Downsizing ist einer der Trends im Autobau. Auf kleinstem Raum findet sich immer mehr und leistungsfähigere Technologie. Damit sie im Motor oder Getriebe funktioniert, sind die Umformspezialisten bei Feintool System Parts gefragt. Auch sie reizen den begrenzten Bauraum für Umformwerkzeuge und die Grenzen der Technologie immer weiter aus.
„Hubraum ist durch nichts zu ersetzen. Ausser durch noch mehr Hubraum.“ Lange Zeit gab dieses geflügelte Wort die Marschrichtung der Konstrukteure vor. Noch in den 1980er Jahren kam kaum ein Oberklassewagen mit weniger als sechs Zylindern daher. Bis Audi damit anfing, einfach einen Zylinder wegzulassen. Die geringere Leistung kompensierten die Ingenieure in Ingolstadt mit einem Turbolader. Der Audi 200 5T, das T stand für Turbo, brachte es damit auf ebenbürtige 170 PS – und gilt damit heute als Begründer des Downsizing-Trends. Inzwischen heisst es allerorten: Weniger ist mehr. In zahlreichen Modellen aller Klassen werden Zylinder und Hubraum reduziert, um den Verbrauch zu senken und Emissionsvorgaben zu genügen.
Warum das für Feintool wichtig ist? Weil es auch für die verbauten Komponenten bedeutet, dass sie kleiner und leichter ausfallen, aber gleichzeitig höhere Lasten und Kräfte aushalten müssen. Feintool System Parts fertigt rund 22 Millionen Umformteile pro Jahr, allen voran Lamellenträger für automatisierte Getriebe und Kupplungen, wie z.B. Doppelkupplungsgetriebe. Auch bei deren Konstruktion versuchen die Hersteller, den Bauraum immer weiter zu verkleinern. Dadurch werden die Lamellenträger kleiner, um Gewicht einzusparen. Auf einer kleineren Oberfläche des Bauteils wiederum wirken mindestens die gleichen, wenn nicht sogar höhere Kräfte als vor zehn Jahren.
Insofern stehen wir als Werkzeugentwickler bei Feintool vor einer ähnlichen Herausforderung wie die Antriebsstrang-Ingenieure der Automobilhersteller. Moderne Getriebe laufen mit höheren Drehzahlen und stellen grosse Anforderungen an die Lamellenträger, die kleiner, leichter, stabiler und vor allem präziser sein müssen. Um all das zu erfüllen, werden sie aus immer hochfesteren Ausgangsmaterialgüten hergestellt.
Die Axialrollwerkzeuge, die wir zum Umformen von Lamellenträgern auf unseren Stufenpressen verwenden, sind sehr sensibel. Verarbeiten wir hochfesteres Ausgangsmaterial, steigt auch der Kraftdruck auf die Aktivelemente, erst recht wenn die Teile kleiner und die Umformgrade grösser werden. Um gleichzeitig aber immer höhere Präzisionsanforderungen zu erfüllen – vor fünf Jahren betrugen die Toleranzen 0,3mm, heute sind es 0,1 bis 0,15mm – nehmen wir an den Werkzeugen umfangreiche Optimierungen vor.
Neue Werkzeugstähle und Beschichtungen für Aktivteile
Um den Verschleiss der Aktivteile gering und damit die Präzision hochzuhalten, fertigt Feintool System Parts Aktivteile für Axialrollwerkzeuge aus modernen, höherwertigen Legierungen. Sie ermöglichen in Kombination mit neuen Härtespezifikationen eine grössere Druckaufnahme. Verschleissreduzierend wirkt ausserdem der Einsatz von speziellen Aktivteilbeschichtungen. All das führt dazu, die Standzeiten der Werkzeuge zu erhöhen und die geforderten Toleranzen einzuhalten.
Konstruktive Kühlungskonzepte für Aktivteile und Bauteil
Beim Umformen entsteht zwischen Werkzeug und Werkstoff unweigerlich Reibung – und damit Temperatur. Sie kann in der Presse von Raumtemperatur auf bis zu 70 oder 80 Grad Celsius ansteigen. Und was passiert wenn Metall warm wird? Es dehnt sich aus. Um die geforderten Toleranzen einzuhalten ist es beim Axialrollen deshalb unerlässlich, die Temperatur bestmöglich zu kontrollieren. Über kleinste Kühlkanäle im Werkzeug sind wir inzwischen in der Lage ein Kühl-Schmiermittel genau dosiert an die Umformpositionen, also zwischen Aktivteil und Werkstoffstahl, zu bringen und so die Temperatur bei konstanten 40 Grad zu halten.
Werkzeugstabilität durch konstruktive Optimierungen
Eine einfache Lösung für mehr Stabilität wäre, die einzelnen Werkzeugelemente etwas grösser und damit stabiler zu dimensionieren. Doch ganz so simpel ist es leider nicht. Denn obwohl die Stufenpressen an sich grosse Anlagen sind, ist auch dort der Bauraum für Werkzeuge begrenzt. Auf einer Presse mit einer Tischlänge von sechs Metern und zwölf Stufen, stehen pro Werkzeug (Schritt) lediglich 500mm zur Verfügung. Vergrössern wir ein Bauteil im Werkzeug, nimmt es also unweigerlich an anderer Stelle Platz weg. Hier galt es die optimale Balance zu finden. Es ist uns gelungen, Aufnahmeschalen und Lagerbolzen der Rollen zu verbessern. Dort kann der entstehende Druck jetzt über mehr Fläche aufgenommen werden. Zudem haben wir auch auf den Lagerbolzen punktgenau Kühlkanäle und Schmiernuten gelegt, damit auf der kompletten Fläche zwischen Rollenbohrung und Lageroberfläche Schmierung stattfindet.
Schneller Aktivteilwechsel während der Produktion
Trotz aller Optimierungen – irgendwann endet auch die Standzeit des modernsten Werkzeugs. Um Aktivteile während der Produktion schnell austauschen zu können, setzt Feintool System Parts bereits seit vielen Jahren auf einen modularen Werkzeugaufbau. Das heisst, wir können lediglich das verschlissene Element austauschen und innerhalb weniger Minuten weiterproduzieren. Das Konzept hat sich bewährt. Es auch bei modernen Rollenwerkzeugen beizubehalten, ist aber keine Selbstverständlichkeit – gilt es doch bereits in der Konstruktion die gestiegene Komplexität der einzelnen Werkzeugelemente zu kompensieren, damit sie weiterhin wie „Kuchenstücke“ jederzeit einzeln eingesetzt und entnommen werden können.
Alles in allem bedeutet Downsizing von Antriebsstrangkomponenten bei Feintool also: Aufrüsten im Werkzeugbau. Doch ich bin überzeugt davon, dass Feintool, genau wie seinerzeit Audi, für sich und seine Kunden einen „Vorsprung durch Technik“ behaupten kann.