Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Branche Massivumformung mit ihren ca. 250 meist mittelst\u00e4ndischen Unternehmen verarbeitet j\u00e4hrlich ca. 2.400.000 Tonnen Stahl zu St\u00fcckgut. Ein signifikanter Anteil davon wird auf Hammerumformanlagen verarbeitet, die zu der Gruppe der energiegebundenen Maschinen geh\u00f6ren.
\nUmformh\u00e4mmer haben den gro\u00dfen Vorteil, dass mit relativ geringen Investitionskosten sehr gro\u00dfe Umformkr\u00e4fte erreicht werden k\u00f6nnen.
\nZur Herstellung eines Umformbauteils sind allerdings mehrere Schl\u00e4ge erforderlich, eine definierte Werkzeugendlage ist nur durch Aufprallfl\u00e4chen an den Werkzeugen erreichbar.
\nUm auch bei nicht vermeidbaren Prozessstreuungen die gew\u00fcnschte Endlage zu erreichen, muss dem Prozess mehr Energie zugef\u00fchrt werden, als im Idealzustand erforderlich w\u00e4re. Die \u00dcberenergie wird dann beim s.g. Prellschlag \u00fcber die Umformwerkzeuge, das Maschinengestell, die Feder\/D\u00e4mpfer-Einheiten sowie die Bauteildicke abgebaut.
\nDie \u00dcberenergie (auch Prellschlagenergie) f\u00fchrt zu \u00fcberh\u00f6htem Energiebedarf, zu h\u00f6herem Werkzeugverschlei\u00df, h\u00e4ufigen Maschinensch\u00e4den und infolgedessen zu h\u00e4ufigeren Maschinenstill-st\u00e4nden sowie zur Qualit\u00e4tsminderung der gefertigten Bauteile.
\nDie Energieeinstellung durch den Bediener ist heute zu einem wesentlichen Teil subjektiv beeinflusst. <\/p>\n
Ziel des Projektes ist die Entwicklung und modellhafte Validierung eines Steuerungskonzeptes f\u00fcr Hammeranlagen, mit dem durch Messung, Auswertung und Musterinterpretation der Signale f\u00fcr Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung und K\u00f6rperschall des Maschinen- und Werkzeugsystems auf die aktuell ben\u00f6tigte Umformenergie eines jeweiligen Umformteils zur\u00fcckgeschlossen und die Anlage damit so ausgeregelt wird, dass der Prellschlag deutlich reduziert, im Grenzfall g\u00e4nzlich vermieden wird. Durch die damit erreichbare Prim\u00e4renergie- und CO2-Reduzierung wird ein erheblicher Beitrag zur Umweltentlastung geleistet.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie grundlegende Arbeitshypothese des Vorhabens geht davon aus, dass in den Signalen f\u00fcr Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung alle f\u00fcr den Energiehaushalt bedeutsamen Prozessparameter eines Umformprozesses einschlie\u00dflich deren Streuungen als implizites Muster enthalten sind. Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung sind sozusagen die Antwort auf die gerade vorherrschenden Prozessbedingungen, und jede energieverzehrende \u00c4nderung der Prozessparameter finden sich in diesen Signalen wieder.
\nIn einem ersten Schritt erfolgt der Aufbau eines rechnerinternen Ersatzsystems, welches auf Basis von Simulationsrechnungen Sensitivit\u00e4tsanalysen f\u00fcr St\u00f6rgr\u00f6\u00dfen\/-signale und die Entwicklung geeigneter Regelmodelle erm\u00f6glicht.
\nF\u00fcr die Umsetzung der theoretischen Erkenntnisse werden im Laborumfeld Mess-\/Auswertetechniken, Sensoren und Analysemethoden getestet und bewertet.
\nDie Umsetzung und Validierung der Laborergebnisse erfolgt auf Betriebsebene unter Serienbedingungen. Hierbei werden u. a. Applikationskonzepte f\u00fcr Sensoren unter rauen Randbedingungen und Regelmodelle getestet und angepasst.<\/p>\n
Die geplanten Arbeiten im Einzelnen:
\nAP 1\tTheoretische Vorarbeiten
\nAP 2\tUmsetzung auf Laborebene
\nAP 3\tUmsetzung auf Betriebsebene
\nAP 4\tTechnische, wirtschaftliche und \u00f6kologische Bewertung
\nAP 5\tVerallgemeinerung und \u00dcbertragung<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Zu AP1: Das auf Basis der Mehrk\u00f6rpersimulation erstellte Ersatzsystem weist durchaus Potentiale zur L\u00f6sung der beschriebenen Problemstellungen auf. Die Komplexit\u00e4t des Gesamtsystems erfordert jedoch noch umfangreiche, weiterf\u00fchrende Untersuchungen und software-technische Anpassungen\/Erweite-rungen des Ersatzsystems. Der hierzu notwendige Aufwand w\u00fcrde nach derzeitigem Erkenntnisstand ein eigenst\u00e4ndiges Projekt erfordern und ist im Rahmen dieses Vorhabens als einzelner Arbeitspunkt nicht zu leisten.
\nDieser Arbeitspunkt, die Erstellung eines rechnerinternen Ersatzsystems, wurde daher nicht weiter-bearbeitet.<\/p>\n
Zu AP2+3: In praxisrelevanten Laboruntersuchungen und Betriebsanwendungen mit einer ersten Bauteilgruppe wurden f\u00fcr die Identifikation von Prellschl\u00e4gen 3 geeignete Verfahren und die dazu erforderlichen Sensoren ermittelt.
