Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Prozessgrenzenerweiterung des IHU-Presshärtens durch Materialvorverteilung mit axialen Rohrstauchoperationen

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Prozesskombination zur Herstellung von hochfesten Hohlkörpern mit lokal ausgeprägten Formelementen. Diese Formelemente dienen der Kraft- und Bewegungsübertragung oder als Knoten zur formschlüssigen lagefixierenden Schnittstelle zwischen Strukturbauteilen. Erreicht wird die Generierung der Formelemente durch das axiale Stauchen von Rohren und anschließendes IHU-Presshärtens. Durch das axiale Stauchen wird eine flexible Materialvorverteilung ermöglicht, die die richtige Menge Material am richtigen Ort für das IHU-Presshärte-Verfahren zur Verfügung stellt.

Die Ergebnisse des Forschungsprojekts tragen dazu bei, die Wettbewerbsfähigkeit von KMU zu stärken und auszubauen. Hierbei spielt das Alleinstellungsmerkmal des einzigartigen Leichtbaus sowie die Senkung der Fertigungskosten eine wesentliche Rolle. Diese kann z. B. durch die Erhöhung der Ausbringungsmenge, Senkung des Ressourceneinsatzes sowie die Verkürzung der Prozesskette ermöglicht werden. Ein Faktor dabei ist die Senkung der Produktionskosten, die durch die flexible und wirtschaftliche Herstellung von Halbzeugen und die Reduzierung der notwendigen Anlagentechnik durch Substitution von Prozessschritten erreicht wird. Besonders für KMU ist eine schnelle und prozesssichere Umsetzung neuer Technologien aufgrund des hohen Zeit- und Kostendrucks wichtig.

Während und nach der Projektlaufzeit werden die Ergebnisse auf halbjährlichen Arbeitskreissitzungen der EFB und Sitzungen des PbA diskutiert und in die Industrie transferiert. Weiterhin werden die Projektergebnisse auf Fachkonferenzen, auf internationalen Messen und Veranstaltungen des Fraunhofer IWU und des LS KUF der BTU Cottbus sowie in fachspezifischen Printmedien veröffentlicht. Für Endanwender, insbesondere KMU ohne eigenständige Forschung, werden Beratungen durchgeführt. Zur Veranschaulichung der Ergebnisse werden den Mitgliedern des PbA Werkzeug- und Bauteildemonstratoren zur Verfügung gestellt.

Ergebniszusammenfassung:

Im erfolgreich bearbeiteten Forschungsprojekt wurde eine Möglichkeit zur Vorformgebung durch axiales Rohrstauchen erschlossen. Durch die gezielte Materialanhäufung als Umformreserve im Bereich der später per IHU-Presshärten ausgeformten Bereiche werden Umfangsdehnungen erreicht, die bis dato nicht prozesssicher herstellbare Bauteilgeometrien ermöglichen. Durch die deutlich erweiterte geometrische Gestaltungsfreiheit werden Geometrieelemente und Anwendungsbereiche erschlossen, die bisher einer spanenden Fertigung vorbehalten waren. Die Auslegung der Vorform erfolgte zunächst analytisch. Die finalen Bauteileigenschaften wurden in der Umformsimulation abgebildet und durch die Fertigung von Demonstratorbauteilen abgeglichen und bestätigt.

Den KMU wird durch das Projektergebnis in Form eines Abschlussberichtes und des dazugehörigen, anwendungsnahen Merkblattes eine Möglichkeit an die Hand gegeben, IHU-PH-Komponenten in bisher nicht dagewesene Gestaltungsfreiheit und Prozesssicherheit umzuformen und für Anwendungen beispielsweise im Bereich der Elektromobilität am Markt anzubieten. Bisherige Anwendungsfelder sind die Sicherheitskäfige von Personenkraftwagen und leichten Nutzfahrzeugen. Die Torsionssteifigkeit der geschlossenen Profile, kombiniert mit der durch den Presshärteprozess erreichbaren Bauteilfestigkeit wird aktuell für Dachrahmen, Säulen und Schweller erfolgreich eingesetzt.

Die zunehmende Integration der Batteriegehäuse in die Fahrzeugstruktur erfordert auch für diese sensiblen Komponenten eine robuste Lösung zur Ableitung von Crashlasten. In der Konkurrenz zwischen deformations-basierter Energieaufnahme und kraftpfad-optimierter Lastumleitung wird perspektivisch eine weitere Durchdringung der Batteriegehäuse durch pressgehärtete Profile erwartet. Hier wird neben dem Beitrag zum konstruktiven Leichtbau auch ein neues Geschäftsfeld für die mittelständigen Metallverarbeiter, deren Werkzeuglieferanten, Konstruktionsbüros und Simulationsdienstleister entstehen.