Werkzeugbau muss neu gedacht werden

Die industrielle Fertigung verändert sich, denn Produkte werden zunehmend kundenindividueller und Losgrößen schrumpfen. An der Universität Siegen entwickelt man innovative Werkzeugkonzepte, um Bauteile flexibler, effizienter und ressourcenschonender produzieren zu können. Das Forschungsprojekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für weitere zwei Jahre gefördert.

Megatrends wie Individualisierung und nachhaltiges Wirtschaften führen zu einer steigenden Nachfrage nach Kleinserienfertigung und damit auch zu einer Transformation in der Fertigungstechnik. Die Umformtechnik steht vor der großen Herausforderung, diesem Wandel durch skalierbare und flexible Fertigungsverfahren und innovative Werkzeugkonzepte zu begegnen.

Seit 2023 fördert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) ein Forschungsprojekt an der Universität Siegen, das sich diesem Thema widmet. Das Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel (Lehrstuhl für Umformtechnik) und Prof. Dr. Ulf Lorenz (Lehrstuhl für Technologiemanagement) erforscht interdisziplinär Methoden zur Flexibilisierung von Biegeverfahren. Nach einer erfolgreichen ersten Förderperiode startet das Projekt „Kinematisches werkzeuggebundenes Profilbiegen durch Transformer-Werkzeuge“ nun in die zweite Phase, die bis 2027 mit rund 568.000 Euro von der DFG gefördert wird.

Bisher eingesetzte starre, massive Umformwerkzeuge sind in ihrer Flexibilität hinsichtlich der realisierbaren Bauteilgeometrien eingeschränkt und nicht nachhaltig ausgelegt. Wie das Bauteil am Ende aussieht, ist in der statischen Werkzeugkontur vorgegeben. Diese Formbindung erfordert für jede neue Geometrie oft ein eigenes Werkzeug. Das ist kosten- und zeitintensiv.

Daraus ergibt sich die Anforderung, Umformwerkzeuge flexibler und skalierbarer zu gestalten. Der Werkzeugbau muss neu gedacht werden. Das Forschungsteam in Siegen entwickelt daher alternative Werkzeugkonzepte. Durch eine segmentierte, verstellbare Bauweise können Werkzeuge flexibilisiert werden, sodass mit einem Werkzeugsatz eine Vielzahl unterschiedlicher Bauteilgeometrien realisiert werden kann. Moderne algorithmische Ansätze, wie mathematische Strukturoptimierungsansätze, werden genutzt, um neue Designs und innovative Methoden in der Werkzeugkonstruktion zu erforschen und in der Ingenieurpraxis zu etablieren. Mit alternativen Werkzeugkonzepten können Bauteile künftig flexibler, effizienter und ressourcenschonender produziert werden, was Zeit, Material und Kosten spart. Die erste Förderphase des DFG-Projekts hat einen bedeutenden Schritt in Richtung anpassungsfähiger Fertigungsprozesse und zukunftsweisender Werkzeugkonzepte gemacht, der in der zweiten Phase weiter vorangetrieben werden soll.

Bei der technischen Umsetzung dieser neuartigen Werkzeuge eröffnet insbesondere der metallpulverbasierte 3D-Druck (additive Fertigung) völlig neue Möglichkeiten zur Funktionalisierung von Werkzeugen. Dieses Verfahren ermöglicht die Realisierung komplexer Geometrien für die Werkzeuge, die mit konventionellen Fertigungsmethoden nicht oder nur mit erheblichem Aufwand umsetzbar wären.

Neben den sogenannten Transformer-Werkzeugen erforscht der Lehrstuhl für Umformtechnik Siegen (UTS) weitere innovative Werkzeugkonzepte mit folgenden Schwerpunkten:

• Holzwerkzeuge

• 24h Werkzeuge (Werkzeuge aus Blechlamellen/geslicte Werkzeuge)

• Sekundärwerkzeuge (Circular-Werkzeuge)

Die langfristige Vision ist die Entwicklung hochflexibler „intelligenter Werkzeuge“, die mit Sensoren und Aktuatoren ausgestattet werden und in der Lage sind, Daten zu erfassen, sich automatisch an wechselnden Anforderungen anzupassen und eigenständig Verstellungen vorzunehmen. Dies führt zu hochflexiblen Fertigungsprozessen.

Weitere Informationen hier. 

Segmentiertes, verstellbares Werkzeug für das Abrollbiegen.

Kontakt:
Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel (Lehrstuhl für Umformtechnik)
E-Mail: bernd.engel@uni-siegen.de
Tel.: 0271 740-2849

Prof. Dr. Ulf Lorenz (Lehrstuhl für Technologiemanagement)
E-Mail: ulf.lorenz@uni-siegen.de
Tel.: 0271 740-5026