Konstrukteure dürfen träumen!

Vor allem ist es die Weiterentwicklung des Laserschweißens, die neue Wege der Fertigungstechnologie öffnet. Bisher nutzen aber nur die Automobilhersteller ¿Tailored Blanks¿, also maßgeschneiderte Blech-Platinen als Ausgangsmaterial für Karosserieteile aller Art. Bleche mit unterschiedlicher Dicke, aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt, können aber auch völlig neue Konstruktions- und Fertigungs-Impulse in anderen Branchen geben. Eigenschaften nach Wunsch! Welcher Konstrukteur gerät da nicht ins Schwärmen?

Wie schon so oft, ist es die Automobilindustrie, die als Vorreiter neue Wege beschreitet. Das ist richtig so, denn an deren Entwicklungskapazitäten kommt kaum ein anderes Industrie-Unternehmen heran. Wenn dann aber neue Technologien praxisreif sind, so gilt es auch für andere Branchen, so schnell wie möglich auf diesen Zug aufzuspringen. ¿Tailored Blanks¿ sind maßgeschneiderte Bleche vom Coil, die aus mehreren Streifen unterschiedlicher Materialien bestehen. Diese Streifen werden mit dem Laser- oder Quetschnaht-Schweißen zu breiten Bändern mit unterschiedlichen Eigenschaften verbunden. Eine Technologie, die von der Automobilindustrie seit rund 15 Jahren genutzt wird. Zumal die Schweißnähte kaum auftragen und alle Verformungsarbeiten in Schneid-, Biege- und Ziehwerkzeugen klaglos mitmachen.

So weit ich weiß, hat sich außer der Automobilindustrie nur die Elektrotechnik die möglichen Material- und Oberflächen-Kombinationen zu Nutze gemacht. Werden zum Beispiel Steckkontakte quer zum Band herausgestanzt, so kann es schon sehr von Vorteil sein, auf der Länge des Kontaktes unterschiedliche Eigenschaften zu nutzen. Das geht von der vergoldeten Kontaktfläche am einen Ende bis zur optimalen Lötbarkeit am anderen Ende des Steckers.

Die Zeit bleibt aber nicht stehen und die Tailored Blanks haben heute noch sehr viel mehr zu bieten. Alle Materialien, die sich durch Laser- oder Quetschnaht-Schweißen (das Verfahren muss möglichst schnell sein) verbinden lassen, sind auch kombinierbar. Unterschiedliche Blechdicken stellen kein Problem dar. Alle Oberflächenbeschichtungen, die auf Bandware angeboten werden, sind auch nach diesem Verfahren kombinierbar. Und da der Laser nur einen Millimeter breit seine Naht zieht, wenig Wärme in das Blech einträgt, dürften auch die meisten Ansprüche in Richtung Oberflächenqualität erfüllbar sein.

Das ist aber noch nicht alles, Thyssen Fügetechnik bietet neuerdings maßgeschneiderte Einzelplatinen an. Dabei ist man nicht mehr auf Kombinationen im geraden Streifenformat angewiesen, sondern hat frei wählbare Konturen. Das gibt nun wirklich die große Freiheit! So kann zum Beispiel ein Federbeintopf fürs Auto aus einer Platine geformt werden, in der ein rundes Blech größerer Dicke eingeschweißt ist. Nach dem Umformen liegt das dickere Blech genau dort, wo das Federbein die größten Kräfte einleitet. Ebenfalls typisch ist, dass es niemand einer Autotür ansieht, dass sie aus verschiedenen Blechen besteht. Ganz offensichtlich wird sie aus einem Zuschnitt gepresst ¿ und doch ist das Blech zum Beispiel an der Schloss-Seite 1,75 Millimeter dick, an der Scharnier-Seite 1,2 Millimeter und im Mittelteil nur 0,65 Millimeter.

Große Mengen als Voraussetzung

Wer den Aufwand gesehen hat, die riesigen Hallen voll Anlagentechnik bei Thyssen bestaunen durfte, der begreift schnell, dass hier Einzelstücke und kleine Serien nichts zu suchen haben. Außer an den Steuerpulten ist kaum mal eine Menschenseele zu finden, alles auf höchstem Niveau automatisiert. Das ist kein Wunder, denn der Preis muss stimmen. Wer als Zulieferer für Automobilhersteller arbeitet, der kann ein Lied von deren Kalkulationspraxis singen: Viele haben bis dahin gar nicht geglaubt, dass ein Pfennig noch mehrere Stellen hinter dem Komma haben kann...

