Ultraschallschwingungen beim Tiefziehen: Effizienzsteigerung in der Produktion

Tiefziehen Vibro Draw ermöglicht materialschonendes Ultraschall-Tiefziehen in der Serie

21.02.2025 Quelle: Fraunhofer IWU 2 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

IEF-Werner GmbH

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microsonic GmbH

Ultraschallschwingungen können beim Tiefziehen Reibung reduzieren und damit sowohl Werkzeuge als auch Material schonen. Im Verfahren Vibro Draw ist es dem Fraunhofer IWU gemeinsam mit der Mark Metallwarenfabrik GmbH und der Devad GmbH gelungen, Ultraschallschwingungen bei industrierelevanten Tiefziehprozessen mit Taktzahlen von bis zu 500 Hüben pro Minute wirksam einzukoppeln.

Serienfähig: Tiefziehen mit Ultraschall-Aktorik unter der Matrize.(Bild: Fraunhofer IWU) — Serienfähig: Tiefziehen mit Ultraschall-Aktorik unter der Matrize.
(Bild: Fraunhofer IWU)

Sie finden sich in vielen Haushaltsgeräten, in der Gebäudetechnik, in zahllosen Rohr- und Hydraulikleitungen: kleine, zylindrische Teile, die in Tiefziehprozessen gefertigt werden. Bei der Umformung wird das Material stark belastet, was zu ungewollter Ausdünnung, Oberflächenschäden und sogar zu Rissen führen kann. Abhilfe schaffen Ultraschallschwingungen, die die Reibung im Material und im Kontakt mit den Werkzeugen erheblich reduzieren. Dem Team um M.Sc. Martin Mädlow vom Fraunhofer IWU ist es gelungen, die typischen schlagartigen Belastungen in industriellen Umformprozessen zu beherrschen. Bisher gelang die effektive Nutzung von Ultraschall nur in nahezu statischen Laboraufbauten.

20 Prozent Reibungsreduzierung geschafft

Für die Schwingungsanregung kommen die aktiven Werkzeugteile Stempel und Matrize ebenso infrage wie der Niederhalter, der das Blech während des Umformens in der gewünschten Position hält. Die Forschenden haben sich für die Matrize entschieden; sie hat den größten Anteil an der Relativbewegung beim Umformen. „In der Matrize ist am meisten zu holen. 20 Prozent Reibungsreduzierung haben wir bereits geschafft, sehen aber durchaus noch weiteres Potenzial,“ betont Mädlow.

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Mit identischen Parametern, aber ohne Ultraschall-Unterstützung, kommt es zu einem „Bodenreißer“.(Bild: Fraunhofer IWU)

Das Ultraschall-Tiefziehen macht den Unterschied: mit Ziehverhältnis 2,3 und Schwingungsunterstützung tiefgezogener, etwa 5 cm langer Napf.(Bild: Fraunhofer IWU)

Zwei anstelle von drei konventionellen Umformschritten

Das Umformen erfolgt meist in einer Abfolge mehrerer Stufen. Diese sind durch die vom Werkstück übertragbare Prozesskraft reglementiert. Bei reduzierter Reibung kann in einer einzelnen Stufe deutlich weiter tiefgezogen werden, ohne dass das Material geschädigt wird. So genügen beispielsweise zwei anstelle von drei konventionellen Umformschritten. Reduzierte Reibung bedeutet auch weniger Wärmeeintrag, wodurch höhere Hubzahlen möglich werden, Werkzeugstandzeiten verlängert werden und das Verkoken der eingesetzten Schmierstoffe verhindert wird.

Für einen zügigen Transfer in die unternehmerische Praxis treibt das Fraunhofer IWU seine Aktivitäten nun weiter voran. Aktuell liegt der Fokus auf dem Ultraschall-Tiefziehen von Zellgehäusen, die in Hochvoltspeichern batterieelektrischer Fahrzeuge benötigt werden. Das Ziel sind größere Zellformate, die den Bauraum besser ausnutzen und dank einer gesteigerten Energiedichte für höhere Reichweiten sorgen. Die Anmeldung von Vibro Draw zum Patent (EPA WO2025/012830 A1) ist bereits erfolgt.

Erfolgreiches Vorbild: VibroCut

Vorbild für die Übertragung der Schwingungsanregung auf Tiefziehprozesse ist eine Ausgründung aus dem Fraunhofer IWU: VibroCut setzt auf Schwingungen in Zerspanungsprozessen, um die Bearbeitungskräfte und den Werkzeugverschleiß zu reduzieren.

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Stand: 08.12.2025

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