Ein neuer Formhärteprozess erzeugt harten Stahl in der Serienproduktion. Der Laser schneidet ihn anschließend präzise. Im Vergleich zu konventionellen Stahlsorten erreichen diese Stähle eine vielfach höhere Zugfestigkeit. Daher kann die Blechdicke reduziert werden, ohne die Strukturfestigkeit zu beeinträchtigen. Zusätzliches Plus: Indem man mehrere Verstärkungsteile in einem Bauteil zusammenfasst und damit die Zahl der Komponenten einer Baugruppe verringert, sinken neben dem Gewicht auch die Fertigungskosten. Inzwischen setzen viele Automobilhersteller und -zulieferer auf die festeren Stähle im Bereich der Fahrzeugstruktur.

Der hohe Nutzen hoch- und höchstfester Stähle fiel den Autobauern allerdings nicht in den Schoß. Vor ihrem Einsatz war die Frage der Umformung zu klären. Die Lösung brachte ein neuer Formhärteprozess: die Warmumformung mit Aushärtung in der Presse. Die in diesem Verfahren hergestellten Teile aus hoch- und höchstfestem Stahl werden vor dem Formen auf eine Temperatur von über 900 °Celsius erhitzt und unmittelbar danach in eine Tiefziehpresse gelegt. Das wassergekühlte Werkzeug der Presse bleibt nach dem Umformen so lange geschlossen, bis das Bauteil geregelt auf etwa 170 °Celsius abgekühlt ist. Da dieser Prozess äußerst schnell abläuft, entsteht eine martensitische Materialstruktur. Das heißt, die Zugfestigkeit des Stahls wird deutlich erhöht.

Wenige Jahre ist es her, dass dieses Verfahren die Automobilproduktion revolutionierte. Ein wichtiger Pionier war Volkswagen. Doch die Warmumformung war nur der erste Schritt zur Lösung. Als weitere Klippe musste der hohe Werkzeugverschleiß beim Beschnitt nach der Umformung umschifft werden. Denn die Beschnittwerkzeuge sind den ausgehärteten Blechen nicht immer gewachsen. Vor allem bei engen Konturen und Schnitten kommt das mechanische Beschneiden nicht in Frage. Im VW-Werk Kassel wusste man darauf ebenfalls eine Antwort: Laserschneiden.
Egal, wie fest das Material ist, der Laser schneidet immer verschleißfrei. Volkswagen investierte in Kassel bislang in 17 Laserzellen für 3-D-Bearbeitung vom Typ LASERCELL 1005. „Weisen die Stähle Festigkeiten von bis zu 1 500 Megapascal auf, gibt es zum Laserschneiden gegenwärtig kaum wirtschaftliche Alternativen", betont Ulrich Schlennstedt, verantwortlicher Planer im Volkswagen-Presswerk Kassel. „Zumal dabei auch die Investitionen in teure Stanz- und Schneidwerkzeuge sowie die zur Produktion erforderlichen Pressen entfallen."

In die Serienfertigung von Karosserieblechen ziehen nun 3-D-Laserschneidanlagen ein. Bisher war hauptsächlich ihre Flexibilität gefragt, die sie in erster Linie bei Prototypen und für Kleinstserien-Fahrzeuge ausspielten. Zwar steht bei den höchstfesten Stählen der verschleißfreie Schnitt im Vordergrund, aber Schlennstedt sieht in der Flexibilität des Lasers einen erwünschten Nebeneffekt: „Bauteile, die mit dem Laser geschnitten werden, können wir schnell und ohne großen Aufwand ändern. Beispielsweise, indem wir einen Schnitt verlegen oder ein zusätzliches Loch einbringen."
Die Anforderungen der Automobilhersteller sind bekannt. Hinsichtlich der Bauteilgenauigkeiten sind Werte zwischen minus null und drei Millimeter gefragt. Sollen die Teile nach dem Laserschneiden gefügt werden oder sind kritische Toleranzen im Hinblick auf die Gesamtmaße der Fahrzeugkarosserie zu berücksichtigen, verkleinern sich die Toleranzen auf bis zu plusminus 0,4 Millimeter. Die hohe Genauigkeit eignet sich hervorragend für das anschließende Fügen mit Lasern. Und das bietet bei höchstfesten Stählen, metallurgisch betrachtet, ebenfalls Vorteile. Wichtig: Schneidgeschwindigkeit und Laserleistung müssen der Art und Dicke des jeweiligen Materials angepasst werden. Andernfalls ist mit Rauheit, Gratbildung oder Einbränden zu rechnen. Oder damit, dass das Material gar nicht getrennt wird. Hier helfen Technologiedaten der Maschinen und das Wissen der Applikationsspezialisten von TRUMPF.

Trotz der vielen Vorteile ist auch die Lasertechnik unter Druck. Der Markt will kürzere Bearbeitungszeiten, damit weniger Anlagen nötig sind. Der Schlüssel zum Erfolg: Prozesse optimieren und die Anlagen weiterentwickeln. Exemplarisch hierfür steht die Zykluszeit der B-Säule des Passat. Die Spezialisten von TRUMPF und VW konnten hier die Schneidzeiten erheblich verbessern. Dabei bieten die neue Prozesstechnik des 3-D-Hochgeschwindigkeits-Laserschneidens mit Plasma und die größere Dynamik der neuen TRUMPF Laserzellen der TruLaser Cell Serie 7000 die Basis für noch schnellere Bearbeitung. Durch den Erfolg der Kasseler macht der Einsatz von Laseranlagen in Presswerken Schule. Die Zufriedenheit von Volkswagen schwappte auch auf Audi über. Das Unternehmen investierte in Ingolstadt für die nächste Generation des Audi A4 in die neuen TRUMPF Anlagen für hochfeste Bauteile. Aber auch die Hersteller mechanischer Werkzeuge ruhen nicht. Folglich können sich die Verarbeiter höchstfester Stähle auf einen weiteren spannenden Wettbewerb der Technologien freuen. Denn: Während einerseits daran gearbeitet wird, die Standzeiten der mechanischen Werkzeuge zu verlängern, steigern andererseits die Laseranlagen das Tempo und punkten durch Flexibilität.