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t e c h n o l o g i e Ein Beispiel für die Geschwindigkeit, mit der ein solches Projekt realisiert werden kann, sind Belüftungsdüsen für einen PKWHersteller, die aus 30 Einzelteilen bestehen. Ab Startschuss bis zur Produktion der ersten Serienteile braucht es einschließlich Bauteil und Formauslegung lediglich vier Wochen. Nur rund eine weitere Woche wurde für die Veredelungsphase benötigt, die das Bedrucken, Lackieren und Beschriften mittels Laser und die komplette Montage beinhaltete. Mit Aluminium kostenoptimal zur Form „Bei Blasformen für Kunststoffteile sind wir Technologieführer und liefern weltweit“, erläutert Franz Peter Esser, geschäftsführender Gesellschafter der Firma Kremann und Esser in Kierspe. Mit 60 Mitarbeitern beliefert das Unternehmen Kunden aus den Märkten Automobil, Verpackungen und Spielwaren mit anspruchsvollen Formen für die Herstellung von großformatigen Blasformteilen wie Flüssigkeitscontainer, Kraftstofftanks oder KfzLuftkanäle. Bei den hierfür eingesetzten metallischen Serienwerkzeugen stehen die Werkstoffe Aluminium, Stahl und Zink im Wettbewerb. Für Aluminium sprechen dabei Kosten und Geschwindigkeitsvorteile in der Herstellung und im Einsatz. Während die volumenbezogenen Rohmaterialkosten von Aluminium und Stahl für eine Form in etwa vergleichbar seien, liege der Zerspanungsaufwand beim Aluminium um rund 40 bis 50 Prozent niedriger. Neben dem reinen Kostenunterschied spielt auch die Realisierungszeit eine entscheidende Rolle, weil viele der Abnehmer unter enormem Zeitdruck stehen, mit ihren neuen Modellen so schnell wie möglich an den Markt zu kommen. Hier kann der Zeitunterschied zwischen den zehn bis zwölf Wochen, die man früher für die Fertigung einer Form benötigte, und den heute nur noch fünf bis sieben Wochen zum entscheidenden Wettbewerbsvorteil werden. Dank dieser Vorteile stieg die Verwendung von Aluminium bei Kremann und Esser in den letzten 15 Jahren zulasten von Stahl und Zink Großformatige Blasform aus Aluminium in der Werkshalle von Kremann und Esser kontinuierlich an. Beim Zink, das für Formen mit vorgegossener Kavität verwendet wird, sank der Einsatz von früher 120 auf heute nur noch etwa 20 Tonnen pro Jahr. Praxistipps „Zu den wesentlichen Vorteilen des Aluminiums gehört auch die im Vergleich zum Stahl deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit“, erläutert Armand Bayer, Leiter Vertrieb des Geschäftsbereichs Sauer Product der Firma Sauer & Sohn KG in Dieburg. Gerade Bei Sauer Product gefertigte Spritzgießform aus Aluminium Klaus Vollrath für den KunststoffFormenbau hat dies erhebliche Bedeutung, weil die Wärmeleitfähigkeit die Aufheiz und Abkühlgeschwindigkeit und damit die Zykluszeit beeinflusst. Aus der Praxis wird über Zykluszeitverkürzungen von 30 bis 40 Prozent vor allem bei dickwandigeren Kunststoffteilen berichtet. Weitere positive Folge der besseren Wärmeleitfähigkeit ist auch die gleichmäßigere Verteilung der Wärme mit entsprechend positiven Auswirkungen auf Formverzug und Teilegenauigkeit. Obwohl Aluminium von Natur aus weicher und damit auch weniger abriebfest ist als gehärteter Werkzeugstahl, kann dieser Nachteil durch geeignete Oberflächenveredelungen oft so weit ausgeglichen werden, dass ausreichende Standzeiten selbst bei Verarbeitung stärker schleißender Kunststoffe erreicht werden. Hierfür sind unterschiedlichste Verfahren wie Hartanodisieren, Titannitrit Beschichtung, Vernickeln oder Verchromung verfügbar. Zudem gibt es spezielle chemische Überzüge, die das Ausformen erleichtern. Bei Verwendung geeigneter Legierungen können Aluminiumoberflächen zur Erzielung einer ansprechenden Oberflächenstruktur auch tiefgeätzt werden. Aluminium lässt sich problemlos funkenerosiv bearbeiten, wobei mehrfach höhere Abtragraten im Vergleich zur Stahlbearbeitung erzielbar sind. Auch kommt es nicht zur Ausbildung der beim Stahl auftretenden Foto: Sauer & Sohn 66 ALUMINIUM · 11/2008
