Formhärten Presshärten – Qualität prüfen
Materialprüfung: Probleme und Lösungen
Zugprobe Herstellung | Zugversuch | Härteprüfung
Zugproben herstellen und prüfen
So gelingt die Qualitätssicherung
Die mechanische Belastbarkeit und Materialhomogenität von Autokarosserien sind entscheidend für Sicherheit und Energieeffizienz. Deshalb werden Karosseriebauteile strengen Qualitätsprüfungen unterzogen – insbesondere durch Zugversuche und Härteprüfungen.
In sicherheitskritischen Bereichen wie A-/B-Säulen, Knautschzone und Seitenaufprallschutz setzen Hersteller auf form- und pressgehärtete Hochleistungsstähle wie 22MnB5. Herkömmlicher Stahl wäre hier zu schwer – bis zu 80 kg Mehrgewicht pro Fahrzeug würden den Kraftstoffverbrauch erhöhen.
Die Entnahme geeigneter Proben aus diesen komplex geformten Bauteilen sowie die Herstellung normgerechter Zugproben stellen jedoch eine große Herausforderung dar – denn das Material ist extrem hart, zäh und schwer zu bearbeiten.
Beim Formhärten werden Bleche auf 900 °C erhitzt, geformt und schockartig abgekühlt, wodurch sich die Kristallstruktur verändert. So steigt die Zugfestigkeit auf 1.400 bis 1.600 MPa (Tendenz: 1.800 MPa) – bei geringerem Gewicht.
Unsere spezialisierten Prüflösungen gewährleisten die Qualität dieser innovativen Werkstoffe – für maximale Sicherheit und Effizienz.
Präzise Proben für verlässliche Qualitätssicherung
Um die mechanischen Eigenschaften hochfester 3D-Formteile zu prüfen, werden Zugproben in Hantel- oder Knochenform entnommen und strengen Zug- sowie Härteprüfungen unterzogen. Nur so lassen sich Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnung verlässlich bewerten und die korrekte Härtung sicherstellen. Für Hersteller und Zulieferer ist diese Qualitätssicherung unverzichtbar, um die Produktionsstandards zu gewährleisten.
Entscheidend für präzise Prüfergebnisse ist nicht nur die Zugprüfmaschine, sondern vor allem die Qualität der Proben. Die Herausforderung: Die Entnahmestellen sind oft schwer zugänglich, eng und kurz, während die Proben selbst mit Längen von nur 100 bis 165 mm äußerst kompakt sind. Nur durch exakt entnommene, normgerechte Proben lassen sich zuverlässige Messergebnisse erzielen.
Präzises Heraustrennen der Proben ohne das die Materialkennwerte verfälscht werden – eine Herausforderung
Konventionelles Stanzen, wie es bei weicheren Werkstoffen üblich ist, scheidet für hochfeste 3D-Teile aus, da in der Regel nur Flachstahl gestanzt werden kann. Hinzu kommt, dass normale Umformbleche nur eine Zugfestigkeit von 270-350 MPa aufweisen. Gehärteter Spezialstahl erreicht dagegen 1.400-2.000 MPa. Da Stanzwerkzeuge mit 2.300-2.400 MPa nur eine geringes Härteplus besitzen, stumpfen Stempel und Matrize schnell ab und müssen häufig nachgeschliffen werden, was die Standzeit drastisch reduziert.
Alternative Verfahren wie Fräsen oder Wasserstrahlschneiden scheitern ebenfalls
Fräsen: Zwar gibt es Hartmetallfräser, doch der formgehärtete Werkstoff ist extrem zäh – der Span lässt sich nicht sauber abheben, und das Werkzeug stumpft bereits beim ersten Bearbeitungsschritt innerhalb weniger Minuten ab. Dies führt zu einer unerwünschten Kaltverfestigung der Kanten, wodurch das Material spröder wird. Im Zugversuch verändern sich die Werkstoffeigenschaften und die Probe kann an der falschen Stelle brechen, was die Dehnungsergebnisse verfälscht.
Wasserstrahlschneiden: Mit diesem Verfahren kann die geforderte Rauheit der bearbeiteten Kanten von 6,3 Rz nicht oder nur sehr schwer erreicht werden. Die Probe kann vorzeitig und an der falschen Stelle brechen, was auch zu einer falschen, geringeren Dehnung führt.
