Roboterbasiertes Rollformen

Herausforderung

Mit der Vergrößerung der Modellpalette der Fahrzeughersteller (Pkw, Nutzfahrzeuge) bei gleichzeitiger Stagnation der Gesamtfahrzeugproduktion in Europa sinken die Stückzahlen der Blechbauteile je Derivat. Der Einsatz von Groß- und Gigagussteilen senkt zusätzlich den Bedarf an Blechteilen, so dass die konventionellen Fertigungsverfahren (Tiefziehen) in Presswerken an eine Wirtschaftlichkeitsgrenze gelangen, da sich die hohen Kosten bauteilspezifischer Umformwerkzeuge nur über hohe Stückzahlen amortisieren lassen.

Ziel

Ziel ist die Entwicklung werkzeugarmer bzw. werkzeugloser Fertigungsprozessketten zur wirtschaftlichen Produktion von Blechstrukturbauteilen. Mit dem roboterbasierten Rollformen lassen sich sowohl Grundformen als auch Nebenformelemente von Blechstrukturbauteilen kinematisch mit universell einsetzbaren Werkzeugen herstellen. Diese können durch Funktionalisierung weiter angepasst werden, so dass eine komplette Prozesskette vom Coil zum einbaufertigen, lackierfähigen Bauteil abgebildet werden kann.

Gesellschaftliche Relevanz

Die Wertschöpfung von Morgen erfordert neue Ansätze, die u. a. eine investitionsarme, agile und hochflexible Fertigung von Blechstrukturbauteilen ermöglicht. Zudem bietet der technologische Ansatz wesentliche Beiträge zur Verbesserung der Nachhaltigkeit. Die Minimierung des direkten Materialeinsatzes (ca. -20%) schont materielle Ressourcen ebenso wie die signifikante Reduktion des Betriebsmittelbedarf. Hierdurch lässt sich der CO2-Fußabdruck auf 10% bzw. auf 1 Promille, bezogen auf herkömmliche Fertigungsweise, senken. Die Technologie ist zudem in der Lage auftretende Materialschwankungen, wie sie durch verstärkten Einsatz von Sekundärmaterialien verursacht wird, aktiv auszugleichen bzw. zu kompensieren.

Vorgehensweise / Lösung

Gegenüber dem klassischen Walzprofilieren oder dem 3D-Rollformen mit Werkzeugmaschinen wird ein Rollenpaar als Endeffektor durch einen Roboter bewegt. Dieser führt sowohl die Vorschub als auch die Zustellbewegungen durch und mittels der Rollen werden bspw. Flansche sukzessive durch reversierende Bewegungen geformt. Die Flansche können hierbei von einer geraden Kante abweichen und die Flanschhöhe, respektive -breite kann variieren. Die optische Zugänglichkeit des Flansches ermöglicht die Erfassung der realisierten Geometrie und damit auch die Feststellung etwaiger Abweichungen. Diese können im nächsten Umformschritt kompensiert werden, wodurch sich Schwankungen in der Materialqualität als auch in der vorangegangen Prozessführung egalisieren lassen. Die Technologie fokussiert auf zwei wesentliche Märkte. Im Bereich der Luftfahrt werden hauptsächlich Aluminiumknetlegierungen verarbeitet, wohingegen für das Segment leichter Nutzfahrzeuge hoch- und höchstfeste Stahlsorten zur Anwendung kommen.