60 Takte pro Minute sind »drin« Fraunhofer IWU macht der Hydro-Umformung Beine

Anbieter zum Thema

Fraunhofer Institut IWU und Funktionsleichtbau

PSI Software SE | Business Unit Discrete Manufacturing

IGZ Ingenieurgesellschaft für logistische Informationssysteme mbH

becos gmbH

Die Hydro-Umformung ist ein Verfahren, bei dem hoher Flüssigkeitsdruck genutzt wird, um Bleche oder Rohre in die gewünschte Form zu bringen. Der Prozess lässt sich nun erheblich beschleunigen.

Die Taktzeiten sind bei der konventionellen Hochdruckblechumformung üblicherweise länger als bei klassischen Blechumformprozessen wie dem Tiefziehen. Auch bei der Verarbeitung von Endlosblechen vom Coil sind meist nur 6 bis 8 Takte pro Minute möglich. Dies liegt vor allem daran, dass die Prozessschritte »Presse öffnen und schließen«, »Schließkraftaufbau« und »Umformen« nacheinander ablaufen. Das Fraunhofer IWU hat mit der passiven Hochdruckblechumformung den Prozessablauf und den Werkzeugaufbau komplett neugestaltet, um die Prozessschritte parallel ablaufen zu lassen. Bei der passiven HBU wird der Umformdruck direkt im Werkzeug erzeugt, dazu ist ein Hydraulikzylinder in das Werkzeug integriert. Beim Schließen der Presse baut die Pressenschließkraft automatisch den erforderlichen Fluiddruck auf. Dabei können Standardpressen eingesetzt werden, es ist keine separate Hochdruck-Wasserhydraulik erforderlich. In Kombination mit einer Fertigung vom Coil gelangen so erstmals 60 Fertigungstakte pro Minute bei der Fertigung von Bipolarplatten.

Zusammen unschlagbar wirtschaftlich: Hydro-Umformung und Fließpressen

Metall-Kunststoff-Hybridbauteile werden in vielen Produkten eingesetzt. In der Automobilindustrie enthalten beispielsweise die tragenden Strukturen der Instrumententafel (Cockpitquerträger) und Baugruppen im Vorderwagen (Frontendträger) Bauteile mit fest verbundenen Kunststoff- und Metallelementen. Auch bei Möbelfüßen sind häufig Metall- und Kunststoffteile miteinander verpresst.

Die Herstellung basiert heute vielfach auf einer Verfahrenskombination aus Hydroforming und Spritzgießen. Dafür müssen allerdings zwei sehr unterschiedliche Prozesse mit hohen Anforderungen an Anlagentechnik, Prozessführung und Know-how auf einer Anlage zusammengeführt werden – verbunden mit hohen Investitionen in die Anlagentechnik und die Werkzeuge. Kleine und mittlere Unternehmen können diese oftmals nicht aufbringen. Daher hat das Fraunhofer IWU gemeinsam mit der TU Chemnitz, dem Spritzgießer Schicktanz GmbH, dem Hersteller von Leichtbau-Hydroforming-Pressen IWC Engineering GmbH und dem Industriedesigner Felix Monza eine neue Verfahrenskombination aus Hydroforming von Rohren und gleichzeitigem Fließpressen von Kunststoffkomponenten entwickelt. Der wesentliche Unterschied zur Kombinationstechnologie aus Innenhochdruckumformen (IHU) und Kunststoff-Spritzgießen ist, dass der Kunststoff bereits als extrudiertes oder spritzgegossenes Halbzeug ins Werkzeug eingelegt und im Prozess nur umgeformt wird. Dadurch kann auf ein Spritzgussaggregat und auf eine aufwändige Anlagenkopplung verzichtet werden.

Metallrohr und die thermoplastische Kunststoffkomponente werden gemeinsam erwärmt

Im neu entwickelten Prozess werden das Metallrohr und die thermoplastische(n) Kunststoffkomponente(n) gemeinsam erwärmt und in ein ebenfalls temperiertes Werkzeug eingelegt. Bei der Umformung des Metallrohres mittels Innendruck wird gleichzeitig auch das Kunststoffelement in die Form gepresst. Sind bei dem Polymer komplexe Geometrien gefragt, können Werkzeugschieber zur Steuerung des Materialflusses sowie entsprechend vorgeformte Spritzgussbauteile eingesetzt werden. Auch die Integration zusätzlicher Bauteile (z. B. Gewindeinserts) ist möglich. Nach dem Abkühlen können diese aus dem Werkzeug entnommen werden. Die Prozessführung entspricht dabei im Wesentlichen einem klassischen IHU-Prozess. Als Wirkmedium für die Umformung kommt aufgrund der Werkzeug- und Bauteiltemperaturen gasförmiger Stickstoff zum Einsatz.

Fachforum für Rohr-, Profil- und Hydroformtechnologien in Chemnitz

Bei beiden neu entwickelten Verfahren ist es gelungen, die bisherigen Umformprozesse zu vereinfachen, zu beschleunigen und somit kostengünstiger zu gestalten. Diese und weitere Innovationen in der Rohrfertigung, der Weiterverarbeitung und dem Hydroforming sind auf dem Fachforum für Rohr-, Profil- und Hydroformtechnologien am 30. September und 1. Oktober 2026 live zu sehen.