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intec 2013: Fraunhofer IWU zeigte Innovationen für die Automobilproduktion

05.03.2013
Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU präsentierte auf der diesjährigen Fachmesse für Fertigungstechnik, Werkzeugmaschinen und Sondermaschinenbau intec Innovationen für die Produktionstechnik.
Am Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Allianz autoMOBILproduktion (Halle 3, Stand C20) stand die Ressourcen- und Energieeffizienz klar im Mittelpunkt. Das Fraunhofer IWU zeigte u.a. eine neue Fertigungsmethode zur Herstellung von Strukturbauteilen mit kleinen bis mittleren Stückzahlen, ein Exponat zur temperierten Umformung von ferritischem Edelstahl sowie ein innovatives Datenanalyseprogramm für die automatisierte Qualitätsüberwachung.

Die deutsche Automobilindustrie steht derzeit unter sehr hohem Innovations- und Wettbewerbsdruck: Leichter, sparsamer und kostengünstiger müssen die Fahrzeuge in Zukunft sein, um konkurrenzfähig zu bleiben. Angesichts steigender Energie- und Rohstoffpreise lassen sich diese Anforderungen zunehmend auch auf die Fertigungs- und Produktionstechnik übertragen. Das Fraunhofer IWU, als Leitinstitut für ressourceneffiziente Produktion innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft, arbeitet gemeinsam mit der Industrie und Forschungspartnern an innovativen Lösungskonzepten.
Sinkende Stückzahlen: Strukturbauteile wirtschaftlich fertigen

Wie Strukturbauteile auch bei kleinen und mittleren Stückzahlen wirtschaftlich und energieeffizient hergestellt werden können zeigten Wissenschaftler am Beispiel eines Sitzquerträgers. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt wurde gemeinsam mit Tower International sowie der Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH im Rahmen der Innovationsallianz »Green Carbody Technologies« erarbeitet.

Mit dem Forschungsprojekt reagieren die Wissenschaftler auf die zunehmenden strukturellen Veränderungen in der Fahrzeugfertigung. Die steigende Modell- und Variantenvielfalt im Automobilbau führt zu sinkenden Stückzahlen je Bauteil-Variante - insbesondere im Bereich des Presswerks. Die Qualitäts- und Crashanforderungen an hochbelastete Strukturbauteile sind unverändert hoch und die Fertigungskosten steigen.

Die Herstellung eines Sitzquerträgers erfolgt in der Regel mittels Tiefziehen in mehrstufigen Umformwerkzeugen. Aufgrund der hohen Werkzeugkosten ist dieses Verfahren allerdings gerade bei kleinen und mittleren Stückzahlen oftmals unwirtschaftlich. Wissenschaftler des Fraunhofer IWU haben daher gemeinsam mit Industriepartnern eine neue Fertigungsmethode entwickelt, die sich beim Herstellungsprozess auf eines dieser formspeichernden Umformwerkzeuge beschränkt. Zusätzlich kommen wesentlich flexiblere Blechbearbeitungsmaschinen zum Einsatz. Damit wird auch bei sinkenden Stückzahlen eine wirtschaftliche Fertigung ermöglicht. Darüber hinaus konnte das benötigte Werkzeugmaterial um 90 Prozent reduziert und der Blechausnutzungsgrad von 60 auf 77 Prozent erhöht werden. Die Energiebilanz des gesamten Herstellungsverfahrens wird somit deutlich verbessert.

Prozessketten verkürzen – Energie sparen: Warmumformung von Edelstahl

Eine weitere Prozessverkürzung gelang Wissenschaftlern des Fraunhofer IWU gemeinsam mit der Salzgitter Hydroforming GmbH im Bereich der Warmumformung von ferritischem Edelstahl. Gemeinsam wurde ein innovatives Verfahren zur temperierten Innenhochdruck-Umformung (IHU) von Edelstahlrohren sowie die dafür notwendige Werkzeugtechnik entwickelt. Der Prozess wurde anhand einer Modellgeometrie sowie eines warmumgeformten Abgasbauteils dargestellt.

In der Regel kommt bei der Herstellung komplexer IHU-Bauteile aus Edelstahllegierungen ein mehrstufiger IHU-Prozess mit zwischengeschalteten Glühprozessen zum Einsatz. Durch die Erhöhung der Umformtemperatur auf Bereiche zwischen 850 bis 1100 °C konnten die Kaltverfestigung ausgeschaltet und das Umformvermögen des Werkstoffes deutlich erweitert werden. Die Glühprozesse sowie das IHU-Vorformen entfallen. Durch den Einsatz eines gasförmigen Wirkmediums ist zudem kein Waschvorgang mehr notwendig. Mittels temperierter Innenhochdruckumformung ist die Fertigung der Bauteile damit in nur einem Prozessschritt möglich. Dies spart Zeit und senkt die für das Verfahren benötigte Energie sowie Produktionskosten.

Neue Software: Multitasking für die automatisierte Qualitätssicherung

Die automatisierte Qualitätssicherung wird auch für die Automobilproduktion und den Maschinenbau immer bedeutsamer. Um Zusammenhänge und notwendige Kennzahlen auch innerhalb von komplexen Prozessketten zu ermitteln, sollte eine moderne Qualitätssoftware eine Vielzahl von Prüf- und Messaufgaben in einem System zusammenführen und im Idealfall automatisiert auswerten. Hierfür benötigen herkömmliche Systeme in der Regel allerdings sehr viel Rechenzeit.

Am Fraunhofer IWU wurde die Software Xeidana® (eXtensible Environment for Industrial Data ANAlysis) entwickelt, die speziell auf diese Anforderungen ausgerichtet ist. Dem Anwender wird ein vollständiges Lösungspaket zur Verfügung gestellt, das Aufgaben von der Datenakquisition bis hin zur automatisierten Qualitätskontrolle abdeckt. Die Besonderheit: Mit Xeidana® können eine vergleichsweise hohe Anzahl von Daten verschiedener Sensorsysteme parallel erfasst und automatisch ausgewertet werden. Diese multisensorielle Qualitätskontrolle ermöglicht es, eine Vielzahl verschiedener Sensortypen, wie Wirbelstromsonden, Oberflächenscanner, optische Kameras oder Köperschallmikrofone, mitei¬nander zu kombinieren. Die Software erfasst und analysiert so beispielsweise Thermografiebilder und optische Live-Videos gemeinsam mit den Informationen von Ultraschall- oder Wirbelstromsystemen. Die Daten werden in einem individuell visualisierbaren Arbeitsbereich abgelegt und automatisiert ausgewertet. Für die notwendige Rechenleistung sorgt eine Optimierung für Mehrkernsysteme.

Als Leitinstitut für ressourceneffiziente Produktion erarbeitet das Fraunhofer IWU Lösungen zur Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz und treibt aktiv deren Umsetzung in die Industrie voran. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Entwicklung intelligenter Produktionsanlagen zur Herstellung von Karosserie- sowie Antriebsstrangkomponenten und der Optimierung der damit verbundenen umformenden und spanenden Fertigungsprozesse.

Hendrik Schneider | Fraunhofer-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de
http://www.iwu.fraunhofer.de/

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