t e c h n o l o g i e „weißen Schicht“, die extrem hart ist und entsprechenden Polieraufwand verursacht. Eventuell erforderliche Polierarbeiten können daher auf ein Minimum reduziert werden. Bezüglich der Verarbeitungsparameter wird in der Praxis oft folgende Faustregel sowohl für das Senkerodieren als auch für die Drahterosion verwendet: Impulsstrom und Zündstrom je nach Elektrodenfläche und gewünschter Oberflächengüte wie beim Erodieren von Stahl einstellen, jedoch Impulsdauer etwas reduzieren oder stattdessen die Pausendauer leicht erhöhen. Auch der Nachteil, dass Aluminium unmagnetisch ist und sich daher auf den üblichen Planschleifmaschinen nicht magnetisch spannen lässt, lässt sich in der Weise umgehen, dass die Aluminiumplatten mit Stahlleisten umrahmt werden. Alternativ bieten sich VakuumSpannsysteme an. Beim Schleifen sollte man mit reichlich Kühlschmiermittel arbeiten. Vorteilhafte Werkstoffeigenschaften „Wesentliche Voraussetzung des Erfolgs, den Aluminium im Formenbau erzielen konnte, war die Entwicklung hochfester, schweißbarer und spannungsarmer Werkstoffgüten in großen Wanddicken“, erinnert sich Klaus Mechsner, Anwendungsingenieur Platten bei Aleris Aluminum Koblenz GmbH. Mit eigener Gießerei und eigenem Walzwerk stellt das Unternehmen Aluminiumwerkstoffe mit maßgeschneiderten Eigenschaften her. Je nach Wanddicke kommen dabei unterschiedliche Technologien zum Einsatz: Bis zu einer Plattendicke von 250 mm kann gewalzt und gereckt werden, darüber hinaus wird kaltgestaucht. Zur Gewährleistung eines niedrigen Eigenspannungsniveaus – eine wesentliche Voraussetzung zur Minimierung von Verzug nach der Zerspanung – kommt eine Reckanlage mit einer Zugkraft bis 80 MN (8.000 Tonnen) zum Einsatz. Mit Festigkeit und einem niedrigen Eigenspannungsniveau allein ist es jedoch noch nicht getan, darüber hinaus sind noch weitere Eigenschaften wie Zerspanbarkeit, Polierbarkeit und Fotoätzbarkeit zu gewährleisten. Dies Honsel setzt ein Knetgefüge voraus, das nur durch Walzen oder Schmieden erzielt werden kann. Entsprechend den unterschiedlichen Einsatzbereichen im Formenbau wurden drei Legierungen mit entsprechenden Eigenschaftsprofilen entwickelt: Der „klassische“ schweißbare Werkstoff Giantal wird in Dicken bis 1.000 mm hergestellt und erreicht eine Härte von 75 HB. Er zeichnet sich durch niedrige Eigenspannung und eine gute Bearbeitbarkeit aus. Eine mit 130 HB deutlich höhere Festigkeit hat Weldural, eine gut schweißbare Legierung, die sich zudem auch für den Einsatz bei höheren Temperaturen eignet und in Dicken bis 700 mm angeboten wird. Noch höhere Festigkeitsanforderungen erfüllt der Werkstoff Hokotol mit einer Härte von 180 HB, der in Wanddicken bis 300 mm verfügbar ist. Bevorzugtes Einsatzgebiet sind neben besonders hoch beanspruchten Kavitäten auch weitere Komponenten mit hohen Festigkeitsanforderungen wie Formrahmen oder Grundplatten. Flexible Reaktion auf Kundenwünsche „Unsere Stärke ist die schnelle Reaktion auf spezielle Kundenwünsche auch bei kleineren Abnahmemengen und bei Sondergrößen“, erläutert Horst Bütow, Leiter Verkauf des Walzwerks Meschede der Honsel AG. Angesichts der wachsenden Vielfalt an Werkstoffen und der großen Bandbreite an Abmessungen gebe es beim Handel immer mal wieder Engpässe, insbesondere bei weniger häufig gefragten Varianten. Für den Formenbauer, der in der Regel unter enormem Zeitdruck steht, ergebe sich hieraus oft ein regelrechter Notfall. Da die meisten Hersteller ihre Anlagen auf maximale Produktivität und Kosteneffizienz ausgelegt haben, eignen sich diese kaum für die schnelle und wirtschaftliche Herstellung von Kleinmengen. Honsel verfügt dagegen über eine Anlagentechnik, mit der man gerade dieses Marktsegment optimal bedienen kann. So ist das Unternehmen imstande, in kurzer Zeit auch kleine Mengen von deutlich weniger als einer Tonne zu erschmelzen und auf das vom Kunden gewünschte Maß zu walzen – das Ganze zu wettbewerbsfähigen Preisen. Hinzu kommt, dass man auch bei den Abmessungen sehr flexibel agieren kann. Während konventionelle Walzgüten teils nur im festen 10mmRaster angeboten werden, ist man bei Honsel bereit, beim Walzen auch beliebige Zwischenwerte wie zum Beispiel 72 statt 80 mm einzustellen. Das erspart dem Kunden unnötig teure Späne zu erzeugen. Flexibel reagiert man aber auch auf Abnehmer, die für ihr Material gleich eine bearbeitete Oberfläche statt der Walzoberfläche wünschen, und fräst auf Wunsch auch gleich auf die erforderliche Enddicke. Solche HSP Platten (HonselSonderPlan) weisen engste Toleranzen von lediglich ±0,1 mm auf, sodass der Formenbauer nach dem Aufspannen gleich mit dem Fräsen der Kavität anfangen kann. ■ Die H-S-P-Platten (Honsel-Sonder-Plan) weisen engste Toleranzen auf, sodass der Formenbauer gleich mit dem Fräsen der Kavität beginnen kann ALUMINIUM · 11/2008 67
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