!!! Forschung an der Fakultät für Maschinenbau und Wirtschaftswissenschaften
!!Das Frank Stronach Institute stellt sich vor


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von


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__ Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ralf Kolleck__

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Co-Autor:\\
__Dipl.-Ing. Robert Veit__

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Institut für Werkzeugtechnik und spanlose Produktion

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[{Image src='0607_MASCH_Das_Frank_Stronach_Institute_stellt_sich_vor1.jpg' alt='Ralf Kolleck' caption='Ralf Kolleck' width='94' height='110' popup='false'}]

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''© Forschungsjournal WS 06/07''
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__Das Frank Stronach Institute - ~[FSI] – wurde im Sommer 2004
an der Technischen Universität Graz eingerichtet. Basis für die
Neureinrichtung von vier Instituten ist die europaweit bislang
einzigartige Kooperation, die eine Brücke spannt zwischen
Wissenschaft, Ausbildung und Wirtschaft. Träger dieser neuen
Partnerschaft sind die Firma Magna International und die Technische
Universität Graz.__

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[{Image src='0607_MASCH_Das_Frank_Stronach_Institute_stellt_sich_vor2.jpg' class='image_right' width='300' alt='Gebäude des FSI' caption='Abb.1: Das im Juni 2006 eröffnete neue Gebäude des FSI' height='190'}]

Das Frank Stronach Institute ist mit seinen Lehr- und Forschungsinhalten
in den Bereich der Fakultät Maschinenbau und Wirtschaftswissenschaften
der Technische Universität Graz eingegliedert. Am
~[FSI] sind insgesamt vier Institute eingerichtet:
* Fahrzeugtechnik (FTG)
* Fahrzeugsicherheit (VSI)
* Production Science and Management (PSM)
* Werkzeugtechnik und Spanlose Produktion (T&F)
Einen besonderen Stellenwert am ~[FSI] wird auf Internationalität gelegt,
um die angehenden Ingenieurinnen und Ingenieure optimal auf
die Anforderungen einer global agierenden Industrie vorzubereiten.
Hierzu werden Studentinnen und Studenten in die Durchführung
von Forschungsprojekten mit internationalen Unternehmen eingebunden.
In dieser Reihe werden die Forschungsaktivitäten der Institute, beginnend
mit dem Institut Werkzeugtechnik und Spanlose Produktion
(T&F), vorgestellt.

Das Institut „Werkzeugtechnik und Spanlose Produktion“
An die Karosserie eines Fahrzeugs werden unterschiedlichste
Anforderungen gestellt, vom Design über die Crashsicherheit bis hin
zur Gewichtsreduzierung. Der Blechumformung kommt daher eine
große Bedeutung zu. Die Forschungsarbeiten des Instituts für Werkzeugtechnik
und Spanlose Produktion beleuchten die verschiedenen
Verfahren der Blechumformung mit den zugehörigen Anlagen- und
Werkzeugtechnologien. Bei der Auswahl des Versuchsequipments
wurden die speziellen Anforderungen der Industrie berücksichtigt.
So können Blechbauteile und die zur Herstellung notwendigen
Werkzeuge in praxisrelevanter Größe gefertigt und untersucht
werden. „Wir wollen uns nicht mit kleinen akademischen Näpfen
beschäftigen, wenn unsere Kunden in der Industrie ganz andere
Probleme haben.“ Besonderes Augenmerk fällt auf die „automotive“
Industrie. Konkrete Problemstellungen werden analysiert und die
notwendigen Grundlagenforschungen hieraus abgeleitet. Zahlreiche
industrielle Partner bestätigen den Erfolg des Konzeptes. In den
vergangenen zwei Jahren konnten international agierende Industrieunternehmen
als Forschungspartner gewonnen werden. Diese
Forschungspartner decken wesentliche Teilbereiche der kompletten
Prozesskette ab. Neben Zusammenarbeiten mit Anlagenherstellern
und Halbzeugproduzenten, wird intensiv mit Werkzeugbauunternehmen
kooperiert. Darüber hinaus gibt es Forschungsprogramme mit
namhaften Automobilherstellern und ihren direkten Zulieferern.
Die Fertigung von Blechbauteilen kann nicht losgelöst von angrenzenden
Forschungsfeldern betrachtet werden. Neue Werkstoffe wirken sich auf die Fertigungstechnologie ebenso aus wie konstruktive
Änderungen der Bauteilgeometrie. Neue Fertigungskonzepte
werden gesucht und dies alles vor dem Hintergrund steigenden
Kostendrucks, sich verkürzenden Entwicklungszeiten und kleiner
werdenden Losgrößen bei gleichzeitiger wachsender Anzahl von
Modellvarianten.

[{Image src='0607_MASCH_Das_Frank_Stronach_Institute_stellt_sich_vor3.jpg' width='300' class='image_left' alt='Integrierte Produktentwicklung im Karosseriebau' caption='Abb.2: Integrierte Produktentwicklung im Karosseriebau' height='172'}]


Die Wechselwirkungen zwischen den Fachdisziplinen werden am
Institut Werkzeugtechnik und Spanlose Produktion durch den Themenschwerpunkt
„integrierte Produktentwicklung im Karosseriebau“
beleuchtet. Ziel ist die effektive Vernetzung aller am Produktentwicklungsprozess
beteiligten Personen, die Verbesserung der Informationsflüsse
und die optimale Ausnutzung des verfügbaren Fach- und
Erfahrungswissens.

Ein wichtiges Themenfeld ergibt sich im Bereich der Verarbeitung
von (ultra) höchstfesten Stählen. Diese Werkstoffe bieten große
Potenziale zur Erhöhung der Crashsicherheit und zur Gewichtsreduzierung.
Andererseits stellen sie die Fertigungstechnologie vor
Herausforderungen.

Höherfeste Stähle weisen in der Regel zusätzlich zur gewünschten
hohen Festigkeit eine vergleichsweise geringere Bruchdehnung auf.
Hinzu kommen Eigenschaften wie beispielsweise eine hohe Rückfederungsneigung
und hohe Werkzeugbelastungen bei der Formgebung.
Diesem Konflikt wird mit der Warmumformung von borlegierten
Stählen, dem so genannten Presshärten begegnet. Hierbei wird
eine erhitzte Blechplatine während des Umformprozesses abgekühlt
wodurch es zu einer Verfestigung des Materials kommt. Das Umformwerkzeug
wird thermisch stark belastet und die eingebrachte
Wärmeenergie muss durch in das Werkzeug integrierte Kühlkanäle
abgeführt werden.

Heute zum Einsatz kommende Fertigungsverfahren, wie z. B. Fräsen,
Bohren etc., zeichnen sich bei der Herstellung von gekühlten Werkzeugen
durch hohen technischen und wirtschaftlichen Aufwand aus.
Es besteht eine eingeschränkte Zugänglichkeit, z. B. in 90° Bögen,
so dass ggf. eine Segmentierung der Werkzeuge erfolgen muss und
oftmals Kompromisse hinsichtlich der Kühlkanalanordnung eingegangen
werden müssen.

Die Entwicklung innovativer Anlagen- und Werkzeugkonzepte
bietet deutliche Potenziale im Bereich der Serienfertigung des
Presshärtens borlegierter Stähle. Diese Potenziale liegen in der
Reduzierung von Investitionskosten und der Reduzierung der Zykluszeit
des Presshärtevorganges, welche einen direkten Einfluss
auf die Bauteilstückkosten haben. Beispielsweise lässt sich durch
Reduzierung der Zykluszeit um eine Sekunde eine Reduzierung
der Fertigungskosten von bis zu 5 % erzielen. Übliche Zykluszeiten
des Presshärtens liegen heute im Bereich von 15 bis 25
Sekunden, wobei das Handling inkludiert ist.

Ein neues, wirksames Verfahren „Werkzeuge zu kühlen oder
ggf. zu heizen“ ist das Führen eines Wärmeträgermediums in
eingegossenen Rohren, die als Rohrschlangen oder Rohrnetzwerke
ausgelegt werden. Dabei kann der Abstand der Rohre zur
Oberfläche des Werkzeugs optimal an die zu erfüllende Kühlaufgabe
angepasst werden.
In der Prozesskette erfolgt zunächst der Aufbau einer endkonturnahen
Kühlkanalgeometrie aus preisgünstigen Standardrohrelementen.
Anschließend wird das Kühlkanalnetzwerk in z. B.
Grau- oder Sphäroguss eingegossen, auf Endkontur bearbeitet
und ggf. Oberflächenbeschichtet. Die Verwendung anderer Materialien
wie z. B. hochfester Cu-Legierungen oder Stahlguss als
Werkzeuggrundwerkstoff ist ebenfalls möglich, z. B. durch das
Laserauftragsschweissen.

Nach der Fertigung von „hochfesten“ Bauteilen wird meist einen
Beschnitt bzw. das Einbringen von Lochungen notwendig. Durch
das vorliegende hohe Festigkeitsniveau kommt es beim Beschnitt
zu Problemen. „Das Blech frisst das Werkzeug auf“. Es kommt zu
einer geringen Standzeit der Werkzeuge, Störanfälligkeit des Prozesses
und zu hohen Kosten, die durch den erhöhten Aufwand
hinsichtlich Werkzeuginstandhaltung verursacht werden.
Der Beschnitt von hoch- und höchstfesten Stählen ist unter
Berücksichtigung der weiter wachsenden Anteile dieser Güten in
Karosserien und dem Wunsch Kosten zu reduzieren ein wichtiger
Bereich, der intensiven Forschungsbedarf hervorruft. Hoch- und
höchstfeste Stähle benötigen andere Schneidkonzepte, damit das
Werkzeug das Blech schneidet und nicht umgekehrt. Im Rahmen
dieser Forschungsthematik werden verschiedene Projekte am
Institut durchgeführt. Gemeinsames Ziel dieser Arbeiten ist, die
Standzeiten der Beschnittwerkzeuge zu erhöhen und die Kosten
zu senken.

Am Institut T&F wird z. B. in Zusammenarbeit mit der Firma WEBA
Werkzeugbau ein Prototypenwerkzeug zum Beschnitt von MSW
1200 getestet. Ziel ist es, Ergebnisse die in der Simulation gefunden
wurden zu überprüfen und zu verifizieren. Im Rahmen der Versuchsreihen
werden sowohl alternative Werkzeugwerkstoffe, als auch
unterschiedliche Schneidengeometrien getestet.

Die industrieorientierte Auftragsforschung bildet ein wichtiges
Standbein des Institutes. Dennoch werden die Aktivitäten in Richtung
langfristiger Grundlagenforschung ausgebaut. „Wir müssen am
Puls der Industrie forschen, abhängig in anwendungsorientierten
Projekten und unabhängig in Grundlagenforschung und strategischen
Projekten. Der Freiraum für -auf den ersten Blick - „verrückte“
Ideen muss da sein, um Technologien für die langfristige Zukunft
schaffen zu können.“

[www.tf.tugraz.at|http://portal.tugraz.at/portal/page/portal/TU_Graz/Einrichtungen/Institute/Homepages/i3350]

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