UMFORMtechnik (Blech)

 
 
   

Aluminium-Teile für den Karosseriebau besser umformbar

An der Universität Stuttgart wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Taylor Welded Blanks aus Aluminium besser umformen lassen. Thermische Behandlung ist in den Fertigungsablauf eingebunden. Der Clou ist, dass die Wärmebehandlungs-Strategie das Schweißen als lokales Lösungsglühen einbezieht.

In Fahrzeugkarossen werden Materialien verwendet, die möglichst leicht, hochfest,  gleichzeitig aber „zäh“ – also crashsicher – sind. Aluminium, hochfeste Stähle sowie insbesondere Alu/Stahl-Hybride gelten in diesem Zusammenhang als idealer Kompromiss gewünschter Materialeigenschaften bei guter Kosten-Nutzen-Balance. 

So genannte Tailor Welded Blanks (TWB) einzusetzen ist eine etablierte Möglichkeit, das Gewicht moderner Fahrzeugkarosserien zu senken. TWB  sind Platinen, bei denen entsprechend der späteren Beanspruchung Blechzuschnitte mit unterschiedlichen Dicken oder Werkstoffeigenschaften zunächst im flachen Zustand verschweißt und anschließend mittels Umformen und Tiefziehen zu leichtbauoptimierten Bauteilen weiterverarbeitet werden. Was bei Stahlplatinen kein Problem ist, kann bei Aluplatinen problematisch werden: Die Schweißnaht hat eine geringere Festigkeit als der  umgebende (Grund-)Werkstoff, da Aluminium durch das Schweißen lokal an Festigkeit verliert. Das bedeutet, dass die Schweißnaht beim Umformen oder Tiefziehen reißt.

An der Materialprüfungsanstalt (MPA) der Universität Stuttgart wurde nun ein Verfahren entwickelt, das die Umformbarkeit von TWB aus Aluminium verbessert. Das in der Abteilung Fügetechnik und Additive Fertigung unter Leitung von Martin Werz entwickelte Verfahren integriert eine Wärmebehandlung in den Fertigungsprozess. Der Clou ist hierbei, dass die neu entwickelte Wärmebehandlungsstrategie bereits den Schweißprozess als lokales Lösungsglühen in den Prozessablauf mit einbezieht. Durch eine getimte Wärmebehandlung und -auslagerung direkt nach dem Schweißen ermöglicht das Verfahren einen bisher unerreichten Umformgrad und damit eine prozesssichere Integration von Aluminium-TWB. Weiterer Vorteil ist, dass das Verfahren auch auf hybride TWB aus Aluminium und Stahl angewendet werden kann. Durch Einsparung des Lösungsglühen können überdies sowohl der Energieeinsatz als auch die Fertigungskosten reduziert werden. 

Das Verfahren besteht aus zwei Schritten, die problemlos in den Fertigungsprozess integriert werden können. Im ersten Schritt wird das lokale Lösungsglühen während  des Schweißprozesses bei der Herstellung der TWBs genutzt, um in einer anschließenden Niedertemperatur-Warmauslagerung lediglich die Festigkeit der Schweißnaht vor dem Kaltumformen gezielt zu erhöhen und damit eine Dehnungslokalisation zu vermeiden. Die zweite Warmauslagerung erfolgt nach der Umformung während des Lackeinbrennens und erhöht die Festigkeit des gesamten Bauteils inkl. Schweißnaht bis zum Erreichen der Gebrauchseigenschaften.  

Das Verfahren erlaubt ganz neue Einsatzgebiete und den prozesssicheren Einsatz von Al-TWB sowie Al-Stahl-TWB. Einer der Erfinder, Martin Werz, ist Spezialist für das Fügen von unterschiedlichen Materialien insbesondere durch Rührreibschweißen. Werz hält in diesem Bereich mehr als 20 Patente. Das neue Verfahren der besseren Umformbarkeit ergänzt die zahlreichen Innovationen des Schweiß-Spezialisten Werz in der Blechbearbeitung um das wesentliche Element der besseren Umformmöglichkeiten.

Die Eignung des Verfahrens ist bereits in Zugversuchen mit entsprechend behandelten Schweißnähten an EN AW 6016 (T4) demonstriert worden. Die Erfindung wurde in Deutschland und den USA zum Patent angemeldet. Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH (TLB) unterstützt die Universität Stuttgart bei der Patentierung und Vermarktung der Innovation. TLB ist im Auftrag der Universität Stuttgart mit der weltweiten wirtschaftlichen Umsetzung dieser Technologie beauftragt und bietet Unternehmen Möglichkeiten der Zusammenarbeit und Lizenzierung der Schutzrechte. 

Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart 
Pfaffenwaldring 32
70569 Stuttgart
Ansprechpartner ist Martin Werz
Tel.: +49 711 685-63058
info@mpa.uni-stuttgart.de
www.mpa.uni-stuttgart.de

Technologie-Lizenz-Büro der 
Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH (TLB)
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe
Ansprechpartner ist Michael Ott
Tel.: +49 721 79004-0
ott@tlb.de
www.tlb.de