Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Industrie 4.0 im Presswerk: Intelligente Presshärtelinie nimmt Forschungsbetrieb auf

12.11.2015

Am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU wurde eine intelligente Presshärtelinie in Betrieb genommen. Mit der am Institut entwickelten Prozesskette soll das geregelte Presshärten im Sinne von Industrie 4.0 anhand seriennaher Bauteile erstmals Realität werden. Das Herzstück ist eine vernetzte Prozessführung über die gesamte Prozesskette hinweg. Mit dieser sollen nicht nur die Taktzeiten verkürzt werden. Die Verbindung aus Zustandsüberwachung der Prozessparameter und Abgleich mit vorher definierten Vorgaben innerhalb einer neuen Software ermöglicht es zudem, auf Prozessschwankungen innerhalb kürzester Zeit zu reagieren und damit Ausschuss zu vermeiden.

Das Presshärten findet seit einigen Jahren verstärkt Anwendung in der Automobilindustrie. Ein Blechhalbzeug wird in einem Ofen auf eine Temperatur von ca. 950 °C erwärmt und während der Formgebung in der Umformpresse abgekühlt.


Presshärtelinie: Kontakterwärmungsanlage, Presse, Handlingsystem und Beschnitt (v.l.n.r).

Fraunhofer IWU

Im Vergleich zu konventionellen Verfahren kann so mit einem reduzierten Materialeinsatz die gleiche bzw. sogar eine höhere Festigkeit von Strukturbauteilen erreicht werden. Die sich daraus ergebenden Leichtbaupotentiale sind nicht nur für die Automobilindustrie, sondern auch für den Landmaschinen-, Sonderfahrzeug-, Schienen-, Schiff- und Luftfahrzeugbau interessant.

Die Prozessregelung ist allerdings aufgrund der Komplexität des Verfahrens, der Vielzahl an Einflussgrößen sowie des derzeit unzureichenden Prozesswissens über die Wirkzusammenhänge noch immer eine große Herausforderung in der seriennahen Anwendung.

Alternative Erwärmung nach dem Bügeleisenprinzip

Als Demonstratorbauteil wurde der untere Teil einer PKW-B-Säule, der sogenannte B-Säulenfuß, ausgewählt. Dieses sicherheitsrelevante Bauteil bietet mit seiner komplexen Geometrie bzw. seiner großen Ziehtiefe die Möglichkeit, über die Grenzen konventioneller Presshärteverfahren hinauszugehen. Die am Fraunhofer IWU aufgebaute Prozesskette setzt sich aus vier Einzelprozessen zusammen.

Die beschnittene Platine wird über ein vollautomatisches Handlingsystem der Erwärmungsanlage zugeführt, die das Bauteil auf 950 °C erwärmt. Bereits hier nutzen die Fraunhofer-Forscher ein alternatives Konzept. Konventionell erfolgt die Erwärmung über Rollenöfen, welche die Platine vergleichsweise langsam erwärmen. Um eine möglichst hohe und zudem lokal variable Aufheizrate zu erzeugen, wurde gemeinsam mit der Firma Schwartz GmbH eine innovative Kontakterwärmungsanlage entwickelt.

»Ähnlich dem Bügeleisenprinzip übertragen gegenüberliegende Bügel- bzw. Formplatten die thermische Energie gezielt und konturnah in bestimmte Bereiche des Werkstücks«, erklärt Frank Schieck, Leiter der Hauptabteilung Blechumformung am Fraunhofer IWU. Die Erwärmungsanlage ist zweistufig ausgelegt, sodass das Blech entweder in mehreren Schritten gleichmäßig oder zonenweise unterschiedlich erwärmt werden kann. Innerhalb der Stufen ist die Temperierung des Bleches in je sechs Bereichen möglich, sodass eine Art thermisches Schachbrett realisierbar ist.

»Damit können wir bereits im Aufheizprozess hohe Festigkeiten gezielt in bestimmte Bereiche der Platine einbringen, was für nachfolgende Beschnittverfahren und das Crashverhalten von Vorteil ist«, so Schieck. Ein ebenfalls am Fraunhofer IWU entwickeltes vollautomatisches Handlingsystem ermöglicht minimale Wärmeverluste und transportiert die Platine durch die gesamte Anlage bis zum Werkzeug in der Presse.