Die Lösung: Laserschnitt und Schleifen mit der PSM2000
Als einzig sinnvolles Werkzeug bleibt das Laserschneiden. Der Laser ist in den meisten Fällen ein ohnehin eingesetzter Produktionsschritt zum Besäumen der 3D-Bleche nach dem Umformen und Härten. Er kann zusätzlich die Aufgabe übernehmen, aus einem ebenen Bereich des umgeformten Bauteils eine Zugprobe zu entnehmen. Die Maschine arbeitet schnell, flexibel und vollautomatisch. Allerdings entsteht dabei eine Wärmeeinflusszone: An der Schnittkante wird das Material pro Seite ca. 0,4 mm tief aufgeschmolzen bzw. erhitzt, wodurch eine Wärmeeinflusszone entsteht, die die Materialeigenschaften verändert. Um normgerechte Prüfergebnisse zu gewährleisten, müssen diese veränderten Bereiche durch eine Nachbearbeitung entfernt werden. Nur so bleibt die Dehngrenze (Rp0,2) unverfälscht und die geforderte Dehnung wird erreicht.
Die optimale Lösung zur Endbearbeitung bietet die Schleifmaschine PSM2000, die die Zugprobe präzise konturiert und die wärmebeeinflusste Zone des Laserschnitts zuverlässig entfernt – selbst bei miniaturisierten Zugproben. Die einzigartige Probenschleifmaschinen PSM 2000 von SCHÜTZ+LICHT Prüftechnik GmbH kommen weltweit zum Einsatz – von Europa über Nord- und Südamerika bis nach Indien und Mexiko (VW, OPEL, FORD, MAGNA, COSMA, GESTAMP, SODECIA, VOESTALPINE, BENTELER, GEDIA, SNOP, TWB, BAO STEEL, LINDE&WIEMANN). Sie garantieren eine normgerechte Probenpräparation und verhindern Einflüsse durch thermische Veränderungen, ungleichmäßige Oberflächen oder Formabweichungen in der Messlänge.
Sichere Probenhandhabung: Die richtige Einspannung
Nach der Bearbeitung folgt die nächste Herausforderung: das sichere Einspannen der Proben für den Zugversuch. Aufgrund ihrer Härte und geringen Länge (kürzeste Probe: 100 mm, davon 32 mm für die Kopfbereiche) stoßen herkömmliche Keilspannzeuge schnell an ihre Grenzen. Die anfängliche Klemmkraft reicht oft nicht aus, sodass die Proben unter Belastung einfach durchrutschen. Zudem werden die Spannzähne durch das harte Material schnell stumpf.
GALDABINI hat hierfür eine Lösung entwickelt: das Keilschraubspannzeug, bei dem die Keileinsätze über eine Schraubspindel mit hoher Eindringkraft in die Keiltasche des Spannzeugs gepresst werden. Dadurch entsteht ein deutlich verbesserter Halt – selbst bei extrem festen Materialien. Ergänzend bietet GALDABINI spezielle Feileneinsätze, die selbst hochfeste Proben bis zu 2.100 MPa sicher fixieren.
Zahlreiche namhafte Hersteller wie FORD-Köln, FORD-Saarlouis, FORD-Michigan und JMW Hövelhof setzen auf diese innovative Spanntechnik, um zuverlässige Prüfergebnisse zu gewährleisten.
Keilspannzeug + Pyramidenzähne | Keilschraubspannzeug + Feileneinsätze
Probengrößen und Spannkraftvergleich
Aufgrund der begrenzten Entnahmemöglichkeiten an 3D-geformten Karosserieblechen werden bei der Prüfung formgehärteter Proben in der Regel kleinere Proben eingesetzt:
- ISO6892-1: 12,5×50 Länge 165 mm
und - ISO6892-1: nicht genormt: A30-Probe Länge 100–130mm
******************************************************************** - ASTM A370: 12.5 wide (Länge 165 mm)
und - ASTM A370: 6 mm wide (Länge 100 mm)
******************************************************************** - Die größere ISO 6892-1: 20 × 80 mm (Länge 250 mm) ist bei gehärteten Proben nur in bestimmten Anwendungsfällen üblich, insbesondere bei Lieferanten von Tailored Blanks wie: BAO STEEL (Deutschland – Duisburg | Italien: Tito Scalo, San Gillio) | WORTHINGTON STEEL / BAO STEEL (TWB Monroe – Michigan | TWB Monterrey – Mexiko)
Vergleich der Spannkräfte
Die Spannfläche des Probenkopfes ist entscheidend für die Haltekraft in der Zugprüfung. Hier die Verhältnisse im Vergleich:
| Probenart | Kopfgröße | Spannfläche | Verhältnis zur Standardprobe |
| Standard (20 × 80 mm, selten) | 30 × 50 mm | 1.500 mm² | 1,0 |
| Typische Formhärteprobe | |||
| Standard 12,5 × 50 mm | 20 × 45 mm | 900 mm² | ~1,7-mal mehr Eindringkraft |
| Mini-Zugprobe ASTM 6 mm | 10 × 32 mm | 320 mm² | ~4,7-mal mehr Eindringkraft |
Je kleiner die Spannfläche, desto höher ist die auf die Zähne wirkende Kraft.
