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 Ifremer entwickelt autonomes Unterwasserfahrzeug zur Untersuchung der Tiefsee
24.02.2017 | Wissenschaftliche Abteilung, Französische Botschaft in der Bundesrepublik Deutschland

nachricht Baukasten-System für die Linienfertigung: Die VL-Baureihe von EMAG
21.02.2017 | EMAG GmbH & Co. KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie