Stegblechumformung mit starren Werkzeugen
Systematische Erweiterung von Verfahrensgrenzen und Technologietransfer in den Karosseriebau
Stefan Köhler
Verzweigte Strukturen bieten in vielen industriellen Anwendungen das Potential, Herausforderungen des Leichtbaus zu lösen. Die Stegblechumformung bietet einen vielversprechenden Ansatz zur Herstellung von verzweigten Blechprodukten. Hierbei wird konventionelles Blech mittels Laserstrahlschweißen verzweigt und anschließend in eine dreidimensionale Form gebracht. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist die Weiterentwicklung der bislang nur grundlagenwissenschaftlich betrachteten Prozesskette der Stegblechumformung und die systematische Erweiterung ihrer Prozessgrenzen zur industriellen Nutzbarkeit der Technologie. Die dabei verfolgte Kernidee ist die Nutzung von starren Werkzeugen statt der wirkmedienbasierter Umformung. Hauptvorteil ist ein ca. zehnfach schnellerer Umformprozess und die Möglichkeit der seitlichen Stegunterstützung durch Werkzeugkomponenten. Im Rahmen der Arbeit werden zunächst die Grundlagen der Stegblechumformung mit starren Werkzeugen mithilfe der Verfahren Gesenkbiegen und Tiefziehen ermittelt. Sowohl analytische als auch numerische Modelle zur Prozess- und Produktauslegung werden entwickelt, bevor durch gezielte Maßnahmen eine Erweiterung der Prozessgrenzen durchgeführt wird. Weiterhin wird eine Vorgehensweise zur systematischen Auswahl und Kombination der Verbesserungsmaßnahmen vorgestellt. In einem Anwendungsfall aus dem Karosseriebau wird die Industrietauglichkeit der Prozesskette demonstriert und ihre Wirtschaftlichkeit gezeigt. Verglichen mit einem Referenzbauteil kann durch Anwendung der Stegblechtechnologie eine Versteifung um den Faktor fünf bei nahezu gleichbleibendem Gewicht bzw. eine Gewichtsreduktion von 22,9 % bei doppelter Steifigkeit erzielt werden. Die Leichtbaukosten liegen je nach Stückzahl bei 0,69-2,38 €/kg.
