Forschungsprojekt »KonTakt«

Effizienzsteigerung beim Stanzen hochfester Bleche durch konduktive Erwärmung in getakteten Werkzeugen

Projektlaufzeit: 1.7.2016 bis 30.6.2019

In Scharniersystemen oder Sitzkomponenten von PKW kommen vielfach Blechbauteile mit Materialstärken von mehreren Millimetern zum Einsatz. Diese werden in kurzen Taktzeiten in Umform- oder Schneidprozessen gefertigt. Motiviert durch Effizienzsteigerungen, einen nachhaltigen Umgang mit Ressourcen sowie politische Vorgaben für Emissionswerte auf europäischer und bundesweiter Ebene werden vermehrt hochfeste Stähle verwendet. Sie können die auftretenden Lasten im Betrieb mit geringerer Bauteildicke und somit reduzierter Masse aufnehmen. Die ansteigenden Prozesskräfte bei ihrer Bearbeitung führen jedoch zu hohen Belastungen und raschem Verschleiß des Werkzeugs. Zusätzlich reduziert sich in Schneidprozessen die Qualität der Schnittoberfläche, sodass aufwändige Nachbearbeitungen erforderlich werden oder der Einsatz dieser Stähle unwirtschaftlich wird. Um das Potenzial für weitere Gewichtseinsparungen nutzen zu können, entwickelt das Fraunhofer IPT Fertigungsverfahren wie das Scherschneiden weiter, sodass diese den gestiegenen Anforderungen genügen.

Ziel des Forschungsprojekts »KonTakt« ist es, eine Einheit zur lokalen elektrischen Widerstandserwärmung hochfester Bleche zu entwickeln und in ein Folgeverbundwerkzeug zu integrieren. Dazu wird das Blechmaterial durch einen lokalen Stromfluss erwärmt. Der Strom wird durch Elektroden eingeleitet, die auf die Oberfläche des Bauteils gedrückt werden. Wie für die laserunterstützte Blechbearbeitung bereits gezeigt werden konnte, lassen sich die Prozesskräfte beim Scherschneiden durch eine Erwärmung des Werkstoffs deutlich reduzieren, während die Schnittqualität der Bauteile steigt.

Die Partner im Projekt untersuchen, ob die Energie mit der konduktiven Widerstandserwärmung gleichmäßig über den gesamten Querschnitt in das Material eingebracht werden kann und erwarten Vorteile gegenüber der Erwärmung durch Laserstrahlung oder Induktion. Bei einer kurzen Erwärmungsdauer kann die Widerstandserwärmung in einen Stanz-Biege-Prozess mit hoher Hubzahl integriert werden. Neben dem geringen Platzbedarf der Elektroden sind als weitere Vorteile ein niedriger Wartungsaufwand und die Energieeffizienz des Prozesses zu nennen. Zusätzlich kann das System zur Erwärmung mit kostengünstigen Werkzeugen betrieben werden.

Im Projekt »KonTakt« werden zunächst die Rahmenbedingungen der konduktiven Erwärmung in Vorversuchen ermittelt. Durch konsequente Optimierung verschiedener Parameter soll sich die Effizienz der konduktiv unterstützten Blechbearbeitung weiter verbessern. Anschließend wird das modulare Erweiterungssystem in ein Folgeverbundwerkzeug auf einer Servopresse integriert, um die erreichbaren Taktzeiten der lokalen Erwärmung unter industriellen Bedingungen zu untersuchen. Zur Anzeige des Prozesszustands wird ein Softwarekonzept entwickelt, das unterschiedliche Prozessdaten aufzeichnet, nach individuellen Schwerpunkten analysiert und dem Anwender grafisch darstellt. Die Bearbeitung der einzelnen Projektschritte erfolgt in enger Kooperation mit den beteiligten Projektpartnern.

Projektpartner

  • Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
  • HERU Werkzeugbau GmbH & Co. KG, Lennestadt
  • Megatherm Elektromaschinenbau GmbH, Hemer
  • ViewSystems GmbH, Menden

Projektträger

  • Projektträger Jülich│ Forschungszentrum Jülich GmbH