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Flüssigkeit bringt Blech in Form

Das Innenhochdruck-Umformen - seit den sechziger Jahren schon bei einfacheren Teilen wie T-Stücken aus Kupferwerkstoffen bewährt – ist heutzutage zunehmend Fertigungsalternative für dynamisch belastete, anspruchsvolle Blechformteile mit komplexen Geometrien. Teile, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nicht oder nur mit großem Aufwand herzustellen sind, sind die Domäne dieses Verfahrens.

Nicht nur die Investitionskosten beeinflussen die Entscheidung für (oder wider) das Innenhochdruck-Umformen, sondern auch die mögliche Werkstoffersparnis (Leichtbauweise), der geringere Arbeitsaufwand (Komplettfertigung) und die konstante, reproduzierbare Teilequalität. Kein Wunder also, wenn vor allem die Automobilindustrie und ihre Zulieferer "Promotoren" dieses Verfahrens sind.

Innenhochdruck-Umformung rechnet sich

Vergleichsanalysen mit herkömmlich gefertigten Teilen zeigen, daß sich das Innenhochdruck-Umformen auch rechnet: Bei der Produktion von Fallrohren beträgt die Kostenreduzierung etwa 30 Prozent, bei Krümmern rund 65 Prozent; die Kostenreduzierung bei Strukturteilen ergibt sich, abhängig von der Geometrie, in der Regel in Größenordnungen von zirka 15 bis 40 Prozent. Freilich, der Weg dorthin, war lang und steinig. Über viele Jahre scheiterten die Versuche, anspruchsvolle Teile für die Automobilindustrie herzustellen, an der Forderung nach kostengünstiger Fertigung bei hoher Stückzahl. Nur intensive, engagierte Entwicklungsarbeit in den letzten Jahren brachte den Durchbruch. Erst die seriensichere Innenhochdruck-Umformung hat die Automobilhersteller überzeugt, damit belastungsoptimierte, wesentlich leichtere Rahmenstrukturteile und Achskomponenten herzustellen. Beispiele dafür unter vielen sind Nockenwellen aus handelsüblichen Rohren, deren Gewicht rund ein Drittel geringer ist als das der geschmiedeten, und Achsträger, deren Gewicht um 15 Prozent reduziert werden konnte.

Ultraleichte Karosserie

Mit einfachen Bauteilen und Verfahren in den achtziger Jahren beginnend, ermöglicht die Innenhochdruck-Umformtechnik heutzutage den wirtschaftlichen Serieneinsatz und bisher nicht gekannte Konstruktionsmöglichkeiten für Komponenten und Gesamtkonzepte. Erwähnt sei in diesem Zusammenhang die ULSAB-Studie (Ultra Light Steel Body). Diese Studie zeigt, welches Entwicklungspotential der "alte" Werkstoff Stahl für ultraleichte Stahlkarosserien hat: Solch eine Karosserie wiegt ohne Anbauteile lediglich 203 kg, das sind 25 Prozent weniger als das Durchschnittsgewicht ausgewählter Referenzkarosserien. Dieses Konzept basiert darauf, Gewicht durch Festigkeit zu ersetzen. Einen guten Teil dieses Erfolges kann dabei das Innenhochdruck-Umformen für sich verbuchen.

ULSAB Studie

Der Erfolg dieses Fertigungsverfahren läßt sich nicht nur auf die weiterentwickelte Technik (Maschinen, Werkzeuge, Steuerungen) zurückführen, sondern auch auf innovative Entwicklungen im Vorfeld. So dauerte beispielsweise die Entwicklung eines IHU-Prototypteils 1992 durchschnittlich noch 16 bis 18 Wochen; derzeit sind aufgrund moderner Planungs- und Finite-Elemente-Methoden sechs bis acht Wochen durchaus realistisch. Tendenz: weiter fallend.

Anzahl der IHU-Teile nahm drastisch zu

Die Leistungsfähigkeit und Seriensicherheit des Verfahrens ist mittlerweile unbestritten, wie einige Zahlen belegen. So stieg zum Beispiel bei der BMW AG, München, die Anzahl der mit Innenhochdruck umgeformten Abgaskrümmer von wenigen tausend im Jahr 1991 auf über 400 000 Stück je Jahr. Auch die Menge von komplexen Fahrwerksteilen stieg drastisch an, von etwa 100 000 im Jahr 1994 auf über eine Million im Jahr 1997. Vergleichbares gilt für andere Automobilhersteller. Für die Automobilindustrie, für die der Leichtbau hohe Priorität hat, sind IHU-Verfahren eine interessante Alternative geworden, die noch hohes Entwicklungspotential bieten für das Fertigen mittlerer und großer Teile.

Weiterentwicklungen werden vorangetrieben

Das Innenhochdruck-Umformen hat also einerseits längst den Schritt zum etablierten Verfahren vollzogen, andererseits ist es noch jung genug, um genügend Raum zu lassen für Weiterentwicklungen. Das Anwendungspotential ist bei weitem noch nicht erschlossen. Entwicklungsingenieuren bleibt noch viel zu tun übrig, um die Anwendung des Innenhochdruck-Umformens weiter zu forcieren. Für die Montage und den Zusammenbau der IHU-Teile in ihrer Funktionsposition beispielsweise ist es notwendig, neue Verbindungs-, Füge- und Schweißtechniken zu entwickeln. Auch die Werkzeuge müssen in bezug auf Standzeit, Lochen und Beschneiden, Abfallentsorgung, Multiteilanordnung und Befülltechnik weiter optimiert werden.

Neue Verfahrensvarianten, beispielsweise das Innenhochdruck-Biegen von rohrförmigen Werkstücken und das "Aufblasen" von Doppelplatinen für großflächige Blechformteile, die Einbindung anderer Fertigungsverfahren und die deutliche Verkürzung von Zykluszeiten, stehen ebenso auf der Aufgabenliste von Entwicklungsingenieuren wie alternative Maschinen- und Steuerungskonzepte, noch leistungsfähigere Simulationssysteme sowie eine bessere Prozeßregelung, beispielsweise mit Fuzzy Logic. Erste Erfahrungen aus Laborversuchen zeigen, daß Fuzzy Logic beim Innenhochdruck-Umformen zu sehr guten Ergebnissen führt, weil es möglich ist, Expertenwissen zu verarbeiten.

Technische Regelwerke müssen komplettiert werden

Freilich, bis dieses Fertigungsverfahren den Status und die Bedeutung der traditionellen Umformtechnik erreicht und sich das gesamte geeignete Teilespektrum herauskristallisiert hat, werden wohl noch einige Jahre vergehen. Trotz der weltweiten Entwicklungstätigkeiten und der vielen Anwendungen befindet sich das Innenhochdruck-Umformen nach Auffassung einiger Fachleute noch in der "Pionierzeit". Das beginnt bei der verfahrensgerechten Bauteilentwicklung und -konstruktion und endet bei den technischen Möglichkeiten zur Umformung und Weiterbearbeitung. Es gilt, den Konstrukteuren Regelwerke für die Gestaltung und Auslegung von Innenhochdruck-Umformteilen und -Werkzeugen in die Hand zu geben.

Zur weiteren Erschließung des Anwendungspotentials müssen Anbieter hierzulande nach wie vor intensive Überzeugungsarbeit leisten. Wichtig ist auch eine enge, möglichst frühzeitige Zusammenarbeit mit den Anwendern. Nur wenn bereits die Teileentwicklung IHU-gerecht ist, kann der Optimierungsaufwand während der Prototypenfertigung minimiert werden.

Komplexe Teile in Serie fertigen

Jüngstes Beispiel für eine erfolgreiche Zusammenarbeite zwischen Anlagenhersteller und Anwender ist die IHU-Anlage im Opel Werk, Bochum. Dort wird der Vorderradträger für den Astra auf einer automatischen Innenhochdruck-Umformanlage in Serie hergestellt.

Serienfertigung Adam Opel AG

Früher konventionell aus mehreren Einzelteilen gefertigt, wird nun ein gebogenes und vorgeformtes Rohr mit einer gestreckten Länge von 2,64 m und einem Durchmesser von 65 mm durch Innenhochdruck in seine endgültige Form gebracht. Die Vorteile: Im Vergleich zur herkömmlichen Fertigung ist der Vorderradträger um 30 Prozent leichter, hat eine höhere Steifigkeit und zeigt ein besseres Crashverhalten.

Bernhard Kuttkat

Bernhard Kuttkat ist Stellvertretender Chefredakteur beim MM Maschinenmarkt. Sein aktueller Beitrag zu IHU ist zu sehen im MM Maschinenmarkt Sonderausgabe November 1998. Deutschland innovativ 1998, Formgebende Verfahren.

   

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Last update: Februar 18, 2000
Letzte Änderung: 18 Februar 2000

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