Zusammenfassung

Die Produktionszykluszeiten beim Automobilstanzprozess werden hauptsächlich durch das Umformverfahren bestimmt: Kaltes Wälzen ist der Industriestandard für hohe Produktionsgeschwindigkeit und erreicht typischerweise 20–60 Hub pro Minute (SPM) , was etwa 1–3 Sekunden pro Bauteil entspricht. Im Gegensatz dazu Heißumformen (Presshärtung) ist deutlich langsamer, da eine Härtezeit im Werkzeug erforderlich ist, und liegt im Durchschnitt bei 10–30 Sekunden pro Zyklus , liefert aber eine höhere Zugfestigkeit für Sicherheitsbauteile.

Für Hersteller wird die Effizienz oft an führenden Unternehmen wie Toyota gemessen, bei denen einzelne Stanzschritte in nur 3 Sekunden . Während das Kaltumformen einen schnellen Durchsatz für Karosserieteile und Strukturbauteile bietet, bleibt das Warmumformen trotz des zeitlichen Nachteils für kritische Säulen und Verstärkungen unverzichtbar. Die Optimierung dieser Zyklen erfordert fortschrittliche Servopressentechnologie und automatisierte Transfersysteme, um die nicht wertschöpfende Handlingzeit zu minimieren.

Kaltumform-Zykluszeiten: Der Standard für hohe Stückzahlen

Das Kaltumformen bleibt die Grundlage der automobilen Serienproduktion und zeichnet sich durch die Herstellung von Bauteilen bei Raumtemperatur mit außergewöhnlicher Geschwindigkeit aus. Bei diesem Verfahren werden Stahl- oder Aluminiumcoils in mechanische oder Servopressen eingespeist, wo sie nacheinander schnell geschnitten, geformt und gestanzt werden. Da kein thermischer Engpass besteht (kein Warten auf das Erhitzen oder Abkühlen des Materials), wird die Zykluszeit lediglich durch die Mechanik der Presse und die Materialzuführgeschwindigkeit begrenzt.

Der Branchenstandard für die Effizienz des Kaltumformens wird oft anhand der Produktionslinien von Toyota genannt. Bei ihrem standardmäßigen vierstufigen Stanzprozess (Ziehen, Schneiden, Biegen und Stanzen) dauert jeder Schritt etwa 3 Sekunden zur Durchführung. Moderne Hochgeschwindigkeits-Tandemlinien und Transferpressen können dies noch weiter vorantreiben. Beispielsweise betreibt die Presshalle der Toyota Motor Manufacturing France ihre Anlagen mit etwa 25 Hub pro Minute (SPM) für Einzelteile, was einer Zykluszeit von nur 2,4 Sekunden pro Hub entspricht. Bei der Herstellung von Doppelteilen (zwei Teile pro Hub) verdoppelt sich die Ausbringungsmenge effektiv, was die enorme Durchsatzkapazität des Kaltumformens zeigt.

Progressive Werkzeug- vs. Transferwerkzeug-Geschwindigkeiten

Innerhalb des Kaltumformens beeinflusst die Werkzeugstrategie die Taktzeit erheblich:

• Stufenstanzung: Dies ist die schnellste Methode, ideal für kleinere, komplexe Teile wie Halterungen und Verbindungselemente. Der Metallstreifen wird kontinuierlich durch ein einzelnes Werkzeug mit mehreren Stationen geführt. Geschwindigkeiten können leicht überschreiten 60–80 SPM da das Teil am Trägerstreifen verbleibt, was eine schnelle, präzise Bewegung ohne komplexe Transfereinrichtungen ermöglicht.
• Transfer-Die-Stanzen: Wird für größere Karosseriebleche und strukturelle Bauteile verwendet, die vom Streifen gelöst werden müssen, um geformt zu werden. Mechanische Transferfinger bewegen das Teil zwischen den Stationen. Obwohl langsamer als das Progressive Stanzverfahren, haben moderne servogesteuerte Transfers die Geschwindigkeiten verbessert, sodass sie sich im 15–30 SPM bereich bewegen und eine Balance zwischen Bauteilgröße und Produktionsgeschwindigkeit schaffen.

Die folgende Tabelle zeigt die typischen Leistungskennzahlen für Kaltumformtechnologien:

Hot-Stamping-Zykluszeiten: Der Kompromiss bei der Festigkeit

Das Hot-Stamping oder Presshärtungsverfahren läuft nach einem grundlegend anderen Zeitplan ab. Bei diesem Verfahren werden Borstahl-Bleche zunächst in einem Ofen auf etwa 900 °C (1.650 °F) erhitzt, bevor sie in eine gekühlte Form überführt werden. Das bestimmende Merkmal dieses Zyklus ist nicht die Umformgeschwindigkeit, sondern die verweildauer die zum Abschrecken erforderlich ist. Das Bauteil muss unter Druck in der geschlossenen Form gehalten werden, während es schnell abkühlt, um die Mikrostruktur in Martensit umzuwandeln und Zugfestigkeiten von bis zu 1.500 MPa zu erreichen.

