Projektupdate: „Multi-Cool“ untersucht innovative Kühlprozesse bei mehrstufigen Umformoperationen

Das auf zwei Jahre angelegte Forschungsprojekt „Multi-Cool“ untersucht die Möglichkeiten einer Robustifizierung mehrstufiger Umformprozesse durch die Integration einer aktiven Kühlung. Ziel ist es, die ungewollte Temperaturentwicklung während der Herstellung komplexer Blechbauteile besser zu kontrollieren und damit die Prozesssicherheit und Produktqualität zu verbessern. Bei dem seit Oktober 2023 laufenden Verbundprojekt mit der FKM Sintertechnik GmbH und dem Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen (PtU) der TU Darmstadt, tritt Werner Schmid erstmals als Konsortialführer auf.

Zu Beginn des Projekts wurde der Wärmeeintrag im Umformprozess sowohl experimentell, durch die Einbringung von Thermoelementen, als auch mittels numerischer Simulationen ermittelt, um die Temperaturverläufe in den verschiedenen Phasen des Umformprozesses genau zu bestimmen. Auf dieser Grundlage konnte die temperaturkritischste Umformstufe identifiziert und mit einer aktiven Werkzeugkühlung ausgestattet werden.

In enger Zusammenarbeit mit den Projektpartnern wurde die im Bild dargestellte Kühlung für Stempel und Matrize entwickelt. Die additive Fertigung durch Selektives Laserschmelzen (SLM) ermöglicht dabei eine konturnahe Kühlung, die im Falle des Stempels durch 16 einzelne Kühlkanäle realisiert wird. Dies bietet im Vergleich zu konventionell gefertigten Kühlungen neue Freiheitsgrade und verbessert die Kühlleistung erheblich. Neben der Entwicklung der Kühlung werden auch die Herstellbarkeit und die Wartungsfreundlichkeit berücksichtigt.

Ein weiterer Teil des Projekts ist die Untersuchung geeigneter Wärmebehandlungen und Nachbearbeitungen, um die Belastbarkeit der Werkzeuge weiter zu optimieren. Die ersten Versuchsergebnisse weisen die prinzipielle Machbarkeit additiv gefertigter Werkzeugkomponenten nach und zeigen vielversprechende Perspektiven für deren Einsatz. Während in Versuchsreihen ohne Kühlung Temperaturen von bis zu 120 °C auftraten, führt die additive Variante mit ihrer deutlich höheren Kühlleistung gegenüber konventionell gefertigten Kühlungen zu konstanteren Prozessen und einer signifikanten Reduzierung der Werkzeugtemperatur auf nur noch 35 °C. Hierdurch erhoffen wir uns eine deutlich stabilere und maßgenauere Fertigung, die in den nächsten Versuchsreihen über eine größere Anzahl an Stufen validiert werden soll. Dieses Projekt (HA-Projekt-Nr.: 1482/23-35) wird im Rahmen der Innovationsförderung Hessen aus Mitteln der LOEWE – Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz, Förderlinie 3: KMU-Verbundvorhaben gefördert.