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Umformen für den Leichtbau

Presshärten erlaubt Leichtbau in der Großserie

| Autor: Stéphane Itasse

Die Politik hat Autos auf Diät gesetzt: Um gegen den Klimawandel vorzugehen, hat die EU Grenzwerte für ihren CO2-Ausstoß verfügt. Deshalb müssen die Hersteller ihre Autos leichter machen. Im Karosseriebau hilft hier das Presshärten, auch Formhärten genannt.

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Vor dem Umformen werden die Bauteile beim Presshärten erhitzt. So lassen sich Stähle umformen, die kalt überhaupt nicht umformbar wären.
Vor dem Umformen werden die Bauteile beim Presshärten erhitzt. So lassen sich Stähle umformen, die kalt überhaupt nicht umformbar wären.
(Bild: Schuler)

Presshärten ist ein Umformverfahren, das sehr komplexe Teile für eine Rohrkarosserie erlaubt, unabhängig von ihrer Größe, Dicke und Geometrie“, erläutert Ignacio Martín, Direktor für Forschung und Entwicklung bei der Geschäftseinheit Tooling & Equipment des spanischen Automobilzulieferers und Maschinenbauers Gestamp. Das Material für diesen Prozess habe üblicherweise eine Zugfestigkeit von 1500 MPa, was es erlaube, in einem Teil unterschiedliche Materialhärten und -dicken zu kombinieren. „Durch die guten Umformeigenschaften können durch das Warmumformen auch Formen erzeugt werden, die in hochfesten kaltumformbaren Werkstoffen nicht zu erzeugen wären“, ergänzt Jochen Rink, Werksleiter Ludwigsfelde bei der Gestamp Umformtechnik GmbH.

Presshärten macht den Leichtbau kostengünstig

Formhärten ist momentan das günstigste Verfahren, um Leichtbau zu realisieren“, zeigt Jens Aspacher, Vertrieb Formhärteanlagen bei der Schuler Pressen GmbH in Waghäusel, einen anderen Aspekt auf. Auf diesem Kostenniveau gebe es keine Alternative: „Es gibt zwar alternative Techniken, es gibt alternative Materialien, aber nichts ist bisher wettbewerbsfähig.“

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Bisher wird das Verfahren in erster Linie für sicherheitsrelevante Karosseriebauteile eingesetzt, vor allem A-Säulen, B-Säulen oder Schweller. Doch die Entwicklung geht immer weiter. „Wir sind in der Lage, andere Presshärteteile in die Fahrzeugplattform zu integrieren, wie Querträger oder Holme“, sagt Martín. „Was jetzt immer mehr dazukommt, sind Querverbindungen, zum Beispiel Dachspriegel oder Verbindungsbleche unter der Rückbank. Manchmal sind es auch kleine Knotenbleche“, ergänzt Aspacher. Es kämen immer weitere Bauteile dazu, weil die Fahrzeugdesigner bei jedem Modell vor die Herausforderung gestellt würden, das Fahrzeug leichter zu machen. „Dann überdenken sie jedes einzelne Teil, ob man es dünner machen kann, und wenn ja, wie. Da ist das Formhärten oft die günstigste Variante“, erläutert der Schuler-Experte.

Unternehmen arbeiten an höherer Prozessgeschwindigkeit

Um den Prozess beim Presshärten zu verbessern, arbeiten die Unternehmen daran, die Geschwindigkeit zu steigern. So hat Gestamp nach Auskunft von Martín dank der selbst entwickelten Maschinen und Werkzeuge die Taktzeit auf 9 s reduziert – genauere Prozessdetails verrät er nicht. „Mit optimalen Werkzeugkonzepten fährt Gestamp vier bis acht Teile pro Hub, sodass dabei die Hubkosten pro Bauteil noch einmal deutlich gesenkt werden konnten“, erläutert Rink.

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Am Presshärten führt derzeit kein Weg vorbei

Herr Aspacher, warum setzen die Automobilhersteller so stark auf das Presshärten?

Dadurch, dass die Automobilhersteller vom Gesetzgeber her unter einem großen Druck stehen, den CO2-Ausstoß zu reduzieren, müssen sie diesen Weg gehen. Der eine macht es früher, der andere macht es später, aber irgendwann machen es alle. Mit unterschiedlichem prozentualem Anteil: Es gibt Fahrzeuge, bei denen die Struktur der Karosserie zu 40 % aus Formhärteteilen besteht, andere sind noch lange nicht so weit. Wenn wir davon ausgehen, dass alle zum Formhärten tendieren, wird man noch ein langes Wachstum erleben.

Wie wird sich Ihrer Ansicht nach die Bedeutung des Presshärtens für die Autoindustrie verändern?

Sie wird sich nach oben verändern. Wir sind im Moment bei circa 300 Linien bis Jahresende, die weltweit im Einsatz sind. Wenn wir mit 1,2 Mio. Bauteilen pro Linie und Jahr rechnen, im Durchschnitt, die älteren weniger, die neueren mehr, dann sind das 360 Mio. Bauteile pro Jahr. Wenn Sie das auf die etwa 100 Mio. Fahrzeuge, die demnächst weltweit pro Jahr hergestellt werden, umlegen, dann würden die 600 Mio. Bauteile, die für 2018 bis 2020 im Raum stehen, eine durchschnittliche Bauteilanzahl von sechs pro Fahrzeug bedeuten. Ich kenne jetzt schon viele Autos, die weit darüber sind.

Welche technischen Weiterentwicklungen beim Presshärten sind von Schuler für die kommenden Jahre zu erwarten?

Wir werden Ende des Jahres unser Hot Stamping Tech Center in Göppingen sehen. Dort werden wir Formhärtepressen unter Produktionsbedingungen zeigen und testen können. In einer neuen Anlage werden wir eine komplett optimierte Hydraulik und eine Energierückspeisung erstmals einsetzen, um die Energieeffizienz zu erhöhen. Außerdem setzen wir zum ersten Mal bei hydraulischen Pressen ein komplettes Condition-Monitoring-System ein. Schließlich wollen wir auch an Prozessverbesserungen und alternativen Materialien wie Aluminium arbeiten.

Schuler hat dafür zwei wichtige Entwicklungen auf den Markt gebracht, wie Aspacher erläutert: „Das eine war unser Twin-Feeder, der wie ein Drei-Achs-Transfer arbeitet. Das ist die schnellste Automation, die es für eine Presse gibt.“ Die Waghäuseler hätten das System für die Warmumformung angewandt, einhergehend mit einer L-förmigen Anordnung der Linie. „Dadurch erreicht man kürzere Verweilzeiten der Platinen an Luft. Mit dem Twin-Feeder haben wir den Automationsanteil an der Gesamtzykluszeit um 2 bis 3 s reduziert“, berichtet Aspacher. Der zweite Ansatz war ein PCH-Kissen, das die Druckverteilung egalisiere. „Je höher der Anpressdruck zwischen Bauteil und Werkzeug ist, desto schneller ist der Wärmeübergang und desto kürzer ist die Abkühlzeit. Mit der PCH-Technik haben wir die Abkühlzeit im Vergleich zu konventionellen Pressen nahezu halbiert.“

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 Stéphane Itasse

Stéphane Itasse

, MM MaschinenMarkt

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