Verfahren zur Ermittlung der Wirkungsgradkennfelder von Umformmaschinen als Basis für einen effizienten Energieeinsatz in der Umformtechnik

• Antragsteller: Dr.-Ing. Richard Krimm
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278526223

Der effiziente Einsatz von Energie wird aus ökologischen und ökonomischen Gründen angestrebt. Dies betrifft auch die metallverarbeitende Industrie. Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist die Reduktion des Energieeinsatzes bei der Herstellung von Umformteilen. Potential besteht hinsichtlich des Energiebedarfs der für die Umformung eingesetzten Pressen. Während die theoretische Umformarbeit für die Herstellung eines Teils aufgrund der Geometrie, des Werkstoffes und der Prozessmethode festgelegt ist, wird die tatsächlich aufzuwendende Energie vom Wirkungsgrad der Presse mitbestimmt. Dieser ist abhängig von den Presseneigenschaften wie der Bau- und Antriebsart sowie den Betriebsparametern, wie z. B. die Hubzahl, der Hub, die Einstellung des Stößelgewichtsausgleichs und die Werkzeugschließkraft. Des Weiteren sind der Kraftauslastungsgrad (Verhältnis von Prozesskraft zur Pressennennkraft), der Arbeitsauslastungsgrad (Verhältnis der verrichteten Arbeit pro Hub zur Energiespeichergröße der Presse) sowie der Prozesskraft-Zeit- bzw. Prozesskraft-Stößelweg-Verlauf relevant. Aufgrund der Vielzahl von Parametern ist der Wirkungsgrad von Pressen nur als mehrdimensionales Kennfeld darstellbar. Derzeit ist die Ermittlung des Wirkungsgrades nur für einzelne Betriebszustände möglich. Dies erfordert den aufwändigen Einsatz einer Vielzahl von Versuchswerkzeugen, deren Kompatibilität auf wenige Pressen begrenzt ist. Es existiert keine Methode, mittels welcher das Kennfeld unter Berücksichtigung des Einflusses von Umformprozessen systematisch ermittelt werden kann. Die Gestalt der Kennfelder ist unbekannt. Das Ziel des ersten von zwei Zeiträumen ist daher die Bereitstellung eines Verfahrens zur systematischen Ermittlung der Wirkungsgradkennfelder von Pressen. Es werden Möglichkeiten ergründet, Betriebslasten für Pressen mit Hilfe eines hydraulischen Systems nachzubilden. Die Wirkungsgradkennfelder von drei unterschiedlichen Pressen werden nach der neuen Vorgehensweise ermittelt, um Erkenntnisse über deren Gestalt und Diversität zu erhalten. Mit Hilfe der Forschungsergebnisse aus dem ersten Zeitraum wird es im zweiten Zeitraum möglich, weitere Pressen unterschiedlicher Bau- und Antriebsart zu untersuchen und Aussagen zur Übertragbarkeit von an einzelnen Maschinen festgestellten Zusammenhängen hinsichtlich des Wirkungsgrades zu treffen. Potentiale zur Optimierung werden aufgespürt und Ansätze zu deren Erschließung erarbeitet. Möglichkeiten bestehen in der Zuordnung von Umformprozessen auf die Pressen eines Unternehmens, welche für geplante Prozesse jeweils einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweisen, sowie in der Wahl energetisch günstiger Betriebsparameter. Die angestrebten Ergebnisse tragen dazu bei, den Wirkungsgrad künftig als Bewertungskriterium bei der Beschaffung und der Entwicklung von neuen Pressen stärker als bisher einzubeziehen. Dies steht im Einklang mit der aktuell zunehmenden Bedeutung der Energieeffizienz von Produktionsanlagen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens