Tiefziehen

Zu den einzelnen Arbeitsschritten in der Prozesskette haben wir nützliche Informationen in unterschiedlichen Kategorien – Projektbeispiele, beste verfügbare Technik und Videos – für Sie gesammelt. Fahren Sie mit der Maus über einzelne Elemente und erfahren Sie, wie sich Ihre Prozesse optimieren lassen.

Prozesskette Tiefziehen

Produktgestaltung

Projekte

Einsparungen in der Bleckdicke durch optimale Ausnutzung der Werkstoffeigenschaften

Prozesseigenschaften:
  • Einsparungen in der Bleckdicke können durch die optimale Ausnutzung der Werkstoffeigenschaften erreicht werden und  die Materialeffizienz somit gesteigert werden.
  • Die Ergebnisse eines Projektes der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies" (InnoCaT  2) zeigen, dass bei gleichen Steifigkeitseigenschaften eine Blechdickenverringerung durch eine gezielt eingestellte Festigkeitssteigerung möglich ist.
  • In dem Projekt konnte bei Demonstratorbauteilen eine Massereduzierung von 3,45 kg/ Teil (Stahlblech) erreicht werden.
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Flexible Blechbearbeitung für kleine und mittlere Serien

Prozesseigenschaften:
  • Der Sitzquerträger wurde bisher auf einer sechsstufigen Transferpresse mittels Tiefziehen umgeformt. Die Umgestaltung für eine einzige Umformstufe mit anschließender, flexibler Fertigung auf Blechbearbeitungsmaschinen ermöglicht eine wirtschaftliche Fertigung bei sinkenden Stückzahlen. Die Gleichwertigkeit im Crashverhalten wird durch Fallturm-Versuche an Realbauteilen abgesichert.
  • Das Werkzeugmaterial konnte um 90 % und die Prozessenergie um 50 % reduziert sowie der Blechausnutzungsgrades von 60 % auf 77 % erhöht werden.
  • Darüber hinaus konnte Erhöhung der Flexibilität in der Fertigung, schnellere Ramp-up‘s, wirtschaftliche Fertigung (insbesondere von Derivaten)
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Formschlagen

Prozesseigenschaften:
  • Durch ein Projektes der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies" (InnoCaT  2) konnte nachgewiesen werden, dass bei der Methodenplanung der Ansatz „Formschlagen“, ausgehend von den definierten Parametern, zu einer signifikanten Verringerung der Ankonstruktion führt.
  • Die Ergebnisse des Projektes zeigen, dass eine Massereduzierung von 198g/Satz und eine Energiereduzierung von 0,5 kWh/Satz möglich sind.
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Hybride Werkstoffe

Prozesseigenschaften:
  • Werden tiefgezogenen Bauteile hinsichtlich ihrer Leichtbaupotenziale optimiert, erschliessen sich Ressourceneffizienzpotenziale während der Nutzungsphase.
  • Beim „VW Golf VIII“ wurden 100kg Masse in der Karosserie eingespart, u.a. durch Stahl-/Leichtmetall-Verbundguss. Tiefziehblech wird dazu mit dünnwandiger Aluminiumstruktur umgossen.
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Software für Auslegung von Umformprozessen

Prozesseigenschaften:
  • Durch Softwarelösungen für die Blechumformung kann die Bauteilqualität gesteigert und die Prozesse optimiert werden.
  • Somit kann Ausschuss reduziert und Material und Energie gespart werden.
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Vorhersage der Rückfederung von Titanblechen

Prozesseigenschaften:
  • Ein laufendes Forschungsvorhaben der Fraunhofer-Gesellschaft soll die Grundlagen für die prozesstechnische Beherrschung der Titanblechumformung legen.
  • Dabei wurde insbesondere die Rückfederung von Titanbauteilen untersucht. Der Vergleich zwischen Experiment und Simulation zeigt, dass sich mit dem entwickelten Materialmodell eine hervorragende Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation erreichen lässt. Somit steht nun ein wichtiger Baustein zur Verfügung, um Umformprozesse von Titanblechwerkstoffen mit hoher Präzision zu simulieren.
  • Die prozesstechnische Beherrschung der Titanblechumformung ist unter Ressourceneffizienzaspekten sinnvoll, da spanende Bearbeitung von Titan ersetzt werden kann. Ferner tragen Titanbauteile durch ihre Eigenschaften auch zur Ressourceneffizienz während der Nutzungsphase bei.
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Beste verfügbare Technik

Bauteil- und Fertigungskonzepte

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Bauteil- und Fertigungskonzepte ausarbeiten und vergleichend bewerten um das optimale Fertigungskonzept und optimale Prozessparameter zu erarbeiten: Zunehmende Modell- und Variantenvielfalt z.B. im Automobilbau führt zu sinkenden Stückzahlen je Derivat.
Gerade bei kleinen und mittleren Stückzahlen ist die Tiefziehfertigung aufgrund hoher Werkzeugkosten unwirtschaftlich.

Flexible Blechbearbeitung kann gegenüber der konventionellen, mehrstufigen Tiefziehfertigung eine wirtschaftliche Alternative sein.

Quelle(n):

  • Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ (InnoCaT®); Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Ganzheitliche Planung neuer Fertigungstechnologien (Digitale Fabrik)

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Für bestimmte Bereiche und unter bestimmten Rahmenbedingungen können sich alternative Fertigungsverfahren als effizientere Lösung darstellen. Im Fokus einer solchen übergreifenden Betrachtung (basierend auf Modellierungen und virtuellen Optimierungen) steht das Denken in Prozessketten.

Beispiel:
Als Ergebnis einer ganzheitlichen Planung neuer Fertigungstechnologien kann beispielsweise das Profilieren von Strukturbauteilen mittels Walzprofilieranlagen anstelle des aktuellen Produktionsprozesses Tiefziehen in bestimmten Bereichen die wirtschaftlichere Lösung aufzeigen. Das Walzprofilierverfahren zeichnet sich durch vergleichsweise geringe Investitionsausgaben für Produktionsanlage und Werkzeugsatz aus und erlaubt ermöglicht aufgrund des breitengenauen Einlaufs des Spaltbandes in den Umformprozess eine hohe Materialausnutzung. Verschnitte von nur bis zu ca. 10% reduzieren die Materialkosten pro Bauteil.
Nachteilig ist jedoch, dass Verformungen im kontinuierlichen Prozess fast ausschließlich in Bauteillängsrichtung erfolgen können. Im Gegensatz zum Tiefziehen sind dadurch nur weniger anspruchsvoll geformte Bauteile herstellbar. Für den jeweiligen potenziellen Anwendungsfall muss analysiert werden, welche Eigenschaften die Prozesskette besitzen muss, damit das Profilierverfahren gegenüber dem Tiefziehprozess produktiver, effizienter und flexibler ist.

Quelle(n):

  • Bracht U., Geckler D., Wenzel S.: Digitale Fabrik: Methoden Und Praxisbeispiele. Heidelberg: Springer 2011, ; S.308

Maßnahmen zur Verbesserung der Maß- und Formgenauigkeit

Die in der Blechumformung üblichen Maßnahmen zur Minderung der Rückfederung, die als Hauptursachen für die relativ hohen Maß- und Formabweichungen auszumachen ist, sollten berücksichtigt werden.  
Zu große Materialabstreckung sollte vermieden werden, um Einfallstellen oder Ausbeulungen und somit Ausschuss zu vermeiden.

Bezüglich der Umformung und der Berechnung der Rückfederung stellt die Finite-Elemente-Methode ein dem Stand der Technik angemessenes Hilfsmittel dar.

Darüberhinaus bestehen Maßnahmen zur Verbesserung der Maß- und Formgenauigkeit  in der Wahl der geeigneten Umformvariante und der Verfahrrichtung des Werkzeuges.

Quelle(n):

  • Tschätsch H., Dietrich J.: Praxis der Umformtechnik: Arbeitsverfahren, Maschinen, Werkzeuge; Ausgabe 9. Vieweg Praxiswissen 2008. ; S.205

Optimale Ausnutzung der Werkstoffeigenschaften

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Einsparungen in der Bleckdicke durch die optimale Ausnutzung der Werkstoffeigenschaften und somit gesteigerte Materialeffizienz

Quelle(n):

  • Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ (InnoCaT®); Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Produktfamilien / Derivatzsenarien / Gleichteilanalyse

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Für jede geometrische Bauteilvariante (Länge, Breite, Windstärke) muss in der Regel ein eigenständiger Werkzeugsatz beschafft werden, was sich besonders nachteilig bei kleineren Stückzahlen auswirkt.
Hier kann eine Gleichteilanalyse die Basis für eine effiziente Werkzeugnutzung liefern.

Eine Gleichteilanalyse zwischen einem Basisprodukt und Derivatszenarien gibt Auskunft über die Anzahl und Ausprägung der zur Basis kommunalen und spezifischen Bauteile. So gibt es kommunale Bauteile und Synergieteile, die durch die gleichen Ziehwerkzeuge im Presswerk tiefgezogen werden; als Synergieteile aber einen anderen Beschnitt als das Basisteil erhalten.

Quelle(n):

  • Tecklenburg G. [Hrsg.]: Parametrisch assoziative Entwicklung von Baugruppen der Fahrzeugkarosserie; Visionen und Erfahrungen für zukünftige Entwicklungsprozesse, Band 1. Renningen: expert verlag, 2008. ; S.270

Simulation in der frühen Phase der Produktentwicklung

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig
  • Untersuchungsobjekte sind z.B. die Optimierung von Ziehsicken und Einlaufradien, die Sickengestaltung zur besseren Materialausnutzung oder das fräsoptimierte Tuschieren des Blechhalters sowie des Niederhalters bei Folgeoperationen.
  • Die Simulation erhöht den Reifegrad von Bauteil- und Betriebsmittelkonstruktionen in der frühen Phase der Produktentwicklung, indem Folgekosten minimiert werden können.

Quelle(n):

  • VDI-Z, Integrierte Produktion ; 1/2-2013; S. 83

Werkstoff- und Technologietrends

Sind die tiefgezogene Bauteile hinsichtlich ihrer Leichtbaupotenziale optimiert, erschliessen sich Ressourceneffizienzpotenziale während der Nutzungsphase.
Forschungsarbeiten in Bezug auf Leichtbaupotenziale basieren u.a. auf dem Mischbau (Eigenschaften unterschiedlicher Werkstoffe werden intelligent kombiniert).
Die Umformung und gezielte Beeinflussung der Parameter von Metallschaum-Sandwich-Platten ist Gegenstand der Forschung (z.B. beim Fraunhofer IWU). Die Forschungsarbeiten zielen auf eine Verkürzung der Zykluszeiten, eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der pressgehärteten Blechteile (Wanddickenreduzierung) sowie die Reduzierung des Energieeinsatzes je Bauteil ab.

