Ernsbach, Germany,
14
Juni
2022
|
20:26
Europe/Amsterdam

Individuelle Kaltumformteile für multifunktionale Einsatzfälle präzise fertigen

Zusammenfassung

Klassische Verbindungselemente sind meist Kaltumformteile. Doch auch bei komplexen Multifunktions-Bauteilen ist das Verfahren eine Alternative zu den oft teureren spanenden Verfahren wie Drehen. Von der Entwicklungsphase über den Prototypenbau profitieren Konstrukteure und Entwickler von effizienten Prozessen und gelangen so schneller zur Großserienreife.

Text: Annedore Bose-Munde

Unter dem Markennamen Conform entwickelt und produziert die ARNOLD UMFORMTECHNIK GmbH & Co. KG komplexe Kaltumformteile für multifunktionale Einsatzfälle. Bei den Teilen handelt es sich dabei um Lösungen, die mit jedem Kunden individuell für ihre spezielle Anforderung ausgearbeitet werden. Dabei handelt es sich oft um Teile für den Bereich Elektromobilität oder den Leichtbau.

Marius Fallmann, Conform Team Leiter bei ARNOLD UMFORMTECHNIK

Die Anforderungen an die Bauteile werden auch hinsichtlich der Toleranzen immer größer. Wichtig ist es daher, bereits in der Konzept- und Entwicklungsphase beim Kunden dabei zu sein. Das bringt auch für den Kunden den größten Nutzen.

Marius Fallmann, Conform Team Leiter bei ARNOLD UMFORMTECHNIK

Das Bauteil-Design sollte also so gewählt sein, dass die Herstellung kaltumformtechnisch möglich ist. Mitunter ist in bestimmten Fällen noch eine spanende Nachbearbeitung nötig, beispielweise wenn Hohlteile mit einem Innengewinde gefertigt werden. Gleich zu Beginn des Entwicklungsprozesses ist zudem mit Blick auf die Auswahl der Fertigungstechnologie und die anfallenden Kosten eine Kapazitätsbetrachtung wichtig.

Funktionsmuster, die bei ARNOLD in der Entwicklungs- und Konzeptphase gefertigt werden, unterstützen den Prozess. Das heißt: Zur Erstfertigung beziehungsweise zum Start der Serienfertigung liegt das finale Design für die Kaltumformteile bereits vor und es sind keine Änderung mehr nötig.

Aluminium und Kupferbauteile sind gefragt und bergen Herausforderungen 

 

Conform-Teile werden bei ARNOLD UMFORMTECHNIK bereits seit einigen Jahren hergestellt. Verändert hat sich in den vergangenen Jahren dabei das Produktspektrum der gefertigten Teile. „Immer wichtiger werden mit Blick auf die Gewichtsreduzierung und die Leitfähigkeit Aluminiumteile. Und auch Kupferteile sind aufgrund der sehr guten Leitfähigkeit gefragt“, so Fallmann, der seit Anfang dieses Jahres die Teamleitung für den Bereich Conform innehat. Mittlerweile beziehe sich jede dritte Anfrage auf Aluminium oder Kupfer.

Aluminium und Kupfer lassen sich jedoch anders umformen als Stahl, da das Material weicher ist. Das heißt, es können Schlagstellen auftreten und die Einhaltung der Ebenheitsanforderungen wird mitunter schwierig. Das muss bei der Fertigung und auch beim Handling berücksichtigt werden. ARNOLD bietet mit Blick auf die geforderte Qualität daher bei Aluminium und Kupfer optional zum Schüttgut, wie es bei der Bearbeitung von Kaltumformteilen üblich ist, teilweise auch ein Einzelteilhandling.

Zudem ist eine spezifizierte Reinigung für die Aluminium- und Kupferteile erforderlich und auch ein angepasster Oberflächenschutz. Insbesondere bei Kupferteilen gibt es in der Projektphase oft Änderungen und Anpassungen hinsichtlich Oberfläche und Schichtdicke. Zusammen mit den Kunden und Lieferanten entwickelt ARNOLD UMFORMTECHNIK in der Konzeptphase daher eine passende Umsetzung hierfür.

Fertigungsmöglichkeiten, Fertigungsgrenzen und Fertigungserweiterung

 

Die Conform-Produkte werden in der Regel auf Fünf- bis Sieben-Stufen-Pressen hergestellt. Je nach Anforderung an die Geometrie ist dann teilweise nachgelagert noch ein Walzarbeitsgang oder eine spanende Nacharbeit notwendig. Den größten Kostenvorteil gibt es natürlich, wenn alle Anforderungen per Kaltumformung und ohne Nacharbeit erreicht werden können. Conform-Artikel können aus Stahl mit einem maximalen Durchmesser von zirka 30 mm produziert werden, beginnend von einem maximalen Drahtdurchmesser von 20 mm. Bei weicheren Materialien wie Aluminium und Kupfer sind je nach Bauteilgeometrie auch Außendurchmesser größer 30 mm möglich. Die mögliche Länge der Teile ist dabei immer abhängig von den jeweiligen geforderten Durchmessern der Teile. Maximal sind Teile mit zirka 100 mm Länge realisierbar.

Ein weiterer Vorteil für die Conform-Prozesse ist zudem der eigene Werkzeugbau bei ARNOLD UMFORMTECHNIK. Hier wird ein Großteil der Werkzeuge selbst hergestellt. „Dies gibt uns die Chance, kurzfristig zu reagieren und auch in Einzelfällen eine schnelle Durchlaufzeit für ein Neuteil zu generieren“, sagt Marius Fallmann.

Vor allem auch für Aluminium- und Kupferteile wurde in neue Reinigungstechnik - eine Korbwaschanlage - investiert. Die eher weichen Teile werden hier lediglich in Körben geschwenkt, wodurch sie schonend behandelt und Schlagstellen vermieden werden können. Zudem können verschiedene auf das Bauteil ausgelegte Reinigungsprogramme gefahren werden.

Eine Erweiterung des Leistungsangebotes sowohl mit Blick auf das Material als auch mit Blick auf die Dimensionen des Bauteils ist der neue Unternehmens-Bereich Conform Next, an dem die Entwickler von ARNOLD derzeit arbeiten. Dieser fokussiert sich vor allem auf die Umformung von Aluminium- und Kupferteilen mit größeren Dimensionen und komplexeren Geometrien. Die Kapazitäten hierfür entstehen am neuen Fertigungsstandort in Rauhbusch. Derzeit werden für den neuen Conform Next-Bereich die Maschinen weiter entwickelt. Im Ergebnis können dann Teile aus Kupfer und Aluminium mit einem Durchmesser bis zu 50 mm und einer Länge bis zu 120 mm hergestellt werden.

Anwendungsfälle und das Design der Bauteile sind nahezu unbegrenzt

 

Aktuell stehen Anwendungen für die E-Mobilität und den Leichtbau im Fokus von Conform. Doch auch aus dem Bereich Industrie gehen regelmäßig Neuprojekte ein. Und andere und ergänzende Bereiche sind jederzeit denkbar. 

Generell kann mit Conform eine Vielzahl von kostenoptimierten Multifunktionsteilen hergestellt werden. Durch den individuellen Prozess sind die Anwendungsfälle und das Design der Bauteile beinahe unbegrenzt. Prädestiniert für die Anwendung sind zum Beispiel Präzisionsteile, verzahnte Teile, Hohlteile und Muttern sowie Buchsen.

„Glücklicherweise sind wir schon seit vielen Jahren in die verschiedensten Entwicklungsprojekte der großen OEM's involviert. Die ursprünglich prognostizierten Jahresbedarfe wurden schon weit nach oben korrigiert. Deshalb ist die E-Mobilität auch für uns eine Chance, unser Knowhow in diesem Bereich einzubringen“, ergänzt Fallmann.

Aufgrund der Entwicklung hin zur E-Mobilität hat sich laut Fallmann auch der Anfrageprozess entscheidend geändert. „In der Vergangenheit wurden häufig bereits vertraute und bekannte Artikel angefragt. Auch hinsichtlich Oberflächenschutz gab es zum Beispiel definierte Standards mit Zink- oder Zink-Nickel-Oberflächen. Mit der Elektrifizierung kommen nun ganz neue Anforderungen auf die Produkte zu“, sagt er. So seien zum Beispiel die Leitfähigkeit, die Festigkeitsanforderungen der doch eher weichen Werkstoffe Kupfer und Aluminium und die Oberflächenspannungen zu bewerten. Als Alternative zum typischen Reinkupfer bietet ARNOLD zum Beispiel mit dem CuCrZr1 (Kupfer-Chrom-Zirkon) eine Alternative. Durch die Beimischung von Chrom und Zirkon wird die Festigkeit deutlich erhöht, die Leitfähigkeit allerdings dadurch etwas verringert. Außerdem rücken neue Oberflächensysteme wie zum Beispiel Silber oder Zinn in den Fokus. Auch das angepasste Handling sei ein Thema. Und besonders wichtig seien gerade mit Blick auf die Batterie die Dichtheit der Verbindungslösung und das Ausarbeiten von entsprechenden Dichtheitskonzepten.

Der regelmäßige Austausch zwischen Kunde, Lieferant und Hersteller der Verbindungslösung, also ARNOLD UMFORMTECHNIK, ist dabei die Basis für eine technisch fundierte Umsetzung der angefragten Kundenlösung.

Optimale Vorgehensweise bei der Projektbearbeitung

 

„Es ist wichtig, möglichst von Beginn an bei der Themenbearbeitung dabei zu sein, also direkt in der Entwicklungsphase. Ebenso wichtig für uns ist ein direkter Draht zu den technischen Umsetzern beim Kunden“, beschreibt Fallmann die optimale Vorgehensweise bei der Projektbearbeitung. Im Vorfeld der Bewertung sollten außerdem folgende Fragen geklärt sein: Handelt es sich um eine Anwendung für den Innen- oder Außenbereich des Fahrzeuges? Welcher Korrosionsschutz beziehungsweise welche Oberfläche wird gefordert? Gibt es Sauberkeitsanforderungen? Sind Änderungen der Geometrie möglich? Sind Materialänderungen mit Blick auf eine Kaltumformung möglich? Gibt es Dichtflächen und welche sind dies?

Gemeinsam mit dem Angebot erhält der Kunde dann abschließend eine sogenannte Vorschlagszeichnung für die kostenoptimierte Umsetzung sowie eine Herstellbarkeitsbewertung. Optional können Kunden eine begleitende CO2-Kalkulation bereits im Entwicklungsprozess beauftragen. Mit einem eigens entwickelten CO2-Kalkulator kann der sogenannte Product Carbon Footprint für das bei ARNOLD angefragte Teil ermittelt und dann gemeinsam eine Optimierung durchgeführt werden.

Technische und kaufmännische Vorteile für die Kunden

 

Für die Bearbeitung der Conform-Aufträge verfügt ARNOLD UMFORMTECHNIK über einen modernen Maschinenpark. Zur Verfügung stehen Pressen mit bis zu sieben Umformstufen. Auf einzelnen Pressen kann in der letzten Stufe potenziell eine Rollstation eingebaut werden, zum Beispiel um direkt ein Rändel auf der Maschine zu rollen. Ergänzend dazu verfügt Arnold über die passgenaue Reinigungs- und Beschichtungstechnik.

Mit den Conform-Teilen können die ARNOLD-Kunden mit Blick auf Gewichtseinsparungen nicht nur multifunktionale Verbindungselemente beauftragen. Sie können auch vielfältige Vorteile generieren. So sind kundenspezifische Geometrien genauso möglich wie eine individuelle Materialauswahl und ein frühzeitiger Großseriencheck. Neben diesen technischen Vorteilen sind nach Aussage von ARNOLD zudem Kosteneinsparungen von bis zu 80 Prozent möglich sowie eine Reduzierung der Teilevielfalt und des Handlings, eine Verkürzung der Montagezeit und eine Reduktion der Entwicklungszeit durch Fastener Express.

Downloads

ARNOLD GROUP

Die ARNOLD GROUP – BlueFastening Systems

ARNOLD steht international für innovative Verbindungstechnik auf höchstem Niveau. Auf der Basis des langjährigen Know-hows in der Produktion von intelligenten Verbindungselementen und hochkomplexen Fließpressteilen hat sich die ARNOLD GROUP seit mehreren Jahren bereits zu einem umfassenden Anbieter und Entwicklungspartner von komplexen Verbindungssystemen entwickelt. Mit der Positionierung „BlueFastening Systems“ wird diese Entwicklung nun unter einem einheitlichen Dach kontinuierlich weitergeführt. Engineering, Verbindungselemente und Funktionsteile sowie Zuführsysteme und Verarbeitungstechnik aus einer Hand bilden eine einmalige Kombination aus Erfahrung und Know-how – effizient, nachhaltig und international. ARNOLD gehört seit 1994 zur Würth Gruppe.