Niederhalter

Der Niederhalter klemmt den Blechflansch gegen den Ziehring, während der Stempel das Material in die Form zieht. Er führt das Blech eben zwischen den Werkzeugflächen, bremst den Materialeinzug über Reibung und steuert damit, wie viel Blech aus dem Flansch nachfließt.

Die Aufgabe

Beim Tiefziehen wird der Blechumfang kleiner, während die Platine in die Form einläuft. Das Material im Flansch steht dadurch unter Druckspannung in Umfangsrichtung. Ein freies Blech weicht dieser Spannung aus, indem es sich aufwirft: Es entstehen Falten.

Der Niederhalter unterbindet dieses Ausweichen, indem er den Flansch zwischen zwei Flächen hält. Das Blech kann sich dann nur noch in der Ebene bewegen, also einlaufen. Gleichzeitig erzeugt die Klemmung Reibung, und diese Reibung bremst den Einlauf.

Beide Wirkungen hängen zusammen und lassen sich nicht getrennt einstellen. Genau daraus entsteht der zentrale Zielkonflikt der Ziehoperation.

Der Zielkonflikt

Die Klemmwirkung lässt sich gedanklich zwischen zwei Extremen einordnen:

Zu geringe Wirkung

Das Blech läuft leicht ein, weicht im Flansch aber der Druckspannung aus. Es bilden sich Falten, die in die Zarge mitgezogen werden und dort Abdrücke hinterlassen oder das Werkzeug beschädigen.

Zu hohe Wirkung

Der Flansch ist faltenfrei, aber das Material läuft nicht ausreichend nach. Die bereits eingezogene Zarge muss die Umformung aus der eigenen Fläche aufbringen, dünnt aus und reißt schließlich.

Zwischen beiden liegt das Prozessfenster. Seine Breite ist keine Konstante: Sie hängt von Bauteilgeometrie, Werkstoff, Blechdicke, Schmierung und Werkzeugzustand ab. Ein breites Fenster bedeutet einen robusten Prozess, der Schwankungen in der Serie verträgt; ein schmales Fenster bedeutet, dass bereits eine andere Werkstoffcharge zu Ausschuss führen kann. Das Fenster zu verbreitern ist deshalb ein eigenständiges Planungsziel, nicht allein die Frage, es überhaupt zu treffen.

Grenzen der flächigen Wirkung

Der Niederhalter wirkt auf den gesamten Flansch. Bei einem rotationssymmetrischen Napf ist das angemessen, weil die Umformbedingungen rundum gleich sind. Reale Bauteile sind das nicht: Ein Karosserieteil hat tiefe und flache Bereiche, enge und weite Radien, gerade und stark gekrümmte Konturabschnitte. Der Bedarf an Rückhaltung ist entlang des Umfangs also unterschiedlich.

Eine einzige, über die ganze Fläche gleiche Klemmwirkung kann diesen Bedarf nicht abbilden. Sie ist entweder dort zu schwach, wo viel gehalten werden müsste, oder dort zu stark, wo das Material fließen soll. Deshalb kommen Ziehsicken hinzu: Sie wirken örtlich und differenzieren die Rückhaltung dort, wo der Niederhalter allein zu grob ist. Die Arbeitsteilung lautet also: der Niederhalter stellt das Grundniveau, die Sicken modellieren die Verteilung.

Konstruktive Ausführung

Nach der Art der Krafterzeugung unterscheidet man im Wesentlichen:

• Federnder Niederhalter. Die Klemmwirkung entsteht aus Federn, Gasdruckfedern oder Elastomerelementen im Werkzeug. Einfach aufgebaut und von der Presse unabhängig, aber die Wirkung steigt mit dem Pressenhub an, statt konstant zu bleiben.
• Ziehkissen. Ein in der Presse integriertes, hydraulisch oder pneumatisch angetriebenes System wirkt über Druckbolzen auf den Niederhalter. Die Wirkung lässt sich über den Hub steuern und am Pressensteuerpult verändern, ohne das Werkzeug zu öffnen. Das ist der Regelfall bei Karosserieteilen.
• Mehrpunkt- oder Vielpunktsysteme. Mehrere getrennt ansteuerbare Zylinder erlauben eine über die Fläche unterschiedliche Klemmwirkung. Damit lässt sich ein Teil des Zielkonflikts entschärfen, der sonst über die Sickengestaltung gelöst werden muss.

Die Niederhalterfläche selbst ist Teil der Zusatzform und gehört nicht zum fertigen Bauteil. Nach dem Beschneiden ist von ihr nichts mehr übrig.

Verhalten im Try-out

Die Klemmwirkung gehört zu den wenigen Größen, die sich am fertigen Werkzeug noch verändern lassen, ohne Material abzutragen, bei einem Ziehkissen sogar zwischen zwei Hüben. Sie ist deshalb die erste Stellschraube, an der bei Falten oder Reißern gedreht wird.

Das verleitet dazu, sie als Universalmittel zu behandeln. Tatsächlich ist ihr Spielraum begrenzt: Ist die Zusatzform ungeeignet oder die Sickenverteilung falsch angelegt, lässt sich das über die Klemmwirkung nicht ausgleichen. Man verschiebt dann nur, an welcher Stelle der Fehler auftritt. Ein Prozess, der nur in einem sehr engen Einstellbereich funktioniert, ist ein Hinweis auf ein Problem in der Ziehanlage, nicht auf eine falsche Einstellung.

Die Tragbild-Prüfung der Niederhalterfläche gehört zum Tuschieren: Trägt die Fläche nicht gleichmäßig, verteilt sich die Klemmung ungleich, und das Bauteil zeigt Fehler, die wie ein Einstellproblem aussehen, aber keines sind.

Wie die Niederhalterwirkung im Modell abgebildet und über den Hub gesteuert wird, behandelt die Schwesterseite tiefziehsimulation.de. Diese Seite befindet sich noch im Aufbau.