Quelle(n):

  • VDI-Z, Integrierte Produktion ; 1/2-2013; S. 82

Materialbeschaffung / Lagerung

Projekte

SmartStamping

Prozesseigenschaften:
  • Verbundprojekt zur Gestaltung von Dienstleistungen  (z.B. eine frühzeitige Beschaffung von Langläuferersatzteilen oder eine Einplanung der Pressen- bzw. Werkzeugwartung in auslastungsarme Zeiträume) basierend auf "intelligenten" Presse-Werkzeugsystemen.
  • Die Ergebnisse des Verbundprojektes sowie das Anwendungspotenzial "intelligenter" Presse-Werkzeugsysteme können wie folgt zusammengefasst werden:
    • Vermeidung von Ausfallzeiten (z.B. durch Ventilverschleiß, Pumpenausfall oder Werkzeugbruch)
    • Aufdeckung brachliegender Leistungsreserven bei den eingesetzten Pressen und Werkzeugen
    • Verkürzung der Reaktionszeiten auf Ausfälle und Minimierung von Stillstandszeiten
    • Verbesserte Planbarkeit von Instandhaltungsintervallen und -kapazitäten
    • Verlegung von Instandhaltungsmaßnahmen in produktionsfreie/ auslastungsarme Zeiträume
    • Minimierung des Diagnose-Aufwands durch Online-Zugriff
    • Optimiertes Ersatzteilmanagement
  • Es wird erwartet, dass die derzeit ungenutzten Reserven bzgl. der Verfügbarkeit des Presse-Werkzeugsystems in Summe zu ca. 85% erschlossen werden können.
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Beste verfügbare Technik

Betrachtung der gesamten Fertigungskette

  • Die Betrachtung der Fertigungskette, in die das jeweilige Bearbeitungsverfahren eingebunden ist, ist hinsichtlich der Effizienzsteigerung von erheblicher Bedeutung. Einflüsse aus vorgeschalteten Bearbeitungsprozessen sind ebenso zu berücksichtigen wie die Auswirkungen der verwendeten Bearbeitungs- u. Hilfsstoffe auf die Folgeprozesse.
  • Eine ganzheitliche Prozessbetrachtung zeigt Zusammenhänge in der Produktion auf und eröffnet ein großes Potenzial zur Prozessoptimierung, sowohl in ökologischer als auch in ökonomischer Hinsicht.

Beispiele:

  • Auf Halbzeugen oder Vorprodukten aufgetragene Korrosionsschutzmittel können negative Einflüsse auf die Wirkung von Kühlschmierstoffen und damit die Bearbeitungsqualität haben und zu kurzen Badstandzeiten, zusätzlichen Hautbelastungen bei den Mitarbeitern und zu einem erhöhtem Abfallaufkommen führen.
  • Die eingesetzten Kühlschmierstoffe werden über die Werkstücke aus dem Prozess ausgetragen und haben damit wiederum erhebliche Auswirkungen auf den Folgeprozess, sei es ein Reinigungsprozess oder ein weiterer Prozess zur Oberflächenbehandlung.

Quelle(n):

  • Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz (IBU), www.umweltschutz-bw.de

Gemeinsame Lösungen für IT und Industrie

  • gemeinsame modulare Basis verringert die Lagerhaltung, vereinfacht die Bereitstellung und senkt die Kosten
  • hinzu kommen Skalierbarkeit und Investitionssicherheit

Hilfsstoffbedingte Abfälle reduzieren

Maßnahmen zur Reduzierung von Umweltrisiken und hilfsstoffbedingte Abfällen:

  • Vorratsgebinde für Öle, Kühlschmierstoffe usw. sollten immer über Auffangwannen gelagert werden, auch um Tropfverluste zuverlässig aufzufangen.
  • Jedes Gebinde eindeutig kennzeichnen.
  • Die Anzahl der eingesetzten Produkte sollte so gering wie möglich gehalten werden.
  • Die Austragsverluste sollten möglichst gering gehalten werden.

Quelle(n):

  • Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz (IBU), www.umweltschutz-bw.de

Videos

Perfekter Materialstrom im Schwarzwald

Zuschnitt und Handhabung

Projekte

System zur mechanisierten Justage von Vorrichtungen für den Karosseriebau

Prozesseigenschaften:
  •  Die Automatisierung der Justagevorgänge bewirkt eine effizientere und ressourcenschonendere Produktion, indem im Produktionstakt justiert und somit Nacharbeit eingespart wird.
  • Die Produktionsanlaufzeit kann stark verkürzt werden.
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Beste verfügbare Technik

Optimierte Transfereinrichtungen

Durch optimierte Transfereinrichtungen lassen sich einfach und schnell Produktionssteigerungen erzielen.

Schmierstoffauftrag

Projekte

Einsatz von Trockenschmierstoffen (sog. „Hot Melts“) in der Blechumformung

Prozesseigenschaften:
  • Durch den Einsatz von Trockenschmierstoffen (sog. „Hot Melts“) kann die Wirtschaftlichkeit in den Prozessketten der blechumformenden Industrie gesteigert werden.
  • durch den Einsatz von Hot Melts konnten im Rahmen eines Verbundprojektes anhand seriennaher Versuche folgende Ergebnisse erzielt werden: 
    • Schmierstoffreduktion von bis zu 80%
    • der Wegfall von Nebentätigkeiten wie Ölen oder Säubern führt zu einer Produktivitätssteigerung beim Tiefziehen von ca. 30 %; Einsparungen in den nachfolgenden Prozessschirrten (insbesondere bei der Entfettung)
    • exzellente Biegeeigenschaften, riefen- und kratzerlose Oberfläche sowie ein sauberer Arbeitsplatz
    • Senkung der Ausschussquote
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Errichtung eines Presswerkes zur Herstellung von patentierten Sandwichblechen

Prozesseigenschaften:
  • Jährliche Einsparung von ca. 57.000 kg Ziehöl (bei einem Materialdurchsatz von 50.000 t) durch Umstellung auf Sprühbeölung an den Pressenlinien, Walzenbeölung mit Abquetschtechnik an den Coil- und Transferanlagen und partielle Befettung
  • Bei der Weiterverarbeitung der Pressteile fiel dementsprechend bei den vorgeschalteten Waschprozessen nur eine stark reduzierte Ziehölmenge zur Entsorgung an.
  • Durch das Logistiksystem mit standardisierten Transportbehältern wird als Verpackungsmaterial, wenn überhaupt erforderlich, Wellpappe aus Recyclingpapier gegenüber Spezialverpackungsmitteln aus Kunststoff u.a. Einmalverpackungen verwendet.
  • Der jährliche Gesamtenergieverbrauch an elektrischer Energie des Presswerkes konnte um 1/3 reduziert werden (Druckluft wird mit einer Kompressoranlage mit 4 leistungsabgestuften Verdichtern erzeugt. Dadurch wird eine gleichmäßige Drucklufterzeugung erreicht und es entstand ein Minimum an Leerlauf bei den Verdichtern. In der Verdichteranlage entstehende Wärme wird mittels Wärmetauscher wieder entzogen und in das Hallenheizungssystem eingeleitet.
    Ein Luftumwälzungssystem an der Hallendecke verhindert eine Schichtbildung im Hallenklima und die Warmluftkonzentration im oberen Hallenbereich wird wieder nutzbar gemacht. Bei der Aufwärtsbewegung der Pressen wird elektrische Energie in das Versorgungsnetz zurück gespeist.)
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Ölfreier Schmierstoff

Prozesseigenschaften:
  •  Mögliche Alternative zu konventionellen Kühlschmierstoffe auf Mineralölbasis: Eine Wasser-Biopolymer-Lösung, die die Kühlwirkung von Wasser und die Schmierwirkung eines mineralölbasierten Schmierstoffes aufweist.
  • Die Wasser-Biopolymer-Lösung kommt ohne Biozide aus und Energie kann gespart werden, da die Fluide vielfach ohne Kühlung eingesetzt werden können.
  • Bearbeitete Metallteile müssen nicht von öligen Schmierstoffen befreit werden.
  • Laut Hersteller lässt sich die Wasser-Biopolymer-Lösung mit etwa 90 % geringerem Energieaufwand als mineralölbasierte Kühlschmierstoffe herstellen und es werden etwa 75 % weniger versauernde Schadstoffe emittiert.
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Tribologisches Langzeitverhalten biologisch schnell abbaubarer Schmierstoffe beim Tiefziehen aluminiumplattierter Feinbleche

Prozesseigenschaften:
  • Ökologisch unbedenkliche Schmierstoffe auf Pflanzenöl- oder Esterbasis sind zum Tiefziehen von aluminiumwalzplattiertem Stahlband besser geeignet als unlegierte Mineralöle.
  • Auch bei umweltfreundlichen Schmierstoffen auf einen sparsamen Einsatz zu achten.
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Beste verfügbare Technik

Einsatz von Ziehfolie / Kunststoff als Werkzeugwerkstoff

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig
  • auf diese Weise wird der Reibungsfluss stark reduziert und damit ein gutes Nachfließen des Blechwerkstoffs ermöglicht. Der Einsatz von Ziehfolie ist jedoch kostenintensiv und mit hohem Aufwand verbunden. Kostengünstiger ist der Einsatz von Kunststoff als Werkzeugwerkstoff.
  • Kaltaufschweißungen werden verhindert und der Schmiermitteleinsatz reduziert.

Quelle(n):

  • Handbuch Umformtechnik: Grundlagen, Technologien, Maschinen; Eckart Doege, Bernd-Arno Behrens, Springer DE, 2010 (2. Auflage) ; S. 453

Minimalmengen-Schmierung bei der Blechumformung

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Bei der spanenden Metallbearbeitung ist das Einsatzspektrum der Trockenbearbeitung bzw. Minimalmengen-Schmierung (MMS) mit all seinen Vorteilen schon weit entwickelt. Bei Umformprozessen ist das Erfahrungsspektrum noch nicht so vielfältig aber es lohnt sich die betrieblichen Einsatzmöglichkeiten zu prüfen.

Die Einsatzmengen sind in der Regel im Vergleich zu spanenden Bearbeitungsverfahren gering, da der Auftrag direkt auf die Materialoberfläche, meist in dünnen Schichten erfolgt. Ein vollständiger Verzicht auf Schmierstoffe (trockene Umformung) ist meist nur bei geringen Materialstärken bzw.geringen Umformgraden möglich.

Die Vorteile der Minimalmengen-Schmierung bzw. der Trockenbearbeitung:

  •    bis zu 95 % reduzierten Schmierstoffeinsatz
  •    Reduzierung des Reinigungsaufwands von Produkten, Maschinen und der Umgebung bis teilweise zur vollständigen Vermeidung von Reinigungs- und Entfettungsprozessen
  •    Steigerung der Effizienz (Erhöhung der Qualität, Reduzierung des Ausschusses
  •    verbesserte Arbeitsplatzqualität
  •    vermiedene Entsorgungskosten für verbrauchte oder ausgeschleppte Schmierstoffe

 

Quelle(n):

  • Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz (IBU), www.umweltschutz-bw.de

Organisch beschichtete Bleche

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Der Einsatz von beschichteten Feinblechen im Presswerk führt nicht nur zu einem verbesserten Korrosionsschutz, sondern auch zu einer Verminderung der Fertigungskosten innerhalb der Prozesskette durch Vereinfachung oder Entfall von Fertigungsschritten. Des Weiteren wirkt sich die Beschichtung positiv beim Tiefziehen aus, indem die Reibung herabgesetzt wird. Dadurch vergrößert sich beim Tiefziehen der Arbeitsbereich und die Umformbarketi des Werkstoffs kann besser genutzt werden.

Im Anlieferungszustand sind Bleche mit einer Transport- oder Korrosionschutzbeölung versenden. Im Automobilebau wird bei Automobilbauteilen die Korrosionschutzbeölung entfernt und eine neue, für den Umformvorgang im Presswerk benötigte Schmierstoffschicht aufgebraucht. Diese wird vor dem Fügeprozess durch Reinigungstauchbäder, welche aufwendig entsorgt werden müssen, entfernt.
Durch den Einsatz von organisch beschichteten Blechen, wie z.B. Dünnfilmversiegelungen, ergeben sich folgenden Vorteile:

  • Reduzierung/Vereidigung umweltbelastender Reinigungsprozesse
  • Reduzierung/Einsparung von sekundären Korrosionsschutzmaßahmen (Hohlraumkonservierung und Nahtabdichtungen)
  • Einsparung/Reduzierung von Schmier- und Reinigungsmitteln
  • Die für den Umformvorgang erforderliche Schmierschicht kann in dem Lack einbracht werden
  • Verkürzung der Prozesskette

Da der Decklack sich durch Umformung optisch beispielsweise in Fabre und Glanzgrad verändern kann, werden in der Automobilindustrie meist Bleche mit organischer Vorbeschichtung eingesetzt. Der Decklack wird dann anschließend auf das fertige Bauteil aufgebracht.
Die Oberflächenbeschichtung der Bleche erfolgt kontinuierlich im Bandbeschichtungsverfahren (Coil Coating).
Organisch beschichtete Belche zeigen sehr gutes Umformverhalten, Infolge der guten tribologischen Eigenschaften der organischen Beschichtungssysteme wird der Blecheinzug erleichtet, Ferner werden die Grenzziehverhältnisse durch den Einsatz organisch beschichteter Feinbelche gesteigert.

Wichtige Anforderungen an die organische Beschichtung sind:

  • Oberflächen- und Korrosionsschutz bei Transport und Lagerung
  • Schutz vor galvanischer Korrosion
  • Guter Haftgrund für den Lack
  • Fehlerfreie Applikation in Bandbeschichtungsanlangen
  • Hohe Kratzfestigkeit und gute Dehnfähigkeit.

Quelle(n):

  • Handbuch Umformtechnik: Grundlagen, Technologien, Maschinen; Eckart Doege, Bernd-Arno Behrens, Springer DE, 2010 (2. Auflage) ; S. 453

Reduzierung des Schmierstoffeinsatzes

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Bei der konventionellen Beölung wird in der Regel zu viel Schmierstoff aufgetragen, weil die Auftragssysteme keine genaue Dosierung ermöglichen. Die Folge ist ein (zu) hoher Ölverbrauch (Verlustschmierung) sowie Folgekosten durch die Ölverschleppung einschließlich der damit verbundenen Umweltrisiken.

Bei geringen Umformgraden ohne besondere Anforderungen an die Werkstückoberfläche kann häufig auf eine Schmierung verzichtet werden. Bei Forderungen nach langen Werkzeugstandzeiten wird dann häufig doch auf Schmierstoffe zurückgegriffen. Dabei ist die Qualität des Werkzeugs und insbesondere der Werkzeugoberfläche von ebenso hoher Bedeutung für deren Standzeit. Mittels CVD (chemical vapour deposition)- und PVD (physical vapour deposition)-Verfahren beschichtete Werkzeuge weisen z. B. erheblich bessere Standzeiten auf und bieten gute Voraussetzungen für die Realisierung der Trockenbearbeitung bzw. Minimalmengen-Schmierung (MSS).
Die Wahl der Kühlschmierstoffe und die richtige "Schmierstrategie" kann bei diesen und ähnlichen Prozessen eine entscheidende Rolle bezüglich der Wirtschaftlichkeit und der Prozesssicherheit haben.

Lässt sich keine wirtschaftliche Trockenumformung realisieren, so kann für den Schmierstoffbedarf bei der Blechumformung ein Richtwert von 1 – 5 g/m² herangezogen werden.

Tiefziehöle sind Gefahrstoffe und verlangen entsprechend vorkehrende Maßnahmen beim Transportieren, Lagern und Anwenden.

Quelle(n):

  • Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz (IBU), www.umweltschutz-bw.de

Selektive Blechbeölung mit Sprühsystemen

Bei vielen Anwendungen der Blechbearbeitung werden nur Teilbereiche des Materials umgeformt, oft auch mit unterschiedlicher Intensität. Dementsprechend ist eine Schmierung vorwiegend an den hoch belasteten Bereichen erforderlich. Durch eine selektive Beölung kann der Schmierstoff genau an den Stellen aufgetragen werden, an denen er benötigt wird. Hier sind MMS-Systeme von Vorteil, da mit ihnen auch Teilbereiche des zu bearbeitenden Vormaterials beölt werden können. Sprühsysteme weisen für diesen Anwendungsbereich die größte Flexibilität auf, da die Düsen einzeln und mit kurzen Reaktionszeiten ansteuerbar sind.
Mit Einschränkungen bezüglich der Flexibilität können auch Walzenbeöler eingesetzt werden. Insbesondere bei großflächigen Anwendungen lassen sich so große Mengen an Schmierstoff und somit auch Reinigungsaufwand einsparen.

Mit gut eingestellten Systemen lassen sich Ölmengen ab ca. 1 g/m² auftragen.

Quelle(n):

  • Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz (IBU), www.umweltschutz-bw.de

Trockenschmierstoffe ("Hot Melts")

Eine noch relativ neue Entwicklung sind Trockenschmierstoffe (auch „Hot Melts“ genannt) als Alternative zu Schmierstoffen auf Ölbasis. Die meist pastenförmigen Schmierstoffe auf Molybdänsulfid-Basis (MoS2) können sowohl über Walzensysteme als auch über Sprühsysteme (mit Erwärmung) in sehr dünnen Schichten aufgetragen werden.

Quelle(n):

  • Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz (IBU), www.umweltschutz-bw.de

Tiefziehen

Projekte

Entwicklung einer durchgehenden In-Line-Überwachung der Fertigung

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung einer durchgehenden In-Line-Überwachung der Fertigung zur Vermeidung von Fehlern bzw. zur sicheren Aussortierung fehlerbehafteter Bauteile
  • Der Werkstoff-In-Line-Test ermöglicht die Reduzierung der Ausschussquote um ca. 50% durch frühzeitiges und gesteuertes Eingreifen bei Schwankungen der Werkstoffparameter.
  • Die Einschnürungserkennung verhindert die Weitergabe fehlerbehafteter Bauteile an die Montage und somit Folgekosten. Zu erwarten sind Einsparungen zwischen 5 T Euro per anno und 10 T Euro per anno auf ein Bauteil bezogen.
  • Die optimierten Fertigungsbedingung führen ferner zur Erhöhung der Flexibilität in der Fertigung, schnelleren Ramp-up’s sowie wirtschaftlicher Fertigung (insbesondere von Derivaten).
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Erhöhung des Energienutzungsgrades bei Pressen mit Ziehkissen

Prozesseigenschaften:
  • Große Verlustleistung bei Pressen mit Ziehkissen: Kissenenergie wird in Wärme umgewandelt und geht dem Prozess verloren. Hohe Kühlleistungen sind die Folge.
  • Bei einem Projekt der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies" (InnoCaT  2) konnten Einsparung von bis zu 30% Energie durch Reduzierung der Verlustenergien an Umformmaschinen (Hauptformgebung Ziehen) mit alternativen Lösungen in der Zieh- bzw. Kissentechnik, des Maschinenaufbaus und der Gestaltung der Bewegungsabläufe erreicht werden.
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Flexible Blechbearbeitung für kleine und mittlere Serien

Prozesseigenschaften:
  • Der Sitzquerträger wurde bisher auf einer sechsstufigen Transferpresse mittels Tiefziehen umgeformt. Die Umgestaltung für eine einzige Umformstufe mit anschließender, flexibler Fertigung auf Blechbearbeitungsmaschinen ermöglicht eine wirtschaftliche Fertigung bei sinkenden Stückzahlen. Die Gleichwertigkeit im Crashverhalten wird durch Fallturm-Versuche an Realbauteilen abgesichert.
  • Das Werkzeugmaterial konnte um 90 % und die Prozessenergie um 50 % reduziert sowie der Blechausnutzungsgrades von 60 % auf 77 % erhöht werden.
  • Darüber hinaus konnte Erhöhung der Flexibilität in der Fertigung, schnellere Ramp-up‘s, wirtschaftliche Fertigung (insbesondere von Derivaten)
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Formschlagen

Prozesseigenschaften:
  • Durch ein Projektes der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies" (InnoCaT  2) konnte nachgewiesen werden, dass bei der Methodenplanung der Ansatz „Formschlagen“, ausgehend von den definierten Parametern, zu einer signifikanten Verringerung der Ankonstruktion führt.
  • Die Ergebnisse des Projektes zeigen, dass eine Massereduzierung von 198g/Satz und eine Energiereduzierung von 0,5 kWh/Satz möglich sind.
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Optimierte Regelung von Umformprozessen durch Werkzeuge mit integrierter Dünnschichtsensorik

