Referenzprojekte zum Thema Wirkmedienbasierte Umformung

Im Projekt »Innovative Technologieentwicklung für eine wandelbare PEM-Stacks-Pilotlinie« entwickelt das Fraunhofer IWU das passive Hydroforming zur Herstellung von Bipolarplatten. Mit dem neuen Werkzeugsystem erfolgt anschließend eine umfassende Prozessanalyse, bei der technologische und wirtschaftliche Potenziale des Verfahrens identifiziert bzw. validiert und quantifiziert werden.

Die Herstellbarkeit von Bipolarplatten im »kleinen Maßstab« durch Hydroforming hat das Fraunhofer IWU bereits in mehreren Forschungsprojekten, u.a. anhand der IWU-Bipolarplatte mit einer Aktivfläche von ca. 300 cm², nachgewiesen. Dabei wurde umfassendes Prozessverständnis geschaffen und die Machbarkeit verschiedener geometrischer Strukturen untersucht. Auf dieser Wissensgrundlage entwickeln wir das Verfahren weiter mit dem Ziel, die technischen und wirtschaftlichen Vorteile des Hydroformings zur Fertigung von Bipolarplatten für neue Anwendungsbereiche nutzbar zu machen.

Fernseherrahmen sollen auch Wärme ableiten, weshalb zunehmend Aluminiumlegierungen eingesetzt werden. Aus Gründen der Ressourceneffizienz und Wirtschaftlichkeit sollten im Projekt mehrere Rahmengrößen mittels Innenhochdruck-Blechumformung gleichzeitig aus einer Blechplatine geformt werden. Geringe Abstände zwischen den Rahmen und kleine Eckenradien führen dabei zu einer starken Dehnung einzelner Bereiche des Bleches. Diese waren auch mit einer reinen Warmumformung nicht zu erzielen, daher wurde der Einsatz von Materialien mit superplastischen Eigenschaften (temperatur-stabiles, feinkörniges Gefüge) erfolgreich untersucht.

Welches Potential die Technologie der Innenhochdruck-Umformung für die Möbelindustrie bietet, beweist der vom Designer Jörg Höltje entworfene Stahlrohrstuhl »Hydra«. Die Faszination für die natürlichen Konstruktionsformen von Organismen und ein Faible für innovative Technologien standen Pate für ein bionisches Stuhldesign. Mithilfe einer unter Hochdruck stehenden Flüssigkeit wurden aus gewöhnlichen Stahlrohren aus Edelstahl ästhetisch anspruchsvolle Designteile geformt.

Angesichts der Formkomplexität und der zu erwartenden geringen Stückzahlen wurde für die Herstellung eines Beckenbodenauslaufs das Verfahren der Innenhochdruck-Blechumformung eingesetzt. Dieses ermöglicht gegenüber konventionellen Verfahren eine deutliche Kostenreduzierung. Bei der Herstellung des Bauteils gelang es schließlich, den Materialverbrauch und vor allem die erforderliche Ziehtiefe zu minimieren.

Rotorblätter von Windkraftanlagen werden konventionell aus faserverstärkten Kunststoffen gefertigt. Diese Materialien lassen sich derzeit noch kaum recyceln, ihre Wiederverwertung ist sehr aufwändig. Im Projekt Hyblade ist es gelungen, Rotorblätter für kleine Windkraftanlagen mit vertikaler Achse wirtschaftlich aus Stahlblechen zu fertigen. Aus Sicht einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft ist der Vorteil klar: Die Recyclingquote von Stahl liegt bei über 90 Prozent.

Leichtmetalle wie Titan, Aluminium oder Magnesium bieten für den Bereich Mobilität / Fahrzeugbau aufgrund ihrer guten gewichtsbezogenen mechanischen Eigenschaften ein großes Anwendungspotenzial. Demgegenüber stehen aber vergleichsweise eingeschränkte Möglichkeiten zur wirtschaftlichen Herstellung von Umformbauteilen. Im Projekt wurde ein wirtschaftlicher, temperierter IHU-Prozess mit gasförmigem Wirkmedium für Bauteile aus Titan Grade 2 entwickelt und das Potenzial anhand eines T-Stückes aufgezeigt.

Die Herstellung von Metall-Kunststoff-Hybridbauteilen ist immer noch sehr arbeits- und kostenintensiv. Im Rahmen eines Projekts des Bundesexzellenzclusters »MERGE« ist die Entwicklung eines einstufigen Prozesses, der die Herstellung von Hybridkomponenten zu niedrigen Preisen ermöglicht. Das neuartige Konzept kombiniert die Verfahren Tiefziehen und Spritzgießen, wobei eine gleichzeitige Umformung mit der Kunststoffschmelze erfolgt.

Die Forschungsschwerpunkte des Fraunhofer IWU liegen in der Weiterentwicklung der Verfahrenskombination aus Innenhochdruck-Umformung und Spritzgießen bei der Herstellung rohrbasierter Hybridbauteile. Eine erste Weiterentwicklung besteht im Ersatz des flüssigen Wirkmediums durch ein gasförmiges Wirkmedium. Dadurch verbessert sich die Robustheit des Prozesses, da der Kunststoff empfindlich auf Feuchtigkeit reagiert.

Industriepartner, Spezialisten im Bereich des Biegens und das Fraunhofer IWU entwickelten gemeinsam eine Technologie zur Herstellung eines neuartigen Kopfstützenbügels zum Einsatz bei crashaktiven Kopfstützensystemen. Durch verschiedene Verfahrenskombinationen im Innenhochdruck-Umformprozess wurde die Prozesskette stark verkürzt. Der neue Kopfstützenbügel ist nicht nur 60 Prozent leichter als vorher, er ist auch funktioneller.