Referenzprojekte zum Thema Wirkmedienbasierte Umformung

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.

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.

Eine Möglichkeit zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs ist die Reduzierung des Fahrzeuggewichts. Nachteilig auf die Gewichtsbilanz der PKW-B-Säule wirken sich jedoch die Fügeflansche aus. Im Rahmen eines Entwicklungsprojekts wurde unter Einbeziehung der umform-, füge- sowie montagetechnischen Anforderungen ein neuartiges B-Säulenkonzept entwickelt. In einer FE-Crashsimulation wurde die Lösung verifiziert und zur Fertigung der Demonstratorbauteile freigegeben.

Bei der Herstellung von Blechdurchzügen an Rohren und geschlossenen Profilen, in die nachträglich ein Gewinde geformt werden kann, steht das Kragenziehen im Vordergrund. Erfolgreich getestete Werkstoffe sind neben einer Aluminiumlegierung und Messinglegierung auch Baustahl und Edelstahl. Durch das Kragenziehen kann unter anderem eine Gewichts- und Kosteneinsparung von ca. 30 % erreicht und die Prozesskette verkürzt werden.

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.

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.

Die Herstellung von Metall-Kunststoff-Hybridbauteilen ist immer noch sehr arbeits- und kostenintensiv. Innerhalb des Bundesexzellenzclusters »MERGE« wurde ein einstufiger Prozess entwickelt, 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.

Für die Herstellung des Beckenbodenauslaufs wurde angesichts der Formkomplexität und der zu erwartenden geringen Stückzahlen 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.

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.

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.