Prozesseigenschaften:

Die neu entwickelten, universell einsetzbaren Sensorelemente und Sensoren für Umformwerkzeuge können die Lage bzw. den Ausformungsgrad der Bauteile während der Umformprozesse unter Produktionsbedingungen überwachen.
Das ermöglicht:

  • Kostengünstigere umformtechnische Fertigung durch Vermeidung von Ausschuss
  • Erschließung neuer Märkte für die Unternehmen der Umformtechnik durch die prozesssichere Verarbeitung hoch- und höchstfester Werkstoffe sowie die Erweiterung der Verfahrensgrenzen für umformtechnisch hergestellte Bauteile,
  • Kosteneinsparungen durch verkürzte Einfahrzeiten beim Prototyping von IHU-Prozessen,
  • Kosteneinsparungen durch verkürzte Taktzeiten bei IHU-Prozessen


Umformwerkzeuge mit integrierter Dünnschichtsensorik zur Prozessregelung können vor allem beim Tiefziehen sowie beim Innenhochdruck-Umformen eingesetzt werden. Dort können die Ausschussraten um ca. 10% gesenkt werden. Für eine Stückzahl von 500.000 Bauteilen p.a. kann das eine Kostenersparnis von bis zu 450.000 EUR bedeuten. Darüber hinaus kann solche Sensorik beim hydromechanischen Tiefziehen sowie in der Massivumformung Anwendung finden.

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Sensormodul sichert effiziente Produktion

Prozesseigenschaften:
  • multifunktionales Dünnschichtsystem, das in den Hauptbelastungszonen sitzt und den Prozess sensibel und hochdynamisch überwacht
  • gewährleistet eine langzeitstabile Erfassung und Überwachung der Produktion und vermindert somit Ausschuss
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Spezielles Sprühventil für ressourceneffizienten Einsatz von Ziehöl

Prozesseigenschaften:
  •  Die Schichtdicke des Ziehöls kann präzise und fein und somit ressourceneffizient eingestellt werden.
  • Das innovative Konzept vereinigt in einem Applikator Mechanik und Elektronik: Dies ermöglicht bei ähnlichen Abmessungen wie gewohnt eine Veränderung der Ausflussrate von 0 bis 100 % in weniger als 10 ms sowie die Überwachung von Temperatur und Ausflussrate. Die Applikatoren sind deshalb besonders geeignet für den Einsatz mit Roboter- und Handlingsystemen.
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Superharte Oberflächen

Prozesseigenschaften:
  • Mit Hilfe des Physical Vapour Deposition (PVD)- Verfahrens beschichtete Werkzeuge für die Umformung neuartiger hochfester Bleche.
  • Derartige Bleche ermöglichen gewichtsreduzierte Fahrzeugkonstruktionen, die wiederum zu Kraftstoffeinsparungen führen.
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Tribologisches Langzeitverhalten biologisch schnell abbaubarer Schmierstoffe beim Tiefziehen aluminiumplattierter Feinbleche

Prozesseigenschaften:
  • Ökologisch unbedenkliche Schmierstoffe auf Pflanzenöl- oder Esterbasis sind zum Tiefziehen von aluminiumwalzplattiertem Stahlband besser geeignet als unlegierte Mineralöle.
  • Auch bei umweltfreundlichen Schmierstoffen auf einen sparsamen Einsatz zu achten.
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Verbesserte Standzeiten von Werkzeugen

Prozesseigenschaften:

Verbundprojekt mit dem Ziel den Verschleiß von Tiefziehwerkzeugen zu reduzieren:

  • Die Werkzeuge mit den optimierten Ziehkanten erreichen eine um etwa 50 Prozent längere Standzeit.
  • Andererseits arbeiten die Forscher an einem aktiven Verschleißschutz, indem sie die Materialoberfläche in den kritischen Bereichen durch zusätzlich eingebrachte Legierungselemente oder aufgeschweißte harte Schichten optimieren. Am Ende soll die Kombination beider Verfahren das Ergebnis nochmals verbessern.
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Beste verfügbare Technik

Dezentrale Antriebe

Pressen einer neuen Generation mit dezentralen „Twin-Servo“-Antrieben gewährleisten eine größere außermittige Belastung und dadurch mehr Freiheitsgrade zur Gestaltung des Umformprozesses. Sie sind kippsteif, werkzeugschonend und wartungsfreundlich bei geringerem Hallenflächenbedarf.

Einsatz von Ziehfolie / Kunststoff als Werkzeugwerkstoff

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig
  • auf diese Weise wird der Reibungsfluss stark reduziert und damit ein gutes Nachfließen des Blechwerkstoffs ermöglicht. Der Einsatz von Ziehfolie ist jedoch kostenintensiv und mit hohem Aufwand verbunden. Kostengünstiger ist der Einsatz von Kunststoff als Werkzeugwerkstoff.
  • Kaltaufschweißungen werden verhindert und der Schmiermitteleinsatz reduziert.

Quelle(n):

  • Handbuch Umformtechnik: Grundlagen, Technologien, Maschinen; Eckart Doege, Bernd-Arno Behrens, Springer DE, 2010 (2. Auflage) ; S. 453

Energiemanagementkonzept für mechanische Pressen und Servopressen

  • Ein Energiemanagementkonzept für mechanische Pressen und Servopressen schließt „intelligente“ Lösungen bei periodischen Lastzyklen ein und trägt dazu bei, die Effektivität der Gesamtanlage zu steigern.
  • Durch den gezielten Einsatz von Antriebskomponenten kann bei hohen Leistungsspitzen, die sich aus Arbeitslastzyklen ergeben, Energie in Speichermotoren oder Kondensatorbänken gepuffert und an anderer Stelle wieder eingesetzt werden. Obwohl hohe Leistungen über einen Zwischenkreis gespeichert und bewegt werden, bleiben Netzbelastung und Einspeiseeinheit dennoch klein.

Quelle(n):

  • VDI-Z, Integrierte Produktion ; 1/2-2013; S. 68

Feinfühlige Prozesssteuerung

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Durch eine optimierte Prozesssteuerung kann Ausschuss vermieden und die Materialeffizienz gesteigert werden.
Durch eine feinfühlige Prozesssteuerung muss erreicht werden, dass die durch den Innendruck verursachte Wanddickenverringerung bei der Umformung, durch Nachschieben von Material durch die Axialstempel, nicht in kritische Bereiche kommt, aber andererseits die Axialkraft so limitiert wird, dass unerwünschte Falten oder Knickungen vermieden werden.

Quelle(n):

  • Tschätsch H., Dietrich J.: Praxis der Umformtechnik: Arbeitsverfahren, Maschinen, Werkzeuge; Ausgabe 9. Vieweg Praxiswissen 2008. ; S. 184

Kombinierter Umform- und Fügevorgang

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Substitution von Energieintensiven Fügevorgängen durch einen kombinierten Umform- und Fügevorgang in der Presse oder flexible fertigungsstrategien für Bauteile mit geringen Stückzahlen.

Quelle(n):

  • Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ (InnoCaT®); Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU ; www.greencarbody.de/csdata/epaper/1/de/51307fd9b049b//epaper/ausgabe.pdf; S.29 und S.34

Kontinuierliche Prozessüberwachung und –regelung

Reduzierung der Ausfallmenge durch eine kontinuierliche Prozessüberwachung und –regelung und somit gesteigerte Materialeffizienz (Ermittlung aller relevanter Werkstoffkennwerte, optische Bauteilbewertung,etc.)

Quelle(n):

  • Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ (InnoCaT®); Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Realisierung metallischer Leichtbaustrukturen

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Leichtbauprodukte zeichnen sich insbesondere durch ihre hohe Ressourceneffizienz während der Nutzungsphase aus.
Für die Realisierung metallischer Leichtbaustrukturen rückt die Fertigungstechnik - u.a. das Umformen - in den Vordergrund.

Das Umformen neuer Werkstoffe bedeutet für Stahl, Aluminium und Magnesium verringerte Duktilität bei steigenden Umformkräften. Lösungen liegen hier bei der Verwendung von Wirkmedien etwa bei der Hochdruckblechumformung, durch erhöhte Umformtemperaturen zum Beispiel beim Tiefziehen von Stahlblechen oder Biegen von Magnesiumprofilen und bei der Verkürzung von Prozessketten.

Quelle(n):

  • Portal www.produktionsforschung.de ; (Projektträger Karlsruhe; Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)): www.produktionsforschung.de/themenfelder/UCM01_000203?TF_ID=28

Servo-Presse mit Energierückgewinnung

Zieheinrichtungen im Pressentisch werden für Blechhalterkräfte in der Ziehstufe benötigt. Diese sehr hohe Energie wird in der Regel komplett in Wärme umgesetzt. Eine Servo-Presse mit Energierückgewinnung aus dem Ziehkissen wurde am IFU in Stuttgart vor kurzem aufgestellt. Erste Messungen an dieser in Europa einzigartigen Maschine haben eine Energierückgewinnung von bis zu 70% ergeben und zeigen damit das enorme Potential dieser neuen Technologie auf.

Quelle(n):

  • Universität Stuttgart, Institut für Umformtechnik ; http://www.uni-stuttgart.de/ifu/Forschung/Forschungsgebiete/Blechumformung/Energierueckgewinnung_mittels_Servotechnik/index.html

Simulation der Presslinien

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Durch innovative Software zur Programmierung, Analyse und Simulation von mehrstufigen Pressen können komplette Presslinien simuliert und auf Kollisionsfreiheit überprüft werden

Quelle(n):

  • VDI-Z, Integrierte Produktion ; 1/2-2013; S. 68

Warmumformstraßen

Durch Warmumformstraßen können im Presswerk, ausgestattet mit parallelen Rollenherd-Öfen, die auf 930°C erhitzten Platinen in nur einem Prozessschritt umgeformt und im nu 5,5s auf 180°C heruntergekühlt werden.
Aus dem schon technisch beherrschbaren Warmumform-Prozess soll zukünftig außerdem der Beschnitt am „heißen“ Teil möglich sein.