Um die Qualität dessen, was dort das Werk verlässt, braucht sich niemand Gedanken zu machen ¿ wegen des hohen Automatisierungsgrades, weil die Autohersteller dort einkaufen, weil die Technologie seit Jahren praxistauglich ist und natürlich auch deshalb, weil alles immer wieder geprüft und dokumentiert wird.

Konsequenzen für die Konstruktion?

Konstrukteure haben immer gern nach neuen Möglichkeiten Ausschau gehalten, doch stehen sie nun mal nicht allein im Unternehmen. Neue Werkstoffe erfordern auch modifizierte Verarbeitungsverfahren, neue Technologien muss man erstmal seinem Produktionsleiter nahe bringen, neues Materialeinsatz-Denken erobert nicht allzu schnell das zustimmende Nicken der Chefetage.

Im Maschinenbau wird von innen nach außen gedacht: Komponenten, Aggregate und Baugruppen montiert man auf ein Trage-Gestell, dann kommen Elektrotechnik und Steuerung hinzu ¿ und ganz zum Schluss wird verkleidet. So war das schon immer!

Weshalb nicht von außen nach innen denken? Ihr Auto liefert ein gutes Beispiel. Die Verkleidung ist gleichzeitig das Trage-Gestell, woran alle Innereien befestigt werden. Die Kunststoffverarbeiter denken ebenso. Wer es nicht glaubt, der soll doch bloß mal ein Home-Handy aufknacken.

Diese umgekehrte Konstruktionsdenke hilft natürlich nicht überall beim Kostensparen. Doch in Verbindung mit den Tailored Blanks kann man getrost an all das denken, bei dem Gewicht, Festigkeit, Optik, Korrosion oder Design eine große Rolle spielen. Hausgeräte könnten sich noch weiter von der Gestell-Bauweise zum Verkleidungs-Träger entwickeln und natürlich mit Blechkombinationen noch günstiger erstellt werden. Bei Geräten der Unterhaltungselektronik ist sicher auch noch was zu machen: Frontplatte gleich fest am Gehäuse, Design ohne Grenzen,...? Stahlmöbel könnte man sich mal unter dem Gesichtspunkt unterschiedlicher Blechdicken, Wegfall vieler Nähte und Design vornehmen. Und bei vielen Kleingeräten, meist ja Massenware, ist es vielleicht sinnvoll, in Gedanken einmal das ¿selbstverständliche¿ Kunststoffgehäuse wegzudenken und durch Metall zu ersetzen.

Schläft der Stahlbau?

Moderne Stahlhallen beeindrucken oft durch atemberaubende Konstruktionen: Ungeahnte Spannweiten, ästhetisches Fachwerk und viel Licht durch Glas. Alles wirkt federleicht, fast, als könnten die Hallen fliegen. Doch wer näher hinschaut, der sieht Doppel-T-Träger, Winkel- und U-Eisen, nur wenige Hohlprofile. Das muss nicht sein!

Wer Doppel-T-Träger einsetzt, der möchte große Biegemomente aufnehmen. Die Dinger sind von der Form her auch für diesen Zweck gut geeignet. Doch das gewaltige Eigengewicht sorgt immer dafür, dass die Träger noch größer ausfallen müssen, als es die Last eigentlich erfordert. Und jetzt, nur mal so als Gedankenspiel: Stellen Sie sich solch ein Ding mal hohl vor. Der Träger kommt vom Coil, Rollen-Umformanlagen geben ihm das Profil, ein Laser schweißt mit Längsnaht den Hohlträger zu, seine Länge ist nur durch die Abmessungen der Halle begrenzt oder richtet sich nach dem, was gerade noch auf Straße oder Wasser transportiert werden kann. Die Zugzone besteht aus festem, zähem Material; die Druckzone aus dickerem Blech, dafür aber Billigware; die neutrale Zone ist so ¿zart¿ wie möglich ausgelegt. Das Ganze ist innen und außen sicher vor Korrosion geschützt, wenn Sie wollen sogar fix und fertig lackiert.

Können Sie sich vorstellen, was solche Träger bei sehr geringem Eigengewicht zu tragen vermögen? Sie würden ¿ wenn es sie gäbe ¿ sehr schnell die ¿Eisen-Vernichtungsvarianten¿ von Doppel-T-Trägern, Winkel- und U-Eisen ablösen. Sogar viele der bisherigen Stahl-Hohlprofile würden vom Markt verschwinden, da der Innen-Korrosionsschutz zu problematisch ist und sie natürlich bei gleichem Gewicht viel zu wenig tragen könnten. Und das Ganze gäbe es zu einem Preis, der noch unter dem Voll-Eisenträger läge ¿ zumindest dann, wenn Transportkosten, Verzinken und Lackieren mit eingerechnet würden.