Perfekte Kombination für sicheres Spannen
Die innovative Keil-Schraub-Spanntechnologie von GALDABINI sorgt für eine sichere Fixierung selbst härtester und kürzester Zugproben.
✅ Maximale Anfangs-Eindruck-Kraft – die höhere Kraft pro Zahn presst die Spitzen ein – die Keilwirkung beginnt
✅ Ultrascharfe Feileneinsätze – speziell gehärtete Spitzen bieten einen sicheren „Anfangsbiss“ und verbessern die Spannleistung erheblich – auch für Bleche bis 2100 MPa
Warum Keil-Schraub-Spannzeuge überlegen sind
🔹 Höhere Schließkraft – Im Gegensatz zu einfachen Keilspannzeugen, die nur durch eine Feder bewegt werden, nutzt GALDABINI eine Spindel, die die Keilbacken mit hoher Kraft in den Träger presst – ähnlich einem Schraubstock.
🔹 Überlegene Zahngeometrie – Während herkömmliche Spannbacken nur gefräste Pyramiden-Zähne besitzen, setzen wir auf extrem scharfe, gehärtete Feileneinsätze für maximale Haftung.
Hydraulische Lösung für höchste Präzision
Bei hohem Prüfaufkommen sorgen hydraulische Spannzeuge für ergonomische Bedienung und geringen Verschleiß. Doch Standardlösungen haben eine Schwachstelle: Konventionelle Spannköpfe sind aufgrund ihrer Bauform nur für längere Proben geeignet.
Erfolgreiche Warmumformung und Härtung des Bauteils
Um sicherzustellen, dass die Warmumformung und Härtung des Bauteils an allen Stellen erfolgreich war, wird eine Verlaufshärteprüfung durchgeführt. Dabei kommt das Vickers-Härteprüfverfahren zum Einsatz. Für diese Prüfung werden Blechstreifen eingebettet, metallographisch geschliffen und poliert, um die homogene Härtung über die gesamte Länge nachzuweisen. In regelmäßigen Abständen werden Vickers-Härteprüfeindrücke gesetzt und vermessen. Dieser Prozess ist sehr zeitaufwendig und sollte idealerweise mit einer automatisierten Härteprüfmaschine durchgeführt werden. Bei dieser Methode wird ein virtuelles Muster unter einer Übersichtskamera im Overlay grob ausgerichtet und dann alle 3 Sekunden nachjustiert. Anschließend erfolgt das Setzen, Vermessen und Auswerten der Vickers HV10 Härteprüfeindrücke vollautomatisch. Diese Automatisierung spart über 60 Minuten Arbeitszeit im Vergleich zur manuellen Prüfung. Die Ergebnisse müssen innerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegen, da die Zugfestigkeit der Probe direkt mit der Härte korreliert. Die Härte muss über die gesamte Länge der Probe nachweisbar sein, um sicherzustellen, dass das Material durchgängig hart und die Qualität gewährleistet ist.
Die Erfahrung von SCHÜTZ+LICHT zeigt:
Für Zugversuche an formgehärteten Kleinproben aus der Automobilkarosserie sind teure hydraulische Spannzeuge nicht zwingend erforderlich. Ein Keilschraubspannzeug mit gehärteten Spannbacken erfüllt die Anforderungen ebenso – und das zu einem Bruchteil der Kosten.
Für eine zuverlässige Qualitätssicherung von form- und pressgehärteten Bauteilen empfiehlt sich eine durchgängige Lösung, die alle Schritte abdeckt:
✔ Endbearbeitung der Zugproben – Laser-Probenentnahme und Endbearbeitung mit der Probenschleifmaschine PSM2000
✔ Zugversuch – sicheres Spannen und komfortables Prüfen mit einer GALDABINI-Zugprüfmaschine
✔ Metallographischer Schliff – auch hier muss fehlerfrei präpariert werden METKON Metallographie-Präparation
✔ automatische Härteprüfung – reproduzierbare Qualitätskontrolle mit INNOVATEST Vickers-Vollautomaten
Zukunftssichere Qualitätssicherung im Karosseriebau
Form- und Presshärten sind zentrale Verfahren im modernen Automobilbau – von VW bis BMW. Dabei entstehen extrem harte, zähe Materialien, die sich nur per Laser präzise trennen lassen. Eine anschließende Schleifbearbeitung ist essenziell für eine reproduzierbare Prüfung.
Mit der passenden Spanntechnik lassen sich auch kleinste Proben zuverlässig testen. Zudem bietet die Automatisierung der Probenpräparation und Härteprüfung erhebliche Einsparpotenziale – ein klarer Wettbewerbsvorteil für effiziente Qualitätssicherung.