Quelle(n):

  • VDI-Z, Integrierte Produktion ; 1/2-2013; S. 82

Reinigung und Entfettung

Projekte

Einsatz von Trockenschmierstoffen (sog. „Hot Melts“) in der Blechumformung

Prozesseigenschaften:
  • Durch den Einsatz von Trockenschmierstoffen (sog. „Hot Melts“) kann die Wirtschaftlichkeit in den Prozessketten der blechumformenden Industrie gesteigert werden.
  • durch den Einsatz von Hot Melts konnten im Rahmen eines Verbundprojektes anhand seriennaher Versuche folgende Ergebnisse erzielt werden: 
    • Schmierstoffreduktion von bis zu 80%
    • der Wegfall von Nebentätigkeiten wie Ölen oder Säubern führt zu einer Produktivitätssteigerung beim Tiefziehen von ca. 30 %; Einsparungen in den nachfolgenden Prozessschirrten (insbesondere bei der Entfettung)
    • exzellente Biegeeigenschaften, riefen- und kratzerlose Oberfläche sowie ein sauberer Arbeitsplatz
    • Senkung der Ausschussquote
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Entwicklung von lösemittelfreien umformstabilen Lackschichtsystemen für Aluminiumfeinbleche

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung von Pulverlackprototypen, die im Niedrigtemperaturbereich vernetzen und sich deshalb für Beschichtungen auf temperatursensitiven Metalllegierungen eignen.
  • Die Pulverlack vorbeschichteten Aluminium-Bleche lassen sich durch komplexe Umformoperationen, wie z. B. Tiefziehen, bei Raumtemperatur (20°C) mit hohem Umformgrad in 3-D-Bauteile umformen. Dabei treten im Schichtsystem weder Mikrorisse noch Strukturierungen auf. 
  • Die Ergebnisse ermöglichen künftig eine grundlegende und effiziente Umgestaltung des Herstellungsprozesses von mit Pulverlack beschichteten 3-D-Aluminiumbauteilen, weg von der Stückbeschichtung hin zur Platinenbeschichtung. 
  • Durch die komplette Umkehrung des Prozesses im Vergleich zum Stand der Technik lassen sich über eine Einstufen- (Härtungstemperaturen max. 150°C) oder Zweistufenvernetzungstechnologie aufwendige und kostenintensive Reinigungs- und Beizschritte reduzieren oder einsparen, was eine enorme Einsparung von Energie, Lösemitteln und die Reduktion bzw. Vermeidung von Sondermüll zur Folge hat.
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Errichtung eines Presswerkes zur Herstellung von patentierten Sandwichblechen

Prozesseigenschaften:
  • Jährliche Einsparung von ca. 57.000 kg Ziehöl (bei einem Materialdurchsatz von 50.000 t) durch Umstellung auf Sprühbeölung an den Pressenlinien, Walzenbeölung mit Abquetschtechnik an den Coil- und Transferanlagen und partielle Befettung
  • Bei der Weiterverarbeitung der Pressteile fiel dementsprechend bei den vorgeschalteten Waschprozessen nur eine stark reduzierte Ziehölmenge zur Entsorgung an.
  • Durch das Logistiksystem mit standardisierten Transportbehältern wird als Verpackungsmaterial, wenn überhaupt erforderlich, Wellpappe aus Recyclingpapier gegenüber Spezialverpackungsmitteln aus Kunststoff u.a. Einmalverpackungen verwendet.
  • Der jährliche Gesamtenergieverbrauch an elektrischer Energie des Presswerkes konnte um 1/3 reduziert werden (Druckluft wird mit einer Kompressoranlage mit 4 leistungsabgestuften Verdichtern erzeugt. Dadurch wird eine gleichmäßige Drucklufterzeugung erreicht und es entstand ein Minimum an Leerlauf bei den Verdichtern. In der Verdichteranlage entstehende Wärme wird mittels Wärmetauscher wieder entzogen und in das Hallenheizungssystem eingeleitet.
    Ein Luftumwälzungssystem an der Hallendecke verhindert eine Schichtbildung im Hallenklima und die Warmluftkonzentration im oberen Hallenbereich wird wieder nutzbar gemacht. Bei der Aufwärtsbewegung der Pressen wird elektrische Energie in das Versorgungsnetz zurück gespeist.)
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Ölfreier Schmierstoff

Prozesseigenschaften:
  •  Mögliche Alternative zu konventionellen Kühlschmierstoffe auf Mineralölbasis: Eine Wasser-Biopolymer-Lösung, die die Kühlwirkung von Wasser und die Schmierwirkung eines mineralölbasierten Schmierstoffes aufweist.
  • Die Wasser-Biopolymer-Lösung kommt ohne Biozide aus und Energie kann gespart werden, da die Fluide vielfach ohne Kühlung eingesetzt werden können.
  • Bearbeitete Metallteile müssen nicht von öligen Schmierstoffen befreit werden.
  • Laut Hersteller lässt sich die Wasser-Biopolymer-Lösung mit etwa 90 % geringerem Energieaufwand als mineralölbasierte Kühlschmierstoffe herstellen und es werden etwa 75 % weniger versauernde Schadstoffe emittiert.
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Beste verfügbare Technik

Chemikalienverträglichkeit prüfen

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Die durch Umformverfahren hergestellten Halbzeuge oder Produkte müssen, wenn der Umformhilfsstoff nicht gleichzeitig als Korrosionsschutz dient, vor der Weiterverarbeitung oder dem Versand gereinigt werden.
Bei der Weiterverarbeitung sowie bei anschließenden Reinigungsprozessen sollte die Chemikalienverträglichkeit der miteinander in Kontakt kommenden Prozessstoffe (z. B. Reinigungsbad) überprüft werden.

Quelle(n):

  • Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz (IBU), www.umweltschutz-bw.de

Minimalmengen-Schmierung bei der Blechumformung

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Bei der spanenden Metallbearbeitung ist das Einsatzspektrum der Trockenbearbeitung bzw. Minimalmengen-Schmierung (MMS) mit all seinen Vorteilen schon weit entwickelt. Bei Umformprozessen ist das Erfahrungsspektrum noch nicht so vielfältig aber es lohnt sich die betrieblichen Einsatzmöglichkeiten zu prüfen.

Die Einsatzmengen sind in der Regel im Vergleich zu spanenden Bearbeitungsverfahren gering, da der Auftrag direkt auf die Materialoberfläche, meist in dünnen Schichten erfolgt. Ein vollständiger Verzicht auf Schmierstoffe (trockene Umformung) ist meist nur bei geringen Materialstärken bzw.geringen Umformgraden möglich.

Die Vorteile der Minimalmengen-Schmierung bzw. der Trockenbearbeitung:

  •    bis zu 95 % reduzierten Schmierstoffeinsatz
  •    Reduzierung des Reinigungsaufwands von Produkten, Maschinen und der Umgebung bis teilweise zur vollständigen Vermeidung von Reinigungs- und Entfettungsprozessen
  •    Steigerung der Effizienz (Erhöhung der Qualität, Reduzierung des Ausschusses
  •    verbesserte Arbeitsplatzqualität
  •    vermiedene Entsorgungskosten für verbrauchte oder ausgeschleppte Schmierstoffe

 

Quelle(n):

  • Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz (IBU), www.umweltschutz-bw.de

Organisch beschichtete Bleche

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Der Einsatz von beschichteten Feinblechen im Presswerk führt nicht nur zu einem verbesserten Korrosionsschutz, sondern auch zu einer Verminderung der Fertigungskosten innerhalb der Prozesskette durch Vereinfachung oder Entfall von Fertigungsschritten. Des Weiteren wirkt sich die Beschichtung positiv beim Tiefziehen aus, indem die Reibung herabgesetzt wird. Dadurch vergrößert sich beim Tiefziehen der Arbeitsbereich und die Umformbarketi des Werkstoffs kann besser genutzt werden.

Im Anlieferungszustand sind Bleche mit einer Transport- oder Korrosionschutzbeölung versenden. Im Automobilebau wird bei Automobilbauteilen die Korrosionschutzbeölung entfernt und eine neue, für den Umformvorgang im Presswerk benötigte Schmierstoffschicht aufgebraucht. Diese wird vor dem Fügeprozess durch Reinigungstauchbäder, welche aufwendig entsorgt werden müssen, entfernt.
Durch den Einsatz von organisch beschichteten Blechen, wie z.B. Dünnfilmversiegelungen, ergeben sich folgenden Vorteile:

  • Reduzierung/Vereidigung umweltbelastender Reinigungsprozesse
  • Reduzierung/Einsparung von sekundären Korrosionsschutzmaßahmen (Hohlraumkonservierung und Nahtabdichtungen)
  • Einsparung/Reduzierung von Schmier- und Reinigungsmitteln
  • Die für den Umformvorgang erforderliche Schmierschicht kann in dem Lack einbracht werden
  • Verkürzung der Prozesskette

Da der Decklack sich durch Umformung optisch beispielsweise in Fabre und Glanzgrad verändern kann, werden in der Automobilindustrie meist Bleche mit organischer Vorbeschichtung eingesetzt. Der Decklack wird dann anschließend auf das fertige Bauteil aufgebracht.
Die Oberflächenbeschichtung der Bleche erfolgt kontinuierlich im Bandbeschichtungsverfahren (Coil Coating).
Organisch beschichtete Belche zeigen sehr gutes Umformverhalten, Infolge der guten tribologischen Eigenschaften der organischen Beschichtungssysteme wird der Blecheinzug erleichtet, Ferner werden die Grenzziehverhältnisse durch den Einsatz organisch beschichteter Feinbelche gesteigert.

Wichtige Anforderungen an die organische Beschichtung sind:

  • Oberflächen- und Korrosionsschutz bei Transport und Lagerung
  • Schutz vor galvanischer Korrosion
  • Guter Haftgrund für den Lack
  • Fehlerfreie Applikation in Bandbeschichtungsanlangen
  • Hohe Kratzfestigkeit und gute Dehnfähigkeit.

Quelle(n):

  • Handbuch Umformtechnik: Grundlagen, Technologien, Maschinen; Eckart Doege, Bernd-Arno Behrens, Springer DE, 2010 (2. Auflage) ; S. 453

Reduzierung des Schmierstoffeinsatzes

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Bei der konventionellen Beölung wird in der Regel zu viel Schmierstoff aufgetragen, weil die Auftragssysteme keine genaue Dosierung ermöglichen. Die Folge ist ein (zu) hoher Ölverbrauch (Verlustschmierung) sowie Folgekosten durch die Ölverschleppung einschließlich der damit verbundenen Umweltrisiken.