Diese Abschreckphase verursacht eine erhebliche Engstelle. Ein typischer Hot-Stamping-Zyklus liegt zwischen 10 und 30 Sekunden , was 5 bis 10 mal langsamer ist als das Kaltstempeln. Die Aufschlüsselung eines Standard-Hotstempels sieht typischerweise so aus:

1. Übertragung (Ofen zur Presse): < 3 Sekunden (kritisch, um eine vorzeitige Abkühlung zu verhindern)
2. Umformen: 1–2 Sekunden
3. Auslöschen (Aufbewahren): 515 Sekunden (Hauptzeitkosten)
4. Auswerfen und Entfernen von Teilen: 2–4 Sekunden

Um diese Langsamkeit zu verringern, verwenden Hersteller häufig mehrfach-Hohlraum-Drucke (Ziehen von 2, 4 oder sogar 8 Teilen auf einmal), um die Wirkungsdauer der Teile pro Minute zu erhöhen, auch wenn die Zykluszeit pro Schlag lang bleibt. Die jüngsten Fortschritte bei der Kühlkanalkonstruktion und Werkzeugstahl mit hoher Wärmeleitfähigkeit drücken diese Zeiten langsam nach unten, wobei einige fortschrittliche Linien Zyklen von 810 Sekunden behaupten, obwohl dies noch nicht der weit verbreitete Standard ist.

Kritische Faktoren, die die Produktionsgeschwindigkeit beeinflussen

Neben der grundlegenden Physik des Warm-Kalt-Formings spielen verschiedene technologische Faktoren eine zentrale Rolle bei der Verringerung der Produktionszeit um Sekunden. Die Umstellung von mechanischem auf servopresstechnologie war ein entscheidender Wandel. Im Gegensatz zu einem mechanischen Schwungrad, das mit konstanter Geschwindigkeit läuft, verfügt eine Servopresse über eine programmierbare Stößelbewegung. Ingenieure können die Presse so programmieren, dass sie sich nur während des kritischen Umformvorgangs verlangsamt und während des nicht aktiven Teils des Hubes (Annäherung und Rückzug) schnell beschleunigt. Diese Optimierung kann die Taktzeit im Vergleich zu herkömmlichen mechanischen Pressen um 30–60 % reduzieren.

Automatisierung und Effizienz beim Rüsten sind ebenso entscheidend. In Fertigungen mit hoher Variantenvielfalt ist die „Taktzeit“ nicht allein von der Hubgeschwindigkeit abhängig, sondern von der Verfügbarkeit. Moderne Stanzlinien, wie sie beispielsweise für den Toyota Yaris eingesetzt werden, nutzen automatisierte Werkzeugwechselsysteme und servogesteuerte Greifer, die die Produktion von einem Bauteil auf ein anderes in weniger als 180 Sekunden umstellen können. Diese Möglichkeit des schnellen Werkzeugwechsels (SMED – Single Minute Exchange of Die) stellt sicher, dass die Presse mehr Zeit damit verbringt, Bauteile herzustellen, und weniger Zeit untätig steht.

Um jedoch diese optimierten Taktzeiten zu erreichen, ist ein Partner erforderlich, der das gesamte Spektrum der Fertigung versteht. Shaoyi Metal Technology spezialisiert sich darauf, die Lücke zwischen schnellem Prototyping und Serienproduktion zu schließen. Durch den Einsatz von Pressen mit bis zu 600 Tonnen und IATF-16949-zertifizierter Präzision unterstützen sie Automobilkunden dabei, Designs bereits in der Prototypenphase schnell zu validieren, bevor zur Hochvolumenfertigung übergegangen wird. Dieser integrierte Ansatz ermöglicht es Ingenieuren, Engpässe bei der Taktzeit bereits in der Entwurfsphase zu erkennen und sicherzustellen, dass Komponenten wie Querlenker und Subrahmen hinsichtlich Geschwindigkeit und Qualität optimiert sind, bevor die Serienproduktion beginnt.

Taktzeit vs. Vorlaufzeit vs. Taktzeit

Im Kontext der Automobilfertigung kann „Zeit“ für verschiedene Stakeholder unterschiedliche Bedeutungen haben. Verwechslungen zwischen diesen Begriffen führen oft zu falschen Erwartungen zwischen Entwicklungs- und Einkaufsteams. Es ist entscheidend, Taktzeit von anderen zeitlichen Kennzahlen abzugrenzen.

