Warmumformung mit Beschichtung bringt Technologievorsprung im Automobilbau

Fester, leichter und bereits in der Auto-Serienproduktion nutzbar: Warmumformung mit Nanobeschichtung ist das Ergebnis einer neuartigen Entwicklung. Diese weltweit neue Technologie wird erstmals in der Karosserieproduktion des neuen VW Passat eingesetzt. Die Volkswagen AG und die ThyssenKrupp Stahl AG unterstützten diese Entwicklung des Kasseler Maschinenbau-Fachgebiets Umformtechnik unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. Kurt Steinhoff mit der Saarbrücker Nano-X GmbH. Der Warmumformungsprüfstand des Kasseler Fachgebiets Umformtechnik (Foto s. Anlage) wird auf der Hannover Messe 2005 auf dem Stand des Volkswagen-Konzerns vom 11. bis 15. April präsentiert (Halle 17).

Fester, leichter und bereits in der Auto-Serienproduktion nutzbar: Warmumformung mit Nanobeschichtung ist das Ergebnis einer neuartigen Entwicklung. Diese weltweit neue Technologie wird erstmals in der Karosserieproduktion des neuen VW Passat eingesetzt. Die Volkswagen AG und die ThyssenKrupp Stahl AG unterstützten diese Entwicklung des Kasseler Maschinenbau-Fachgebiets Umformtechnik unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. Kurt Steinhoff mit der Saarbrücker Nano-X GmbH. Der Warmumformungsprüfstand des Kasseler Fachgebiets Umformtechnik (Foto s. Anlage) wird auf der Hannover Messe 2005 auf dem Stand des Volkswagen-Konzerns vom 11. bis 15. April präsentiert (Halle 17).

Bei Warmumformung von Stahlblech erhalten beispielsweise Karosserieteile durch die Kombination von Formgebung und gleichzeitiger kontrollierter Abkühlung eine im Vergleich zum üblichen Verfahren des Kaltumformens extrem verbesserte Festigkeit und damit ein hervorragendes Crashverhalten bei deutlich reduziertem Gewicht. Allerdings kann es unter den hier vorherrschenden extremen thermischen Prozessbedingungen zu einer unerwünschten Verzunderung, also einer Verunreinigung der Bauteiloberflächen durch Oxidation, kommen. Diese Zunderschicht auf den Bauteilen bereitet erhebliche Probleme bei der Weiterverarbeitung. Einziger Ausweg ist der nachträgliche Abtrag dieser Schicht am fertig geformten Bauteil mit allen nachteiligen Folgen hinsichtlich Bauteilqualität und Kosten. Bekannte Oxidationsschutzschichten, wie z.B. eine im Schmelztauchverfahren aufgebrachte Aluminiumschicht, bieten hier keine verlässliche Möglichkeit der technischen Abhilfe. “An dieser Stelle bezog das Kasseler VW Werk mit seinem Presswerk und Karosseriebau mein Fachgebiet ein”, so Steinhoff. In Rekordzeit von wenigen Monaten wurde an der Universität Kassel mit einem Investitionsvolumen von rund 200.000 ¤ ein Prozesssimulator entwickelt, mit dessen Hilfe die bei der Warmblechumformung vorherrschenden Prozessverhältnisse unter Laborbedingungen eins zu eins abgebildet werden können. Auf diese Weise waren umfangreiche Reihenuntersuchungen möglich, mit denen es gelang, einerseits die Schichteigenschaften für die vorliegende Anwendung maßzuschneidern, andererseits die notwendigen Parameter für die industrielle Prozessführung unter Serienbedingungen zu ermitteln. Es sei daher nach Steinhoffs Aussage unter den Projektpartnern unstrittig, dass diese hocheffiziente Prüfeinrichtung an der Universität Kassel ein wesentliches Erfolgselement bei der Absicherung des Serienanlaufs des neuen VW Passat darstellte.

“Wir sehen zahlreiche weitere Potenziale für den Automobilbau”, so Steinhoff, der die Forschungs-und Entwicklungsarbeit in dieser Viererkonstellation fortsetzen möchte. “Nanokompostionsbeschichtungen kann man theoretisch so wie in einem Chemiebaukasten aus verschieden Substanzen nach gewünschten Funktionalitäten zusammenmixen. Doch es gibt gerade im Anwendungsumfeld von Metallverarbeitungsprozessen viele offene Fragen für die Industriepraxis”, wie der Kasseler Maschinenbau-Professor weiter ausführt. Der komplexe Funktionalitätsmix müsse Verzunderungsschutz, verbesserte Schmierungseigenschaften, Schweißbarkeit, Lackierbarkeit und nicht zuletzt auch den Langzeitkorrosionsschutz berücksichtigen. Diese stellten in ihrer gegenseitigen Wechselwirkung die größte Entwicklungsherausforderung dar. Aber auch die Verbesserung der mechanischen Bauteileigenschaften im Hinblick auf eine weitere Optimierung der Crashsicherheit lässt sich mit seinem Prozesssimulator gezielt untersuchen. Hier will Steinhoff nun ermitteln, wo genau das Prozessfenster liegt, also wie über die Temperaturabfuhr während der Warmumformung sich ein günstiges Verhältnis von Bauteilfestigkeit und -zähigkeit einstellen lässt und bei welcher Temperatur die Abkühlung starten und in welcher Geschwindigkeit sie stattfinden muss. Annette Ulbricht

Info
Universität Kassel
Prof. Dr.-Ing. habil. Kurt Steinhoff
Fachbereich Maschinenbau
tel (0561) 804 2705
fax (0561) 804 2706