Bei geringen Umformgraden ohne besondere Anforderungen an die Werkstückoberfläche kann häufig auf eine Schmierung verzichtet werden. Bei Forderungen nach langen Werkzeugstandzeiten wird dann häufig doch auf Schmierstoffe zurückgegriffen. Dabei ist die Qualität des Werkzeugs und insbesondere der Werkzeugoberfläche von ebenso hoher Bedeutung für deren Standzeit. Mittels CVD (chemical vapour deposition)- und PVD (physical vapour deposition)-Verfahren beschichtete Werkzeuge weisen z. B. erheblich bessere Standzeiten auf und bieten gute Voraussetzungen für die Realisierung der Trockenbearbeitung bzw. Minimalmengen-Schmierung (MSS).
Die Wahl der Kühlschmierstoffe und die richtige "Schmierstrategie" kann bei diesen und ähnlichen Prozessen eine entscheidende Rolle bezüglich der Wirtschaftlichkeit und der Prozesssicherheit haben.

Lässt sich keine wirtschaftliche Trockenumformung realisieren, so kann für den Schmierstoffbedarf bei der Blechumformung ein Richtwert von 1 – 5 g/m² herangezogen werden.

Tiefziehöle sind Gefahrstoffe und verlangen entsprechend vorkehrende Maßnahmen beim Transportieren, Lagern und Anwenden.

Quelle(n):

  • Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz (IBU), www.umweltschutz-bw.de

Selektive Blechbeölung mit Sprühsystemen

Bei vielen Anwendungen der Blechbearbeitung werden nur Teilbereiche des Materials umgeformt, oft auch mit unterschiedlicher Intensität. Dementsprechend ist eine Schmierung vorwiegend an den hoch belasteten Bereichen erforderlich. Durch eine selektive Beölung kann der Schmierstoff genau an den Stellen aufgetragen werden, an denen er benötigt wird. Hier sind MMS-Systeme von Vorteil, da mit ihnen auch Teilbereiche des zu bearbeitenden Vormaterials beölt werden können. Sprühsysteme weisen für diesen Anwendungsbereich die größte Flexibilität auf, da die Düsen einzeln und mit kurzen Reaktionszeiten ansteuerbar sind.
Mit Einschränkungen bezüglich der Flexibilität können auch Walzenbeöler eingesetzt werden. Insbesondere bei großflächigen Anwendungen lassen sich so große Mengen an Schmierstoff und somit auch Reinigungsaufwand einsparen.

Mit gut eingestellten Systemen lassen sich Ölmengen ab ca. 1 g/m² auftragen.

Quelle(n):

  • Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz (IBU), www.umweltschutz-bw.de

Weiterbearbeiten

Projekte

Kombinierter Umform- und Fügevorgang

Prozesseigenschaften:
  • Durch die Verkürzung der Prozesskette ist eine deutliche Reduzierung der erforderlichen Ressourcen Material, Zeit und Anlagenenergiebedarf zu erwarten.
  • Die Ergebnisse eines Projektes der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies" (InnoCaT  2) zeigen, dass eine Massereduzierung pro Karosserie (der Referenzkarosserie) von 5 kg möglich ist.
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Werkzeugbau

Projekte

Flexible Blechbearbeitung für kleine und mittlere Serien

Prozesseigenschaften:
  • Der Sitzquerträger wurde bisher auf einer sechsstufigen Transferpresse mittels Tiefziehen umgeformt. Die Umgestaltung für eine einzige Umformstufe mit anschließender, flexibler Fertigung auf Blechbearbeitungsmaschinen ermöglicht eine wirtschaftliche Fertigung bei sinkenden Stückzahlen. Die Gleichwertigkeit im Crashverhalten wird durch Fallturm-Versuche an Realbauteilen abgesichert.
  • Das Werkzeugmaterial konnte um 90 % und die Prozessenergie um 50 % reduziert sowie der Blechausnutzungsgrades von 60 % auf 77 % erhöht werden.
  • Darüber hinaus konnte Erhöhung der Flexibilität in der Fertigung, schnellere Ramp-up‘s, wirtschaftliche Fertigung (insbesondere von Derivaten)
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Gezielte Modifikation von Ziehkanten

Prozesseigenschaften:
  • Verschleißreduktion und somit Standzeiterhöhung von Tiefziehwerkzeugen durch Geometrie- und Aktivflächenoptimierung
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Optimierte Regelung von Umformprozessen durch Werkzeuge mit integrierter Dünnschichtsensorik

Prozesseigenschaften:

Die neu entwickelten, universell einsetzbaren Sensorelemente und Sensoren für Umformwerkzeuge können die Lage bzw. den Ausformungsgrad der Bauteile während der Umformprozesse unter Produktionsbedingungen überwachen.
Das ermöglicht:

  • Kostengünstigere umformtechnische Fertigung durch Vermeidung von Ausschuss
  • Erschließung neuer Märkte für die Unternehmen der Umformtechnik durch die prozesssichere Verarbeitung hoch- und höchstfester Werkstoffe sowie die Erweiterung der Verfahrensgrenzen für umformtechnisch hergestellte Bauteile,
  • Kosteneinsparungen durch verkürzte Einfahrzeiten beim Prototyping von IHU-Prozessen,
  • Kosteneinsparungen durch verkürzte Taktzeiten bei IHU-Prozessen


Umformwerkzeuge mit integrierter Dünnschichtsensorik zur Prozessregelung können vor allem beim Tiefziehen sowie beim Innenhochdruck-Umformen eingesetzt werden. Dort können die Ausschussraten um ca. 10% gesenkt werden. Für eine Stückzahl von 500.000 Bauteilen p.a. kann das eine Kostenersparnis von bis zu 450.000 EUR bedeuten. Darüber hinaus kann solche Sensorik beim hydromechanischen Tiefziehen sowie in der Massivumformung Anwendung finden.

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Optimierung der Werkzeuggeometrien

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung eines durchgängigen Konzeptes zur kraftflussgerechten Dimensionierung von Umformwerkzeugen auf Basis von Simulationen mit dem Ziel die Masse von Umformwerkzeugen bis zu 20% zu reduzieren.
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Ressourcenorientierte modellierung des Werkzeuglebenszyklus

Prozesseigenschaften:
  • Ressourcenorientierte Modellierung zur Sicherung und Verbesserung der Ressourceneffizienz im Werkzeugbau
  • Im Rahmen eines  Teilprojektes der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ (InnoCaT 3) konnten durch die Aufnahme und Analyse des Ressourcenverzehrs entlang des gesamten Lebenszyklus eines Blechumformwerkzeuges Energie- und Stoffströme  über den gesamten Lebenszyklus eines Blechumformwerkzeuges bilanziert und analysiert werden.
  • Ergebnis der Lebenszyklusanalyse: 
    • Die Bilanzierung der Energie- und Stoffströme über den gesamten Lebenszyklus des Blechumformwerkzeuges bietet eine Datengrundlage für die Berechnung des Standardwerkzeugbaus und damit für die Quantifizierung von Ressourceneinsparungen im Werkzeugbau. Als zentrale Stellhebel der Ressourcenoptimierung wurden Energiereduzierungen im Bereich der maschinellen Fertigung im Werkzeugbau sowie Massereduzierungen im Serieneinsatz identifiziert.
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Superharte Oberflächen

Prozesseigenschaften:
  • Mit Hilfe des Physical Vapour Deposition (PVD)- Verfahrens beschichtete Werkzeuge für die Umformung neuartiger hochfester Bleche.
  • Derartige Bleche ermöglichen gewichtsreduzierte Fahrzeugkonstruktionen, die wiederum zu Kraftstoffeinsparungen führen.
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Verbesserte Standzeiten von Werkzeugen

Prozesseigenschaften:

Verbundprojekt mit dem Ziel den Verschleiß von Tiefziehwerkzeugen zu reduzieren:

  • Die Werkzeuge mit den optimierten Ziehkanten erreichen eine um etwa 50 Prozent längere Standzeit.
  • Andererseits arbeiten die Forscher an einem aktiven Verschleißschutz, indem sie die Materialoberfläche in den kritischen Bereichen durch zusätzlich eingebrachte Legierungselemente oder aufgeschweißte harte Schichten optimieren. Am Ende soll die Kombination beider Verfahren das Ergebnis nochmals verbessern.
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Beste verfügbare Technik

Einsatz von Ziehfolie / Kunststoff als Werkzeugwerkstoff

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig
  • auf diese Weise wird der Reibungsfluss stark reduziert und damit ein gutes Nachfließen des Blechwerkstoffs ermöglicht. Der Einsatz von Ziehfolie ist jedoch kostenintensiv und mit hohem Aufwand verbunden. Kostengünstiger ist der Einsatz von Kunststoff als Werkzeugwerkstoff.
  • Kaltaufschweißungen werden verhindert und der Schmiermitteleinsatz reduziert.

Quelle(n):

  • Handbuch Umformtechnik: Grundlagen, Technologien, Maschinen; Eckart Doege, Bernd-Arno Behrens, Springer DE, 2010 (2. Auflage) ; S. 453

Konstruktive Ausführung des Ziehwerkzeuges

Durch eine optimierte konstruktive Ausführung der Ziehwerkzeuge kann Ausschuss vermieden und die Materialeffizienz gesteigert werden.

  • Zur Realisierung der Formgebung sind neben der Zug-Druck-Beanspruchung auch ein- oder zweiachsige Zugbeanspruchungen und Biegebeanspruchung durch entsprechende Werkzeuggestaltung aufzubringen. Eine dafür vorgesehen Ziehwulst (Einfließwulst) ist in der Regel an der Matrize und die Ziehstäbe sind am Niederhalter, mit entsprechenden Aussparungen in der Matrize, angeordnet. Ziehstäbe werden dort angeordnet, wo Probleme mit unterschiedlichen Beanspruchungsverhältnissen und damit verbundenen Werkstofffluss auftreten.
  • Durch die Ziehwülste und Ziehstäbe kann durch eine Finite Elemente (FE)-Simulation und letztlich durch große Erfahrung der Werkzeugbauer feinabgestimmt, eine gezielte Beeinflussung des Werkstoffflussses vorgenommen werden, sodass die Versagensfälle Rissbildung, zu starke Blechdickenreduzierung und Faltenbildung vermieden werden können.

Quelle(n):

  • Tschätsch H., Dietrich J.: Praxis der Umformtechnik: Arbeitsverfahren, Maschinen, Werkzeuge; Ausgabe 9. Vieweg Praxiswissen 2008. ; S.165 , S.167

Minimierte Ankonstruktion

Weniger Einsatzgewicht durch eine minimierte Ankonstruktion zum optimalen Einsatz der Ressource Blech: Durch die signifikante Reduzierung des Ziehrandes kann der Platinenausnutzungsgrad deutlich verbessert werden.