• Taktzeit (Der Maschinentakt): Dies ist die Zeit, die benötigt wird, um einen Vorgang an einer Einheit abzuschließen. Bei der Stanzung beträgt bei einer Pressengeschwindigkeit von 20 SPM die Zykluszeit 3 Sekunden. Diese Kennzahl ist die Hauptpriorität von Werksleitern und Verfahrensingenieuren, die auf die unmittelbare Effizienz der Produktionslinie achten.
• Durchlaufzeit (Die Wartezeit des Kunden): Sie repräsentiert die Gesamtzeit von der Auftragserteilung bis zur Lieferung. Für ein neues Stanzprojekt umfasst die Durchlaufzeit die Werkzeugkonstruktion, die Herstellung der Stanzen sowie Tests, was typischerweise 8–14 Wochen bei progressiven Stanzen in Anspruch nimmt. Selbst bei bestehenden Teilen beinhaltet die Durchlaufzeit die Planung der Rohstoffbeschaffung und Logistik und wird in Tagen oder Wochen gemessen, nicht in Sekunden.
• Takzeit (Der Bedarfstakt): Die Takzeit wird berechnet, indem die verfügbare Produktionszeit durch den Kundenbedarf geteilt wird. Benötigt ein Kunde 1.000 Teile pro Tag und arbeitet das Werk 1.000 Minuten, beträgt die Takzeit 1 Minute. Die Zykluszeit muss stets kürzer als die Takzeit sein, um Engpässe zu vermeiden.
• Fahrzeug-Durchlaufzeit: Dies ist die Gesamtzeit für die Montage eines kompletten Autos. Zum Vergleich: Während das Stanzen einer Türverkleidung nur Sekunden dauert, beträgt die gesamte Produktionszeit für ein Fahrzeug wie den Toyota Yaris etwa 15 Stunden , wobei der Lackierprozess oft die Hälfte dieser Dauer ausmacht.

Fazit

Um die Taktzeiten in der Automobil-Stanzproduktion zu verstehen, muss man über die reine Stoppuhr hinausgehen und die Prozessanforderungen analysieren. Während das Kaltstanzen die hohe Geschwindigkeit von 20–60 Hub pro Minute (SPM) bietet, die für hochvolumige Außenbauteile erforderlich ist, akzeptiert das Heißstanzen mit 10–30 Sekunden einen langsameren Takt, um die lebensrettende Festigkeit für Sicherheitskäfige zu gewährleisten. Die Entscheidung hängt selten allein von der Geschwindigkeit ab, sondern von der Balance zwischen Materialeigenschaften, Geometrie und Stückzahl.

Für Automobilingenieure liegt der Weg zur Optimierung in der Nutzung von Technologien wie Servopressen und automatisierten Transfersystemen, um die nicht wertschöpfende Zeit zu minimieren. Durch die klare Abgrenzung zwischen Taktzeit und Durchlaufzeit sowie die Auswahl der geeigneten Stanzmethode für die jeweilige Anwendung können Hersteller die synchronisierte Effizienz erreichen, die die moderne Automobilproduktion definiert.

Häufig gestellte Fragen

wie lange dauert der gesamte Stanzprozess für eine Karosserie?

Während einzelne Teile in Sekunden gestanzt werden (typischerweise 1–3 Sekunden pro Schritt), setzt sich eine komplette Karosserie aus Hunderten von gestanzten Teilen zusammen. Eine moderne Presshalle stellt diese Teile in Chargen her. Die eigentliche Zeit, die ein bestimmtes Blech in der Pressenlinie verbringt, ist sehr kurz – oft weniger als 15 Sekunden für einen kompletten 4-Schritt-Tandemlinienprozess – doch die logistische Koordination, um alle notwendigen Teile für ein Fahrzeug zu stanzen, erstreckt sich in der Regel über mehrere Schichten oder Tage des Bestandsaufbaus.

2. Welche typischen Schritte umfasst ein automotives Stanzzyklus?

Eine standardmäßige automobilstanzanlage umfasst typischerweise vier unterschiedliche Schritte: Drawing (Bilden der anfänglichen 3D-Form), Zuschneiden (Abschneiden von überschüssigem Metall), Biegen/Abkanten (Erzeugen präziser Kanten und Steifheit), und Lochen/Nachschlagen (Stanzen von Löchern und Verfeinern der endgültigen Geometrie). Bei einer Tandemanlage erfolgen diese Schritte in separaten Pressen; bei einer Transfer- oder Folgeverbundmatrize laufen sie nacheinander innerhalb eines einzigen Pressensystems ab.

3. Warum ist das Heißumformen viel langsamer als das Kaltumformen?

Beim Heißumformen muss das Metall auf etwa 900 °C erhitzt und anschließend im Werkzeug abgeschreckt werden, um die martensitische Stahlstruktur festzulegen. Diese Abkühlphase, auch „Haltezeit“ genannt, dauert typischerweise 5–15 Sekunden, während denen die Presse geschlossen bleiben muss. Beim Kaltumformen entfällt diese thermische Wartezeit, sodass die Presse so schnell zyklisieren kann, wie es die Mechanik erlaubt.