Neuartiges Messverfahren für die Prozesssteuerung von induktiven Erwärmungsvorgängen von Metallen in den teilflüssigen Bereich

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 271002868

Beim Thixoforming werden in den teilflüssigen Bereich erwärmte Werkstücke umgeformt. Teilflüssige Materialien weisen besondere, für die Umformung günstige Eigenschaften auf. Werkstücke für das Thixoforming werden häufig induktiv erwärmt, da diese Art der Erwärmung sowohl hohe Leistungen und Wirkungsgrade als auch eine präzise Steuerung der eingekoppelten Leistung ermöglicht. Herausforderungen bei der induktiven Erwärmung ergeben sich aufgrund der ungleichmäßigen Wärmeeinbringung durch den Skin-Effekt. Dieser macht es schwierig, gerade bei hohen Erwärmungsleistungen einen homogenen Flüssigphasenanteil im Werkstück zu erhalten.Für die Messung des Flüssigphasenanteils wurde eine auf den erfassten Strömen am Induktor basierende Strommessung entwickelt, die auf der bereits bekannten Zeitkonstantenmessung aufbaut. Aufgrund des Skin-Effekts konzentrieren sich die für die Erwärmung verantwortlichen Ströme im Randbereich des Werkstücks. Dies birgt die Gefahr des Abschmelzens der Randbereiche, während das Werkstückinnere noch nicht den für den Umformprozess nötigen Flüssigphasenanteil erreicht hat. Das Abschmelzen der Randbereiche kann durch Messwerterfassung und Überwachung zwar verhindert werden, jedoch ist nicht bekannt wann das Werkstückinnere sich aufgrund von Wärmeleitungseffekten bezüglich des Flüssigphasenanteils angeglichen hat.Ausgehend von den im Randbereich des Werkstücks messbaren Werten für den Flüssigphasenanteil soll, auf Grundlage eines Erwärmungsmodells, auf den Flüssigphasenanteil im Werkstückinneren geschlossen werden. Dabei wird das Modell durch die erfassten Messwerte der entwickelten Messgröße gestützt, um eine möglichst genaue Aussage über die Ausbreitung der Wärmeenergie im Werkstück und die damit verbundenen Aufschmelzvorgänge zu treffen. Dieses Erwärmungsmodell soll in diesem Forschungsvorhaben untersucht und umgesetzt werden.Das Erwärmungsmodell soll zunächst zusammen mit der entwickelten strombasierten Messgröße durch eine offline Auswertung getestet werden. Anschließend werden Messgrößenerfassung und Erwärmungsmodell auf der Anlagenhardware implementiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Armin Lechler