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An der „Grenze des Machbaren“

Felss Rotaform produziert pro Jahr bis zu 500.000 Crashelemente für die Stoßstange

Sicherheitstechnologie in und am Auto: Das ist häufig eine Frage von Mikrometern. Die betroffenen Bauteile müssen in höchster Genauigkeit produziert werden, um die benötigte Funktionalität garantieren zu können. Ein besonders interessantes Beispiel produzieren derzeit die Umformspezialisten von Felss Rotaform im Auftrag von ZF Friedrichshafen AG. Das Bauteil sorgt dafür, dass bei einem Aufprall Teile der Karosserie und des Antriebs vor Beschädigung geschützt werden. Seine ungewöhnliche Form forderte die Produktionsplaner von Felss Rotaform in mehrfacher Hinsicht heraus.

Auf den ersten Blick sieht das Crashelement wie ein in die Länge gezogener Trichter aus. Es ist auf der einen Seite aufgeweitet, an seinem anderen Ende hingegen etwas verengt. Dazwischen verläuft es gerade. „Das bearbeitete Rohr sieht zunächst nicht besonders spektakulär aus und trotzdem ist seine prozesssichere und effektive Produktion eine echte Herausforderung, von der am Ende sehr viel abhängt“, erklärt Eckhard Morlock, Geschäftsführer von Felss Rotaform in Deutschland am Standort Bretten-Gölshausen (bitte beachten Sie Bild 1).

Wandstärke von großer Bedeutung

Das Bauteil ist Teil einer Konstruktion von ZF Friedrichshafen AG, die Teile der Karosserie und des Antriebs vor Beschädigung schützen. Dabei ist die vordere Stoßstange an zwei der Crashrohre aufgehängt. Bei einem Aufprall von bis zu 16 Stundenkilometern verformen sie sich und absorbieren die Crashenergie. Die Folge: Im Reparaturfall muss nur der Stoßfänger ausgetauscht werden, das Fahrzeug selbst wird vor einem größeren Schaden bewahrt. Die Reparaturkosten bleiben gering und das Fahrzeug wird in eine niedrigere Kaskoklasse eingestuft. Aber auch die Technik des Fahrzeugs profitiert, denn durch die konstant eingestellte Verformungskraft der Crashabsorbers lässt sich die Auslösung der Airbags präzise einstellen.

Die Anforderungen an das Crashrohr selbst und seine Materialbeschaffenheit sind hoch. Im Fall eines Highspeedcrashs darf es genauso wenig wie der Stoßfänger brechen. Nur so lässt sich sicherstellen, dass der Vorderwagen möglichst wenig verformt wird. „Für die innovative Gesamtkonstruktion sind die Wandstärke und Maßhaltigkeit des Rohrs von herausragender Bedeutung. Deshalb sind seine Maße extrem präzise vorgegeben“, so Morlock.

Umformung ist rekursivmoduliert

Hinzu kommt eine Herausforderung, die für die Komponentenfertiger der Normalfall ist, denn pro Jahr entstehen bis zu 500.000 Crashrohre. Was eine großvolumige Produktion also fordert, ist ein hohes Maß an Wiederholgenauigkeit. Produktionstechnisch steht bei Felss Rotaform dabei zunächst das sogenannte frequenzmodulierte Axialformen im Zentrum (bitte beachten Sie Bild 2). Die gesamte Form des Rohrs wird in nur einem Arbeitsgang hergestellt. Damit der Rohling dabei nicht gestaucht wird, werden die Axialkräfte während der Umformung mittels eines von Felss patentierten Verfahrens reduziert. Das Werkzeug wird frequenzmoduliert zugeführt. Dabei verändert sich das Fließverhalten des Werkstoffs und die benötigte Kraft ist um bis zu 40 Prozent geringer.

Oberfläche des Innendorns verändert

„Allerdings müssen wir das Verfahren in diesem Fall sehr genau auf das Bauteil abstimmen“, erklärt Morlock. „Im vorliegenden Fall war es zum Beispiel eine besondere Herausforderung, dass das Rohr an einem Ende beachtlich aufgeweitet wird und sein Material gleichzeitig in die Länge fließen muss. Um ein optimales Fließverhalten sicherstellen zu können, haben wir die Oberflächenbeschaffenheit des Dorns verändert, der sich während der Umformung im Bauteil befindet. Er ist – einfach gesagt – etwas rauer. Das verbessert den Materialfluss.“

Prozesssicheres Verfahren

Umformtechnisch bewegen sich die Rohrspezialisten an der Grenze des Machbaren – weiter als bisher ließe sich das Rohr an seinem trichterförmigen Ende nicht mehr aufweiten. Die Wandstärke des Rohlings setzt hier natürliche Grenzen. Wie schwierig das Verfahren ist, zeigte sich bei einem anderen Zulieferunternehmen, das zuvor im Auftrag von ZF Friedrichshafen AG das Crashrohr im konventionellen Fließpressverfahren produzieren wollte. „Hier kam es zu Mikrorissen im Bauteil, die zum Teil nur schwer zu erkennen sind. Das ist nicht nur bei einem Sicherheitselement inakzeptabel. Wir haben im Rahmen des frequenzmodulierten Umformens einen Weg gefunden, der eine prozesssichere und hoch effektive Produktion garantiert“, so Morlock abschließend.