Maßvoll aufs Blech hauen
Bleche, die zu Bauteilen umgeformt werden, zeigen ein lästiges Verhalten: Sie federn etwas zurück. Um maßhaltig zu arbeiten, werden die Presswerkzeuge mühsam darauf angepasst. Verlässliche Simulationen sparen hier Zeit und Geld - sogar bei problematischen Leichtmetallen.
Dumpf knallt die Presse im Karosseriewerk auf das Blech und wenig später spuckt sie die frisch geformte Motorhaube aus. Was im Fließbandbetrieb wie am Schnürchen abläuft, hat den Entwicklern der Umformanlage einiges Kopfzerbrechen abverlangt, denn Bleche federn beim Öffnen der Presse zurück. Bis zu einigen Zentimetern kann die Form etwa eines Kotflügels von der des Umformwerkzeugs abweichen. "Zwar kennen die Fachleute das mechanische Verhalten der Bleche weitgehend und modifizieren das Werkzeug geometrisch entsprechend", weiß Dr. Winfried Schmitt vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, "doch auch sie benötigen mehrere teure und zeitraubende Anpassungszyklen, bis die geforderte Maßhaltigkeit erreicht ist." Deutlich aufwendiger wird es dann, wenn dünne Bleche aus festeren Stählen oder Leichtmetalle wie Aluminium und Magnesiumlegierungen umgeformt werden sollen. Denn mit diesen modernen Werkstoffen gibt es noch wenig Erfahrung. Um auch hier schneller zur idealen Form zu gelangen, setzen Unternehmen wie ThyssenKrupp, Müller-Weingarten und Karmann auch auf Wissen, Messungen und Berechnungen der Experten am Fraunhofer-Kompetenzzentrum Bauteilsimulation.
Besonders bei einem komplex umzuformenden Blech treten vielfältige Kräfte auf: Wird es in einem bestimmten Bereich gezogen, kann es kurze Zeit darauf bereits gestaucht werden. Andere Bereiche erfahren zeitlich versetzt andere Belastungen. Besonders dünne Bleche, wie sie im Leichtbau zunehmend eingesetzt werden, sind kritisch, denn sie reißen leichter als herkömmliche. "Genau dieses zeitliche und örtliche Wechselspiel der Kräfte wird in den bisher eingesetzten Simulationen kaum berücksichtigt", betont Schmitt. "Daher ermitteln wir das Verhalten der Bleche in kombinierten Zug- und Druckversuchen. Erst mit diesen Kenndaten und der Geometrie des Umformwerkzeugs kann im Computer verlässlich vorhergesagt werden, wie sich das gesamte Bauteil verhalten wird."
Ähnliche Probleme treten in einer ganz anderen Branche auf. Die Lebensdauer elektrischer und elektronischer Geräte wird oft von der Güte kleinster Steckverbindungen begrenzt. Hier lautet die Frage: Wie sollte etwa ein Kupferstecker geformt werden, damit er möglichst elastisch ist und einen guten elektrischen Kontakt gewährleistet? Selbst der allmähliche Verschleiß der Metalle durch wiederholtes Trennen und Verbinden lässt sich im Computermodell bereits vorab berücksichtigen.
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Dr. Winfried Schmitt
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