Patentreif Per Ultraschall-Tiefziehen nie mehr Bodenreißer im Blechteil

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Am Fraunhofer-IWU hat man Vibrodraw entwickelt. Dieses Verfahren reduziert den Ausschuss beim Tiefziehen von Blechkomponenten. Hier die Erklärung ...

In vielen Haushaltsgeräten, in der Gebäudetechnik, in zahllosen Rohr- und Hydraulikleitungen finden sich kleine, zylindrische Blechteile, die per Tiefziehen gefertigt werden, so die Forscher vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU). Das Tiefziehen von Blech ist zwar ein lang etablierter Umformprozess, doch dabei wird das Material stark belastet. Die Folgen heißen zu starke Ausdünnung der Materialstärke und Oberflächenschäden. Im schlimmsten Fall reißt die Blechoberfläche an dem am stärksten belasteten Bereich. Doch unterstützende Ultraschallschwingung können das Problem bekämpfen, sagen die IWU-Experten.

Bleche mit deutlich weniger Reibung tiefziehen

Dass Ultraschall beim Tiefziehen Reibung reduzieren und damit sowohl Werkzeuge als auch Material schonen kann, ist schon zwar schon seit längerem bekannt. Auch das Energiesparpotenzial, das sich aus den geringeren Kräften ergibt, würden die Hersteller von Leitungen und Fittings (Verbindungsmaterial) gern nutzen. Im Verfahren Vibrodraw ist es dem Fraunhofer-IWU aber nun mit der Mark Metallwarenfabrik GmbH und der Devad GmbH gelungen, Ultraschallschwingungen bei für die Industrie relevanten Tiefziehprozessen mit Taktzahlen von maximal 500 Hüben pro Minute wirksam einzukoppeln, wie die Beteiligten betonen. Für die Schwingungsanregung kommen die aktiven Werkzeugteile Stempel und Matrize ebenso infrage wie der Niederhalter, der das Blech während des Umformens in der gewünschten Position hält, wie es weiter heißt. Die Forscher haben sich dabei explizit für die Matrize entschieden. Denn sie trage den größten Anteil an der Relativbewegung beim Umformen. Rund 20 Prozent Reibungsreduzierung habe man bereits geschafft. Doch da gebe es noch Luft nach oben. Reglementiert durch die vom Werkstück übertragbare Prozesskraft, erfolgt das Umformen meist in einer Abfolge mehrerer Stufen, erklären die Forscher aus Dresden.

Zwei Umformstufen beim Tiefziehen eingespart

Bei reduzierter Reibung kann aber im Rahmen einer einzelnen Stufe sofort deutlich weiter tiefgezogen werden, ohne dass das Material geschädigt wird. So genügten beispielsweise zwei anstelle von drei konventionellen Umformschritten. Und weniger Reibung bedeutet auch weniger Wärmeeintrag ins Blechteil, wodurch höhere Hubzahlen möglich werden. Aber auch die Werkzeugstandzeiten werden verlängert und das sogenannte Verkoken der eingesetzten Schmierstoffe durch zu viel Wärme beim Umformen ist passé. (Im Bild sieht man die Herstellung eines napfartigen Teils von etwa fünf Zentimeter Höhe einmal mit Vibrodraw (rechts) und einmal ohne).

Nun will man Zellgehäuse für Batterien auf diese Art tiefziehen

Für einen zügigen Transfer in die unternehmerische Praxis treibt das IWU seine Aktivitäten in Sachen Ultraschall plus Tiefziehen nun weiter voran. Aktuell liegt der Fokus auf dem Ultraschall-Tiefziehen von Zellgehäusen, die in Hochvoltspeichern batterieelektrischer Fahrzeuge benötigt werden, wie man dazu erfährt. Angepeilt seien größere Zellformate, die den Bauraum besser ausnutzten und aufgrund einer gesteigerten Energiedichte für höhere Reichweiten von E-Mobilen sorgten. Die Anmeldung von Vibrodraw zum Patent (EPA WO2025/012830 A1) ist bereits erfolgt.

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