Schwankungen in den Materialeigenschaften sowie weiteren Einflussfaktoren führen zu einer signifikanten Erhöhung der Ausschussrate beim Tiefziehen. In der Automobilindustrie führt die Verwendung komplexer Bauteile und höherfester Materialien zu einer Verringerung der Prozessfenster und mehr Ausschuss. Um dem entgegenzuwirken, wurde werkzeugbasierte Sensorik und Aktorik zur Regelung des Tiefziehprozesses entwickelt. Die Entwicklung dieser „intelligenten Werkzeuge" ist jedoch aufwendig und fand wenig praktische Anwendung. Diese Arbeit untersucht, ob durch die zusätzlichen Freiheitsgrade einer 3D-Servo-Presse ein geregelter Tiefziehprozess ermöglicht werden kann, um einen Wechsel zu „intelligenten Umformmaschinen" zu ermöglichen.

Dazu wird ein neuartiger, kardanisch gelagerter Niederhalter entwickelt, der die Anforderungen einer 3D-Servo-Presse berücksichtigt. Dieser erreicht gleichmäßige Druckverteilungen auf dem Flansch, was zu höheren Ziehtiefen und weniger Ausschuss führt. Die Effekte zeigen sich bei rotationssymmetrischen und nichtrotationssymmetrischen Bauteilen. Da die Untersuchungen zunächst ohne Stößelverkippung erfolgten, ergibt sich eine grundsätzliche Übertragbarkeit auf konventionelle Pressen.

Die Analyse der Stößelverkippung der 3D-Servo-Presse als Stellgröße zeigt, dass eine gezielte Beeinflussung der Spannungsverteilung möglich ist. Dies erlaubt eine In-Hub-Regelung des Tiefziehprozesses durch die Freiheitsgrade der Presse ohne zusätzliche Aktoren. Die entwickelten Regelungsansätze wurden erfolgreich an rotationssymmetrischen Näpfen getestet und unterliegen keinen Beschränkungen für eine Übertragung auf komplexere Geometrien.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Regelung von Tiefziehprozessen auf der 3D-Servo-Presse eine kosteneffiziente Alternative zu herkömmlichen intelligentenWerkzeugen darstellt und die Prozesssicherheit erheblich steigern kann.