Unter diesen Gesichtspunkten sollte sich der Stahlbau auch einmal große Regalsysteme und Baugerüste ansehen: Weniger Gewicht und gewaltige Stabilität, das sind doch verlockende Aussichten. Auch der Brückenbau und die großen Werften hätten mit Sicherheit Interesse. Und wenn ich aus dem Fenster schaue, dann hebt da gerade ein Autokran irgendwelche Sendemasten auf ein Hochhausdach. Solche Krane könnten bei weniger Eigengewicht...

Dann ist da noch ein Hobby-Bereich, der uns Tendenzen aufzeigt, die in den Konstruktionsbüros nachdenklich stimmen sollten. Die High-Tech-Fahrräder gingen vom Stahlrahmen zum Aluminium, dann von der Glasfaser zur Kohlefaser, und neuerdings wieder zum Stahlrahmen. Der hat allerdings nichts mehr mit irgendwelchen zusammengebratenen Stahlrohren zu tun, sondern zeigt eher Verwandtschaft zu Werkzeug- oder Federstählen, die mit ausgefeilter Löttechnik (Temperatur, Gefügeveränderungen) verbunden werden.

Solche Entwicklungen sollten vor allem die Luftfahrzeugbauer interessieren. Denn die sind so auf Aluminium und Kohlefaser fixiert, dass Stahl in deren Köpfen gar nicht mehr vorkommt. Wenn Sie das einmal gesehen hätten, was die Flugzeugtechniker mit einem Aluminiumblech anstellen, um es anforderungsgerecht auf Dicke zu bekommen ¿ Sie würden es kaum glauben! Die hängen riesige Aluminiumbleche in Beizbäder, ziehen die dann zeitgesteuert wieder heraus, und trimmen so die Blechdicke auf ¿gleichmäßig abnehmend¿. Muss nun partiell etwas abgetragen werden, so geht man vom dicken Blech aus, trägt Abdeckpasten dort auf, wo die Beize nicht angreifen soll, taucht dann in Bäder ein ¿ und vernichtet sehr viel teures Aluminium in Beizbädern, die dann wieder mit unvorstellbarem Aufwand (Umweltschutz!) vom Aluminium befreit werden müssen. Solches Vorgehen im Automobilbau? Wir könnten die Dinger nicht mehr bezahlen!

Tolle Aussichten! Aber...

Zwei gravierende Probleme stehen der ganzen Geschichte noch im Wege. Die erste Hürde ist der Anfang: Wer sorgt für den Bedarf an Verbund-Profilen? Die gibt es nämlich noch nicht und so lange niemand den ersten Auftrag erteilt, die Praxistauglichkeit beweist, damit Einsparungen erzielt, wird es sie auch nicht geben ¿ oder nur zu einem Preis, der jenseits der Schmerzgrenze liegt. Ausschließlich extrem großer Bedarf macht dies Technologie bezahlbar und irgendwann sogar billig.

Das zweite Problem ist ganz einfacher Natur: Wenn auf solch ein schwarz lackiertes Profil die Sonne scheint, dann machen sich die unterschiedlichen Materialien mit ihren verschiedenen E-Modulen als Krümmung sichtbar! Aber auch das ist sicherlich eine lösbare Aufgabe (selbst wenn ich im Augenblick noch nicht einmal den Schimmer einer Ahnung habe). Denken Sie nur einmal an die Bahngleise, die man hunderte von Jahren wegen ihrer Längendehnung nicht verschweißen konnte ¿ und plötzlich ging es dann doch, ohne dass sie im Sommer mitsamt Schwellen in Richtung Himmel schnellen.

Vieles von dem, was wir uns vor zehn Jahren nicht hätten träumen lassen, ist heute selbstverständlich. Und es waren immer die ¿Spinner¿, die Pionierarbeit leisteten. Mal sehen, wer auf diesem Gebiet den Weg als Erster beschreitet? Mich jedenfalls freut es ganz besonders, dass es in diesem Fall die Verbindungstechnik ist, die den Konstrukteuren neue Wege erschließt.

Dieter Capelle / Februar 2000

Links: http://www.thyssen-krupp-stahl.com