\nDie f\u00fcr eine Regelung des Hammersystems notwendige Erfassung der Intensit\u00e4t der Prellschl\u00e4ge wird von dem Messverfahren Beschleunigung (ein-axial) mit der Sensorposition \u0084Schabotte\u0093 am besten umgesetzt. Die Validierung der Ergebnisse mit einer zweiten Bauteilgruppe mit wesentlich schwereren Bauteilen f\u00fchrte unerwartet zu deutlich abweichenden Ergebnissen. Die H\u00f6he der Beschleunigungswerte ist demnach eventuell kein zuverl\u00e4ssiges Erkennungsmerkmal f\u00fcr Prellschl\u00e4ge! Damit w\u00fcrde das Messverfahren entfallen, welches nach bisherigem Erkenntnisstand die besten Ergebnisse f\u00fcr die Messung der Prellschlagintensit\u00e4t darstellte, denn ohne zuverl\u00e4ssige und genaue Messung der Prellschlagintensit\u00e4t ist keine Regelung des Umformprozesses bez\u00fcglich der Prellschlagenergie m\u00f6glich! Im weiteren Vorgehen des Vorhabens war geplant, erg\u00e4nzende Untersuchungen mit schweren Bauteilen durchzuf\u00fchren. Diese Untersuchungen konnten aus verschieden Gr\u00fcnden (COVID-19-Pandemie, Lieferkettenkrise und Bauteilabrufe, Produktionsplanung, Laufzeitende des Vorhabens) nicht durchgef\u00fchrt werden.
\nDie offenen Fragestellungen der Arbeitshypothese konnten daher im Rahmen dieses Vorhabens nicht gekl\u00e4rt werden.<\/p>\n
Zu AP4+5: Eine technische, wirtschaftliche und \u00f6kologische Bewertung ist zum Abschluss des Vorhabens nur eingeschr\u00e4nkt m\u00f6glich, da die hierzu notwendigen Untersuchungen nicht fertiggestellt werden konnten. So ist zum Beispiel noch nicht endg\u00fcltig gekl\u00e4rt, welche Sensoren f\u00fcr den Aufbau einer Regelstrecke notwendig sind.
\nDie Umsetzung der erzielten Erkenntnisse auf andere Aggregattypen, wie Gegenschlaghammer und Spindelpresse, erscheint realistisch. Alle im Betriebsversuch eingesetzten Sensoren erwiesen sich im Rahmen der Untersuchungen als sehr robust und konnten ohne gro\u00dfen maschinellen Aufwand appliziert werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u0095\tIn 2019 erfolgte die Pr\u00e4sentation der Ergebnisse in der IMU-Faktendatenbank.
\n\u0095\tJahrestagung \u0084Massivumformung\u0093 des IMU, Juni\/2019
\n\u0095\tIn 2023 ist die Verbreitung der Vorhabensergebnisse in nachfolgender Weise vorgesehen: Fachaufsatz in der Zeitschrift massivUMFORMUNG. <\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Arbeitshypothese, die besagt, dass Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Werkzeugsystems und der resultierende K\u00f6rperschall Antwortgr\u00f6\u00dfen auf die gerade vorherrschenden Prozessbedingungen sind, und dass der Umformprozess durch Messung\/Auswertung dieser Signale ausgeregelt werden kann, konnte weder schl\u00fcssig belegt noch ausgeschlossen werden.
\nDie Umsetzung eines anwendbaren und f\u00fcr L\u00f6sungskonzepte einsetzbaren rechnerinternen Ersatzmodells kann mit dem geplanten Aufwand nicht erreicht werden. Mit dem erarbeiteten Mehrk\u00f6rpermodell konnten keine zufriedenstellenden Ergebnisse im Vergleich zu realen Werten erzielt werden, sodass hier weitere Arbeiten auf diesem Gebiet erforderlich sind. Im Laufe des Vorhabens wurde aber deutlich, dass ein solches Ersatzmodell f\u00fcr die Beantwortung grundlegender Fragestellungen fast zwingend notwendig ist, da ansonsten eine gro\u00dfe Anzahl aufwendiger Betriebsuntersuchungen (mit all deren Unw\u00e4gbarkeiten) durchgef\u00fchrt werden m\u00fcssen.
\nDie in den Labor- und Betriebsuntersuchungen ermittelten Verfahren erm\u00f6glichten eine eindeutige Identifikation der Prellschl\u00e4ge. Bei weiterf\u00fchrenden Untersuchungen zur Feststellung der Intensit\u00e4t der Prellschl\u00e4ge, welche f\u00fcr eine Regelung des Prozesses zwingend notwendig sind, wurde in einem Betriebsversuch ein von den bisherigen Erkenntnissen abweichendes Verhalten der Prellschlagmessung ermittelt, welches auch die bisherigen Ergebnisse teilweise in Frage stellte.
\nDiese Unstimmigkeiten konnten aus verschieden Gr\u00fcnden (COVID-19-Pandemie, Bauteilabrufe, Produktionsplanung, Laufzeitende des Vorhabens) im Rahmen dieses Vorhabens nicht mehr gekl\u00e4rt werden.
\nDas Prozesswissen um den hochdynamischen, komplexen Umformvorgang beim Hammerschmieden wurde im Rahmen dieses Vorhabens jedoch wesentlich erweitert. Die erstellte Arbeitshypothese hat weiter Bestand, die Best\u00e4tigung und Umsetzung erfordert noch weiterf\u00fchrende Untersuchungen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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