Bei konventionellen Tiefziehteilen beträgt der Platinenausnutzungsgrad etwa 50% bis 60%. Der restliche Anteil besteht im Wesentlichen aus einer sogenannten Ankonstruktion zum Halten des Bleches und wird nach der Formgebung abgetrennt und verschrottet.
Blechhalte- und Federelemente werden bei der Werkzeuggestaltung oft formunabhängig ausgelegt. Umfang und Potential einer möglichen Massereduzierung durch Verringerung der Ankonstruktion werden derzeit nicht vollständig genutzt.

www.greencarbody.de/csdata/epaper/1/de/51307fd9b049b//epaper/ausgabe.pdf

Quelle(n):

  • Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ (InnoCaT®); Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU ; S.29 und S.36

Produktfamilien / Derivatzsenarien / Gleichteilanalyse

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Für jede geometrische Bauteilvariante (Länge, Breite, Windstärke) muss in der Regel ein eigenständiger Werkzeugsatz beschafft werden, was sich besonders nachteilig bei kleineren Stückzahlen auswirkt.
Hier kann eine Gleichteilanalyse die Basis für eine effiziente Werkzeugnutzung liefern.

Eine Gleichteilanalyse zwischen einem Basisprodukt und Derivatszenarien gibt Auskunft über die Anzahl und Ausprägung der zur Basis kommunalen und spezifischen Bauteile. So gibt es kommunale Bauteile und Synergieteile, die durch die gleichen Ziehwerkzeuge im Presswerk tiefgezogen werden; als Synergieteile aber einen anderen Beschnitt als das Basisteil erhalten.

Quelle(n):

  • Tecklenburg G. [Hrsg.]: Parametrisch assoziative Entwicklung von Baugruppen der Fahrzeugkarosserie; Visionen und Erfahrungen für zukünftige Entwicklungsprozesse, Band 1. Renningen: expert verlag, 2008. ; S.270

Prototypenwerkzeuge

Neben der FEM-Simulation der Realisierbarkeit des Verfahrens und der Werkzeugkonstruktion sind auch Prototypenwerkzeuge für die Herstellung einer begrenzten Anzahl von Teilen für Erprobungszwecke erforderlich.

Eine Variante ist, die Werkzeuge im Gussverfahren mittels einer niedrigschmelzenden Legierung herzustellen. Dese Werkzeuge sind bis zu einer Stückzahl von ca. 30 Teilen einsetzbar, danach muss ein neuer Abguss mit der fast 100 % wiedernutzbaren Legierung erfolgen.

Quelle(n):

  • Tschätsch H., Dietrich J.: Praxis der Umformtechnik: Arbeitsverfahren, Maschinen, Werkzeuge; Ausgabe 9. Vieweg Praxiswissen 2008. ; S.167

Abfall- und Abwasserbehandlung

Projekte

Ressourcenschonende Stahlschweißanlage ersetzt Stanz- und Umformtechnik

Prozesseigenschaften:
  • Der Herstellprozess kommt gänzlich ohne Ziehöle aus (beim bisherigen Stanzprozess müssen diese nach der Fertigung aufwändig entfernt und über Ölabscheider vom Abwasser getrennt werden).
  • Durch die optimale Ausnutzung des Bandmaterials - es fällt keinerlei Abfall an - muss weniger Rohstoff hergestellt und transportiert werden. Dies ist u.a. ein wesentlicher Beitrag zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes.
Zur kompletten Projektbeschreibung

Prozessperipherie und übergeordnete Maßnahmen

Projekte

Bedarfsgerechte Bereitstellung von Versorgungsenergien

Prozesseigenschaften:
  • Potential zur Gestaltung energieeffizienter Versorgungsaggregate liegen u.a. in der verlustarmen Energiebereitstellung und -übertragung, gepaart mit Möglichkeiten der Energiespeicherung und -rückgewinnung
  • Bei einem Projekt der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies" (InnoCaT  2) konnten durch Senkung des Energiebedarfs der Versorgungs- bzw. Nebenaggregate von Umformmaschine Einsparungen von bis zu 40% Energie realisiert werden.
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Energieeffiziente Antriebs- und Automatisierungstechnik im Presswerk

Prozesseigenschaften:
  • Durch Optimierung der installierten Anlagenleistung, bedarfsorientierte Bereitstellung der Versorgungs- und Hilfsenergien sowie Verbesserung des mechanischen Wirkungsgrades an Komponenten konnte eine Senkung des Ressourceneinsatzes um 30% erreicht werden.
  • Bei Aluminiumplatinen wurde der Energieverbrauch an der Stapelanlage um ca. 75% reduziert.
  • Durch die Optimierung der Haftkräfte hinsichtlich ausreichender Transportsicherheit u. Anpassung an die unterschiedlichen Blechdicken sowie durch veränderte Oberflächenbehandlungen der Polleisten können die Reibbeiwerte bis zu 50% reduziert werden.
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Errichtung eines Presswerkes zur Herstellung von patentierten Sandwichblechen

Prozesseigenschaften:
  • Jährliche Einsparung von ca. 57.000 kg Ziehöl (bei einem Materialdurchsatz von 50.000 t) durch Umstellung auf Sprühbeölung an den Pressenlinien, Walzenbeölung mit Abquetschtechnik an den Coil- und Transferanlagen und partielle Befettung
  • Bei der Weiterverarbeitung der Pressteile fiel dementsprechend bei den vorgeschalteten Waschprozessen nur eine stark reduzierte Ziehölmenge zur Entsorgung an.
  • Durch das Logistiksystem mit standardisierten Transportbehältern wird als Verpackungsmaterial, wenn überhaupt erforderlich, Wellpappe aus Recyclingpapier gegenüber Spezialverpackungsmitteln aus Kunststoff u.a. Einmalverpackungen verwendet.
  • Der jährliche Gesamtenergieverbrauch an elektrischer Energie des Presswerkes konnte um 1/3 reduziert werden (Druckluft wird mit einer Kompressoranlage mit 4 leistungsabgestuften Verdichtern erzeugt. Dadurch wird eine gleichmäßige Drucklufterzeugung erreicht und es entstand ein Minimum an Leerlauf bei den Verdichtern. In der Verdichteranlage entstehende Wärme wird mittels Wärmetauscher wieder entzogen und in das Hallenheizungssystem eingeleitet.
    Ein Luftumwälzungssystem an der Hallendecke verhindert eine Schichtbildung im Hallenklima und die Warmluftkonzentration im oberen Hallenbereich wird wieder nutzbar gemacht. Bei der Aufwärtsbewegung der Pressen wird elektrische Energie in das Versorgungsnetz zurück gespeist.)
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Reduzierung von Umweltbelastungen durch on-line Messung von Bandsauberkeit und Ölauflagen auf Stahlband mittels Ellipsometrie

Prozesseigenschaften:
  • Das Ellipsometer (on-line Verfahren zur Messung von Restverschmutzungen und Ölauflagen an schnell laufenden Stahlbändern) wurde im Nachwalzwerk installiert und in das betriebsinterne Rechnersystem eingebunden.
  • Die in der Praxis am laufenden Band gemessene Ölauflage für Feinstbleche, die in nachfolgenden Veredlungsanlagen zu Weißblech verzinnt bzw. verchromt werden, liegt bei 10 – 80 mg/m². Die durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass das entwickelte System in der Lage ist, Schichtdicken von Restverschmutzungen und dünnen Ölschichten auf Metallbädern im Prozess zu messen.
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Ressourcenorientierte modellierung des Werkzeuglebenszyklus

Prozesseigenschaften:
  • Ressourcenorientierte Modellierung zur Sicherung und Verbesserung der Ressourceneffizienz im Werkzeugbau
  • Im Rahmen eines  Teilprojektes der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ (InnoCaT 3) konnten durch die Aufnahme und Analyse des Ressourcenverzehrs entlang des gesamten Lebenszyklus eines Blechumformwerkzeuges Energie- und Stoffströme  über den gesamten Lebenszyklus eines Blechumformwerkzeuges bilanziert und analysiert werden.
  • Ergebnis der Lebenszyklusanalyse: 
    • Die Bilanzierung der Energie- und Stoffströme über den gesamten Lebenszyklus des Blechumformwerkzeuges bietet eine Datengrundlage für die Berechnung des Standardwerkzeugbaus und damit für die Quantifizierung von Ressourceneinsparungen im Werkzeugbau. Als zentrale Stellhebel der Ressourcenoptimierung wurden Energiereduzierungen im Bereich der maschinellen Fertigung im Werkzeugbau sowie Massereduzierungen im Serieneinsatz identifiziert.
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Ressourcenschonende Stahlschweißanlage ersetzt Stanz- und Umformtechnik

Prozesseigenschaften:
  • Der Herstellprozess kommt gänzlich ohne Ziehöle aus (beim bisherigen Stanzprozess müssen diese nach der Fertigung aufwändig entfernt und über Ölabscheider vom Abwasser getrennt werden).
  • Durch die optimale Ausnutzung des Bandmaterials - es fällt keinerlei Abfall an - muss weniger Rohstoff hergestellt und transportiert werden. Dies ist u.a. ein wesentlicher Beitrag zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes.
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Roboterbasierte Blechumformung: komplexe Blechbauteile in kleinen Stückzahlen (inkrementelle Blechumformung)

Prozesseigenschaften:
  • Das "Roboforming" ist ein neuartiges, roboterbasiertes, inkrementelles Umformverfahren zur Herstellung von Blechbauteilen für die Prototypen- und Kleinstserienfertigung. Im Vergleich zum konventionellen Tiefziehen kann nur auf komplexe Umformwerkzeuge und auf große, steife und teure Umformmaschinen verzichtet werden.
  • Durch den Einsatz des Roboformings konnte eine signifikante Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit bei der Herstellung von geeigneten Blechbauteilen in kleinsten Stückzahlen erzielt werden, da das Verfahren dazu geeignet ist, bisherige Prozessgrenzen aufgrund der erhöhten Formflexibilität, der möglichen höheren Umformgrade und einer Beeinflussung der Kaltverfestigung zu verschieben.
  • Im Laufe des Projektes wurde es möglich, zunehmend komplexere Bauteile mit immer besserer Genauigkeit zu fertigen.
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Sparsame Sprühbeölung für den Umformprozess

Prozesseigenschaften:
  • sparsame Sprühbeölung, die auch eine übermäßige Sprühnebelbildung vermeidet und deswegen in der Regel keine Absaugung erfordert.
  • Druckluft ist zwar nötig, aber versorgt nur noch eine Dosierkolbenpumpe für den reinen Transport des Schmiermediums in einem abgeschlossenen System.
  • Asymetrische Bauteile können so nahezu verlustfrei auf ganzer Fläche benetzt werden.
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Beste verfügbare Technik

Bauteil- und Fertigungskonzepte

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Bauteil- und Fertigungskonzepte ausarbeiten und vergleichend bewerten um das optimale Fertigungskonzept und optimale Prozessparameter zu erarbeiten: Zunehmende Modell- und Variantenvielfalt z.B. im Automobilbau führt zu sinkenden Stückzahlen je Derivat.
Gerade bei kleinen und mittleren Stückzahlen ist die Tiefziehfertigung aufgrund hoher Werkzeugkosten unwirtschaftlich.