Auch bei der Werkzeugkühlung erproben die Wissenschaftler ein am Institut entwickeltes System. Der Stempel ist in Schalenbauweise konstruiert. In die Matrize ist während des Werkzeuggusses ein Rohrgeflecht eingegossen worden, das nach der mechanischen Finish-Bearbeitung des Werkzeuges das Kühlsystem bildet. In die Oberfläche des Werkzeuggrundkörpers wurden Kanäle gefräst. Der Grundkörper wird mit einer Schale abgedeckt, wodurch sich ein geschlossenes Kühlkanalsystem bildet. Die Kühlung ist nach dem Gegenstromprinzip aufgebaut. Alle Kühlkanäle können separat angesteuert werden. Das macht das System besonders exakt steuerbar. Die Kühlleistung bleibt so konstant.

Der letzte innerhalb der Modellprozesskette umgesetzte Arbeitsschritt ist der Beschnitt des Bauteils. Konventionell werden die Bauteile nach dem Umformvorgang abgelegt und zu Laserschneidanlagen transportiert. Da die Taktzeit des Laserbeschnitts die des eigentlichen Presshärtevorgangs übersteigt, müssen die Bauteile zwischengelagert werden. »Um die Taktzeiten der Prozesskette zu verkürzen und die Energieeffizienz zu verbessern, untersuchen wir mit dem Warmbeschnitt sowie dem Hochgeschwindigkeitsscherschneiden zwei alternative Verfahren, die dem Umformprozess direkt nachgelagert sind«, erklärt Schieck.

Innerhalb der neuen Prozesskette werden relevante Daten zu den Einzelprozessen Handling, Erwärmung, Umformung und Beschnitt über Sensoren erfasst. Hierzu gehören beispielsweise Werkstück- und Werkzeugtemperaturen, Pressenkräfte und Werkstückpositionen. Diese fließen in einer am Fraunhofer IWU entwickelten Software zusammen und werden auf der Grundlage von numerisch und experimentell gestützten Sensitivitätsanalysen verarbeitet. »So können wir den Gesamtprozess informationsseitig abbilden und Aussagen über Wirkzusammenhänge treffen. Weichen Prozessparameter von den Vorgaben ab, können wir über eine steuerungstechnische Anbindung an das Gesamtsystem direkt regulierend eingreifen«, fasst Schieck zusammen. Im Ergebnis soll der Presshärteprozess optimiert und Ausschuss reduziert werden.

Druckfähiges Bildmaterial erhalten Sie im Internet unter: http://www.iwu.fraunhofer.de/de/presse_und_medien.html

Weitere Informationen:

http://www.iwu.fraunhofer.de/de/presse_und_medien.html

Kommunikation | Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Neue Helpline „APP-Programmierung“ bietet Service und Beratung rund um HEIDENHAIN-Software-Lösungen
06.04.2017 | DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH

nachricht Elektrische Spannung: Kaiserslauterer Ingenieure erforschen Versagen bei Kugellagern
28.03.2017 | Technische Universität Kaiserslautern

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Im Focus: Deep inside Galaxy M87

The nearby, giant radio galaxy M87 hosts a supermassive black hole (BH) and is well-known for its bright jet dominating the spectrum over ten orders of magnitude in frequency. Due to its proximity, jet prominence, and the large black hole mass, M87 is the best laboratory for investigating the formation, acceleration, and collimation of relativistic jets. A research team led by Silke Britzen from the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Germany, has found strong indication for turbulent processes connecting the accretion disk and the jet of that galaxy providing insights into the longstanding problem of the origin of astrophysical jets.

Supermassive black holes form some of the most enigmatic phenomena in astrophysics. Their enormous energy output is supposed to be generated by the...

Im Focus: Neu entdeckter Exoplanet könnte bester Kandidat für die Suche nach Leben sein

Supererde in bewohnbarer Zone um aktivitätsschwachen roten Zwergstern gefunden

Ein Exoplanet, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt einen roten Zwergstern umkreist, könnte in naher Zukunft der beste Ort sein, um außerhalb des...

Im Focus: Resistiver Schaltmechanismus aufgeklärt

Sie erlauben energiesparendes Schalten innerhalb von Nanosekunden, und die gespeicherten Informationen bleiben auf Dauer erhalten: ReRAM-Speicher gelten als Hoffnungsträger für die Datenspeicher der Zukunft.

Wie ReRAM-Zellen genau funktionieren, ist jedoch bisher nicht vollständig verstanden. Insbesondere die Details der ablaufenden chemischen Reaktionen geben den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

Licht - ein Werkzeug für die Laborbranche

20.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligenter Werkstattwagen unterstützt Mensch in der Produktion

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2017

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten