Qualitätskontrolle bei Warmumformung

Andreas Mühlbauer,

Umformen mit Qualität

Warm umgeformte Karosserieteile sind deutlich steifer als traditionell gefertigte und trotzdem über 20 Prozent leichter. Das trägt dazu bei, die CO2-Emissionen von Fahrzeugen zu reduzieren. Zur Qualitätssicherung und Fertigungsoptimierung setzt der Automobilzulieferer Gestamp auf eine optische Lösung von Zeiss. Von Syra Thiel

Mit dem Zeiss-System stellt Gestamp die vorgegebene Toleranz von ±0,3 mm sicher. © Zeiss

Mehr als 230 unterschiedliche „Body-in-White-Teile“ fertigt der spanische Automobilzulieferer Gestamp in Louny in der Grenzregion Deutschland-Tschechien. Pro Jahr produzieren die 560 Mitarbeiter an dem hochmodernen Standort über zehn Millionen Karosserieteile – auch, weil das Unternehmen die Königsdisziplin der Warmumformung – das Tailored Tempering – beherrscht.

Hierbei werden Bleche unterschiedlicher Dicke und sogar aus verschiedenen Materialien in einem Arbeitsgang zu einem komplexen Teil umgeformt. So lassen sich auch innerhalb eines Bauteils verschiedene Anforderungen an Festigkeiten, beispielsweise hochfeste Bereiche und Knautschzonen, umsetzen. Und noch einen Vorteil nennt Fernández Landa, Senior Ingenieur für Prozessleitsysteme und Qualität bei Gestamp: „Mit dem Hot Stamping formen wir in einem Arbeitsgang Bauteile, die sonst aus mehreren Teilen zusammengefügt werden müssten.“ Die sogenannten Platinen werden in einem Durchlaufofen auf 900 °C erhitzt. Am Ende des Ofens nimmt ein Roboter die rotglühenden Bleche auf und legt sie in die Presse, die das Material bei etwa 750 °C umformt. All dies geschieht in nur wenigen Sekunden, was dazu führt, dass sich im Stahl die für die hohen Härtewerte verantwortliche martensitische Gefügestruktur ausbildet.

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Die auf 950 °C erhitzten Teile kommen in eine Presse, in der sie ihre Form erhalten. © Zeiss

Aufgrund dieser Materialveränderung lassen sich mit herkömmlichen Bearbeitungswerkzeugen nur aufwendig Bohrungen einbringen. Deshalb erhalten die komplexen Bauteile ihre endgültige Form in Laserzellen. An Ort und Stelle prüfen die Arbeiter jedes 10. oder 15. Teil manuell.

Neben den vielen Vorteilen des Hot Stamping gibt es jedoch eine Herausforderung, die sich auf die Stabilität des Fertigungsprozesses auswirken kann: Die Werkzeugbelastung bei der Warmumformung ist deutlich höher als bei der Kaltumformung, weshalb viel häufiger neue Formen eingesetzt werden müssen. Um die zunehmenden Qualitätsvorgaben der OEMs zu erfüllen und dabei noch stärker als bisher die Fertigungsprozesse überwachen zu können, suchte Gestamp 2016 nach einem neuen Ansatz zur Qualitätssicherung. „Während der letzten Jahre bemerkten wir, dass wir mehr Teile messen müssen, um allen Aufgaben gerecht zu werden“, sagt Michal Pelc, Vision-Experte in Louny. Das Ziel, 33.500 Teile im Jahr zu prüfen, ließ sich mit dem Einsatz des vorhandenen Koordinatenmessgerätes nicht realisieren.

Zudem wollte Gestamp Entscheidungen durch Big-Data-Analysen absichern, was bedeutete, „dass wir mehr Qualitätsdaten gewinnen, speichern und auswerten müssen“, sagt Landa. Die Herausforderung war also, ein System zu finden, mit dem sich die Teile schneller und trotzdem hochpräzise messen lassen. Nach einem Vergleich von Wettbewerbsangeboten entschied sich Gestamp für das Paket von Zeiss: Eine AIBox mit dem optischen Sensor Comet Automated, die Datenmanagementsoftware PiWeb, das Messaufnahmesystem mit der Zuführungslösung sowie eine mehrwöchige Unterstützung vor Ort beim Anlauf des Systems.

Ihre endgültige Form erhalten die warmumgeformten Teile in den Laserzellen. Nach der Bearbeitung prüfen die Mitarbeiter die Passgenauigkeit. © Zeiss

Geprüft werden seit 2017 mit bis zu 500 Merkmale eines Bauteils innerhalb von 10 bis 15 Minuten. Der Sensor arbeitet mit einer LED-Beleuchtung und liefert die hochgenauen Messergebnisse. So kann Gestamp auch garantiert eine Toleranz von ±0,3 mm einhalten. Gemessen werden die Teile, die nach der Warmumformung per Laser bearbeitet und auch jene, die geschweißt oder bereits zu Systemen zusammengebaut wurden.

Die Stichprobengröße legt das Unternehmen nach den Anforderungen der OEMs und aufgrund eigener Ziele fest. „Ohne das Zeiss-System hätten wir mit mindestens drei taktilen Messgeräten arbeiten müssen, um die gleichen Aufgaben zu erledigen“, schätzt Pelc. Obwohl das System erst wenige Monate im Einsatz ist, schließt sich auch Landa dem positiven Fazit an: „Wir sind glücklich mit der Lösung, alle unsere Erwartungen wurden erfüllt.“

Beschleunigte Bestückung

„Hot Stamping ist eine Technologie mit großem Wachstumspotential“, so der Gestamp-Ingenieur Ignacio Fernández Landa. © Zeiss

Ein weiterer Grund für die gute Bewertung ist, dass die Lösung die Bestückung der AIBox beschleunigt und dabei Platz spart. Zum Einsatz kommen die Zeiss Fixture Systems, die es dem Kunden erlauben, sämtliche Aufspannvorrichtungen für in einem Schranklager aufzubewahren. Ebenso problemlos ist auch die Beladung der AIBox. Die Paletten mit den Aufspannungen werden auf einen mobilen Tisch geschoben und gelangen direkt in den Messbereich. „Ohne das Bestückungssystem hätte Gestamp den Aufbaubereich stark erweitern müssen“, erklärt Landa.

Weiterhin generiert Gestamp mit dem Sensor auch eine Menge an Daten, die das Unternehmen mit Zeiss PiWeb statistisch verarbeitet. „So erkennen wir jetzt beispielsweise früher, wann unsere Presswerkzeuge ausgewechselt werden müssen“, sagt Landa. Das Zeiss-Gesamtpaket überzeugt auch das Gestamp-Management in Spanien. Auf der Agenda steht jetzt die Implementierung der Zeiss-Lösung in einer neuen Fabrik in West Midlands, UK.

Syra Thiel, PR-Journalist bei Storymaker / am

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