoform hätten deshalb jetzt bei den Umformwerkzeugen angesetzt, denn die bisher verwendeten chrombeschichteten Stahlformen unterlägen einem hohen Verschleiß. Neue Formwerkstoffe aus Keramik könnten die Standzeiten der Umformwerkzeuge aufgrund ihrer hohen Härte und Warmfestigkeit verlängern, Rüstzeiten verkürzen und Material einsparen. In der Metallumformung beispielsweise erreichten Keramikformen laut Mitteilung bis zu 20-fach längere Nutzungszeiten als Stahlformen, ein ähnlich hohes Potenzial sehen die Aachener Forscher auch für die Optikfertigung.

Keramik-Umformwerkzeuge sollen auch thermische Werkstoffkennwerte verbessern

Die Projektpartner versprechen sich von den Keramikformen nicht nur eine längere Haltbarkeit aufgrund ihrer guten chemischen Resistenz und Oxidationsbeständigkeit, sondern auch bessere thermische Werkstoffkennwerte, wie es heißt. Die gepressten Bauteile sollen außerdem eine höhere Formgenauigkeit und geringere Oberflächenrauheit aufweisen. Möglich werde die Herstellung der Keramikformen für das nicht-isotherme Glaspressen erst jetzt durch neue Entwicklungen im Ultrapräzisionsschleifen, da die geforderten Werkzeug-Formgenauigkeiten von 1 µm und Oberflächenrauheiten von Ra < 5 nm mit den konventionellen Verfahren nicht erreicht worden seien.

Da die induktiven Verfahren, mit denen die herkömmlichen Stahlformen für den Pressvorgang erwärmt würden, bei Keramik nicht einsetzbar seien, erprobten die Partner auch neue Heizkonzepte, die in Zukunft in die Pressanlage integriert werden können. Ebenso untersuchten sie, welche Designeinschränkungen bei der Auslegung der Formeinsätze zu beachten seien.

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 Stéphane Itasse

Stéphane Itasse

, MM MaschinenMarkt