Flexible Blechbearbeitung kann gegenüber der konventionellen, mehrstufigen Tiefziehfertigung eine wirtschaftliche Alternative sein.

Quelle(n):

  • Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ (InnoCaT®); Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Bedarfsgerechte Bereitstellung von Versorgungsenergien

Nebenfunktionen von Umformmaschinen wie spezifische Umformachsen, Kühlung, Filterung, Schmierung, Spannsysteme u.a. sind vorwiegend permanent in Betrieb und bestimmen bereits ohne aktive Arbeitsbewegung die Leerlaufleistung der Maschine. Daher bieten Aggregate für Nebenfunktionen  großes Potential zur Steigerung der Energieeffizienz.

Mögliche Maßnahmen für die bedarfsgerechte Bereitstellung von Versorgungsenergien sind:

  •  Minimierung der Verlustleistung in Versorgungsaggregaten durch Strukturoptimierung und Einsatz energieeffizienter Komponenten
  •  Minimierung der Verlustleistung im Leerlauf der Maschine durch Einführung eines Stand-by-Modus
  •  Erarbeitung von Strategien für das Abschalten und den Wiederanlauf von Versorgungsaggregaten

Nebenaggregate werden nach maximalem Bedarf ausgelegt, arbeiten jedoch meist nur im Teillastbereich. Die hierfür erforderlichen Stellglieder (Ventile) sind verlustbehaftet. Durch strukturelle Maßnahmen, speziell die Nutzung von Stellgliedern auf dem Verdrängerprinzip anstelle fluidischer Widerstände, können diese Verluste stark reduziert werden.
Optimal ist die Nutzung drehzahlveränderlicher Elektroantriebe mit Pumpen, die gerade im Teillastbereich einen hohen Wirkungsgrad haben.
Speziell für Verbundachsen, die gegeneinander arbeiten, kann als weitere Maßnahme die Energiespeicherung sowie Rückspeisung vorgesehen werden. Dies ist durch ein servoelektrisches Stellglied im Vierquadrantenbetrieb möglich.
Dadurch ergibt sich für ein bestimmtes Teilesortiment eine zusätzliche Energieeinsparung von bis zu 10%, die nicht aus dem Netz entnommen werden muss.

www.greencarbody.de/csdata/epaper/1/de/51307fd9b049b//epaper/ausgabe.pdf; S.42 und S.43

Quelle(n):

  • Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ (InnoCaT®); Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Ganzheitliche Planung neuer Fertigungstechnologien (Digitale Fabrik)

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Für bestimmte Bereiche und unter bestimmten Rahmenbedingungen können sich alternative Fertigungsverfahren als effizientere Lösung darstellen. Im Fokus einer solchen übergreifenden Betrachtung (basierend auf Modellierungen und virtuellen Optimierungen) steht das Denken in Prozessketten.

Beispiel:
Als Ergebnis einer ganzheitlichen Planung neuer Fertigungstechnologien kann beispielsweise das Profilieren von Strukturbauteilen mittels Walzprofilieranlagen anstelle des aktuellen Produktionsprozesses Tiefziehen in bestimmten Bereichen die wirtschaftlichere Lösung aufzeigen. Das Walzprofilierverfahren zeichnet sich durch vergleichsweise geringe Investitionsausgaben für Produktionsanlage und Werkzeugsatz aus und erlaubt ermöglicht aufgrund des breitengenauen Einlaufs des Spaltbandes in den Umformprozess eine hohe Materialausnutzung. Verschnitte von nur bis zu ca. 10% reduzieren die Materialkosten pro Bauteil.
Nachteilig ist jedoch, dass Verformungen im kontinuierlichen Prozess fast ausschließlich in Bauteillängsrichtung erfolgen können. Im Gegensatz zum Tiefziehen sind dadurch nur weniger anspruchsvoll geformte Bauteile herstellbar. Für den jeweiligen potenziellen Anwendungsfall muss analysiert werden, welche Eigenschaften die Prozesskette besitzen muss, damit das Profilierverfahren gegenüber dem Tiefziehprozess produktiver, effizienter und flexibler ist.

Quelle(n):

  • Bracht U., Geckler D., Wenzel S.: Digitale Fabrik: Methoden Und Praxisbeispiele. Heidelberg: Springer 2011, ; S.308

Hydrauliköle im Kreislauf fahren

Pressen und Tiefzieheinrichtungen werden häufig hydraulisch betrieben.
Die Hydrauliköle werden im Kreislauf gefahren. Um die Maschinenkomponenten zu schonen und zur Erzielung langer Standzeiten (Abfallvermeidung) müssen eingetragene Schmutzpartikel (z. B. Abrieb) ausgefiltert und der Wassergehalt niedrig gehalten werden.

Quelle(n):

  • Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz (IBU), www.umweltschutz-bw.de

Mehrschichtkombinationswerkstoffe

Die Bedeutung der „Mehrschichtkombinationswerkstoffe“ und ihrer Verarbeitung bietet Effizienzvorteile:

  • Schutz von Bauteilen gegen Schädigungsprozesse wie Korrosion und Verschleiß
  • Einsparung teurer Werkstoffe
  • Möglichkeiten zu Rationalisierung der Fertigung
  • Gewichtseinsparung
  • Strenge Funktionalität

 

Quelle(n):

  • Lange K. [Hrsg.]: Umformtechnik Handbuch für Industrie und Wissenschaft: Band 4: Sonderverfahren, Prozeßsimulation, Werkzeugtechnik, Produktion; Ausgabe 2. Berlin: Springer 1993. ; S.232

Organisch beschichtete Bleche

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Der Einsatz von beschichteten Feinblechen im Presswerk führt nicht nur zu einem verbesserten Korrosionsschutz, sondern auch zu einer Verminderung der Fertigungskosten innerhalb der Prozesskette durch Vereinfachung oder Entfall von Fertigungsschritten. Des Weiteren wirkt sich die Beschichtung positiv beim Tiefziehen aus, indem die Reibung herabgesetzt wird. Dadurch vergrößert sich beim Tiefziehen der Arbeitsbereich und die Umformbarketi des Werkstoffs kann besser genutzt werden.

Im Anlieferungszustand sind Bleche mit einer Transport- oder Korrosionschutzbeölung versenden. Im Automobilebau wird bei Automobilbauteilen die Korrosionschutzbeölung entfernt und eine neue, für den Umformvorgang im Presswerk benötigte Schmierstoffschicht aufgebraucht. Diese wird vor dem Fügeprozess durch Reinigungstauchbäder, welche aufwendig entsorgt werden müssen, entfernt.
Durch den Einsatz von organisch beschichteten Blechen, wie z.B. Dünnfilmversiegelungen, ergeben sich folgenden Vorteile:

  • Reduzierung/Vereidigung umweltbelastender Reinigungsprozesse
  • Reduzierung/Einsparung von sekundären Korrosionsschutzmaßahmen (Hohlraumkonservierung und Nahtabdichtungen)
  • Einsparung/Reduzierung von Schmier- und Reinigungsmitteln
  • Die für den Umformvorgang erforderliche Schmierschicht kann in dem Lack einbracht werden
  • Verkürzung der Prozesskette

Da der Decklack sich durch Umformung optisch beispielsweise in Fabre und Glanzgrad verändern kann, werden in der Automobilindustrie meist Bleche mit organischer Vorbeschichtung eingesetzt. Der Decklack wird dann anschließend auf das fertige Bauteil aufgebracht.
Die Oberflächenbeschichtung der Bleche erfolgt kontinuierlich im Bandbeschichtungsverfahren (Coil Coating).
Organisch beschichtete Belche zeigen sehr gutes Umformverhalten, Infolge der guten tribologischen Eigenschaften der organischen Beschichtungssysteme wird der Blecheinzug erleichtet, Ferner werden die Grenzziehverhältnisse durch den Einsatz organisch beschichteter Feinbelche gesteigert.

Wichtige Anforderungen an die organische Beschichtung sind:

  • Oberflächen- und Korrosionsschutz bei Transport und Lagerung
  • Schutz vor galvanischer Korrosion
  • Guter Haftgrund für den Lack
  • Fehlerfreie Applikation in Bandbeschichtungsanlangen
  • Hohe Kratzfestigkeit und gute Dehnfähigkeit.

Quelle(n):

  • Handbuch Umformtechnik: Grundlagen, Technologien, Maschinen; Eckart Doege, Bernd-Arno Behrens, Springer DE, 2010 (2. Auflage) ; S. 453

Reduzierung des Gesamtenergieverbrauchs

Verfahren / Technologie:Verfahrens- und technolgieunabhängig

Im Sinne einer ganzheitlichen Betrachtungsweise fließt der Energieverbrauch der Fertigungsanlagen in die Gesamtbilanz ein. Um die Energieeffizienz zu steigern, werden die anfallenden Verbräuche zunächst kategorisiert und quantitativ erfasst. Änderungen am prinzipiellen Aufbau der Anlagen und eine optimierte Prozessführung sollen helfen, die Verbräuche auf ein für die Technologie notwendiges Minimum zu reduzieren. Mögliche Maßnahmen zur Reduzierung des Gesamtenergieverbrauchs:

  • Einsatz von Antrieben geringerer Eckleistung
  • Abschaltung von einzelnen Aggregaten bei Anlagenstillstand

Quelle(n):

  • Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ (InnoCaT®); Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU ; www.greencarbody.de/csdata/epaper/1/de/51307fd9b049b//epaper/ausgabe.pdf; S.29

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