Das meist verbreitetste Verfahren der Massivumformung ist Gesenkschmieden mit Grat. Ein Ziel der Industrie ist es diesen Grat zu reduzieren. Bei geometrisch komplizierten Teilen wie Kurbelwellen kann die Gratreduzierung durch gratloses Vorformen und gratreduziertes Fertigschmieden erreicht werden. Eine entsprechende Prozessauslegung ist jedoch deutlich komplizierter und es können Fehler wie unzureichende Formfüllung auftreten. Eine bewegliche, gesteuerte Gratbahn ermöglicht eine Veränderung des Materialflusses und eine verbesserte Formfüllung. In dieser Veröffentlichung wird das gratlose Vorformen für Kurbelwellen unter Einsatz einer gesteuerten Gratbahn beschrieben.
Schmieden, Werkzeugkonstruktion, Stofffluss, FEM, Gratbahn
Beim Schmieden geometrisch komplizierter Teile wie Kurbelwellen ist ein Überschuss an Material (Grat) notwendig, um Teile guter Qualität erzeugen zu können. Die Materialausnutzung liegt zwischen 60 % und 80 %. Jedoch machen die Materialkosten beim Schmieden bis zu 50 % der gesamten Produktionskosten aus. Durch Verringerung des Gratanteils können die Materialverbrauch und die Produktionskosten in Schmiedeprozessen beträchtlich verringert werden. Für die Reduktion des Gratanteils einer Kurbelwelle, war die Entwicklung einer neuen Schmiedeabfolge notwendig. Diese Entwicklung wurde für eine industrielle Zweizylinder-Kurbelwelle durchgeführt, basierend auf Finite-Elemente-Analyse (FEA) Simulationen. Die neue Stadienfolge besteht aus drei gratlosen Vorformoperationen, einer induktive Wiedererwärmung gefolgt von einem mehrdirektionalen Schmieden und Fertigschmieden. Durch diese Stadienfolge wurde der Gratanteil von 54 % auf 10 % gesenkt. Aufgrund der hohen Gratreduktion kann von nun an Material und Energie gespart werden, wodurch die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens zunimmt.
Schmieden, FEM, Gratreduzierung, mehrdirektionales Schmieden, Ressourceneffizienz
Die Einhaltung der Liefertreue unter hohem Kostendruck kann durch die Optimierung der innerbetrieblichen Werkzeugversorgung erfolgen. Im Rahmen des Transferprojekts 13 des Sonderforschungsbereichs 489 wurde am Beispiel der Schmiedeindustrie ein mathematisches Modell entwickelt, welches den für die Produktion benötigten Mindestbestand an Schmiedewerkzeugen unter Berücksichtigung des Werkzeugbereitstellungsverzugs bestimmt.
Produktionsplanung und -steuerung, Werkzeugbestandscontrolling, Servicegrad, Betriebsmittelmanagemen
Je komplizierter eine Schmiedegeometrie ist, desto mehr Grat ist notwendig, um Formfüllung und ein fehlerfreies Schmiedeteil zu erreichen. Die meisten kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) schmieden viele unterschiedliche Teile in kleinen und mittleren Losgrößen und können nicht den hohen Aufwand betreiben, um effizientere Schmiedeverfahren zu entwickeln. Im Paper wird die Entwicklung einer ressourceneffizienten Schmiedeprozesskette für Kurbelwellen dargestellt. Die Stadienfolge besteht aus gratlosen Vorformschritten und einem gratreduzierten Fertigschmiedeschritt. Die Werkzeuge wurden entwickelt, um auf industriell genutzten, schnellen mechanischen Pressen zu funktionieren. Die letzte der vier gratlosen Vorformschritte ist eine mehrdirektionale Ausformung der Kurbelwangen und Versetzen der Lagerstellen. Um die Schmiedekräfte auf einem niedrigen Niveau zu halten und ein stabiles Schmiedeverfahren zu ermöglichen wurde eine Zwischenerwärmung mittels Induktion der Vorformteile vor dem mehrdirektionalen Schmieden entwickelt. Die Kurbelwellen wurden erfolgreich mit einem reduzierten Gratanteil von weniger als 10% geschmiedet.
Schmieden, Grat, Induktive Erwärmung, Vorform, Kurbelwelle
In dem Vortrag wurde das IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH mit seinen drei Arbeitsgebieten Umformtechnik, Logistik und Automatisierungstechnik vorgestellt. Forschungs- und Beratungsschwerpunkte des Instituts wurden an Praxisbeispielen diskutiert. Außerdem wurden das Thema Industrie 4.0 sowie aktuelle Forschungsprojekte in diesem Themenfeld erläutert.
Industrie 4.0, Automatisierungstechnik, Logistik
Durch die Integration von erneuerbaren Energien in den Energiemix schwanken die Strompreise teils deutlich. Mit zeitvariablen Tarifen in Verbindung mit einer entsprechenden Fertigungssteuerung können sich Energiekosten erheblich reduzieren lassen. Am IPH in Hannover ist jetzt ein Tarifmodell entstanden, dass die Anforderungen kleiner und mittelständischer Betriebe berücksichtigt.
Energiekosten, Stromtarif, Fertigungssteuerung, Erneuerbare Energien
In dem vorliegenden Beitrag wird ein Ansatz zur Integration von Energiekosten in bestehende Fertigungssteuerungsverfahren vorgestellt. Das entwickelte Verfahren basiert auf dem Ansatz der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe (BOA) und berücksichtigt schwankende Strompreise aufgrund der zunehmenden Einspeisung regenerativer Energien in das Stromnetz. Die Weiterentwicklung ermöglicht besonders kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) die Einsparung von Energiekosten durch organisatorische Maßnahmen der Fertigungssteuerung ohne kapitalintensive Investitionen.
Fertigungssteuerung, Energiekosten, Belastungsorientierte Auftragsfreigabe, Werkstattfertigung
Das Winkeldifferenzprinzip ermöglicht das gleichzeitige Messen des relativen und absoluten Drehwinkels sowie des Drehmoments. Hierzu wird die Torsion einer Drehwelle, die infolge des Drehmoments entsteht, über die Differenz von zwei Winkeln erfasst und in das Drehmoment umgerechnet. Heutige Messeinrichtungen verwenden Codierscheiben oder zusätzliche Torsionswellen. Auf die Codierscheiben wird eine inkrementelle oder absolute Maßverkörperung aufgebracht. Torsionswellen werden häufig benutzt, um den Verdrehwinkel der Welle, der infolge der Torsion entsteht, zu vergrößern. Aktuelle Messmethoden zur Drehwinkel- und Drehmomentmessung werden beschrieben.
Winkeldifferenzprinzip, Drehwinkelmessung, Drehmomentmessung
Der Beitrag beschäftigt sich mit Technologietrends in der Logistik und zeigt ein User-Interface mit der Fokussierung auf Sprachsteuerungen für den Einsatz bei fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF). Darüber hinaus wird eine multimodale Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) vorgestellt, die über Spracherkennung und Elektroenzephalographie (EEG) die Möglichkeit zur Kommunikation und Steuerung von FTF bietet. Es wird gezeigt, welche Potenziale durch die Fusionierung von akustischen Sprachsignalen und der nichtinvasiven Aufnahme von Gehirnstromwellen mittels EEG-Headsets zur Verfügung stehen. Durch das Detektieren des kognitiven und emotionalen Zustands des Bedieners aus den Signalverläufen des EEG wie bspw. Aufmerksamkeit und mentale Anstrengung soll eine intelligente MMI realisiert werden. Dadurch können in Zukunft Dialoge zwischen Mensch und Maschine effizienter gestaltet und die Eingabe von Fehlzuweisungen, bspw. durch erneutes Abfragen einer Bestätigung bei erkannter Unaufmerksamkeit, minimiert werden. In dem Beitrag werden erste Erkenntnisse gezeigt. Abschließend wird ein Ausblick auf kommende Untersuchungen gegeben.
Fahrerlose Transportsysteme, fahrerlose Transportfahrzeuge, Sprachsteuerung, EEG
In dem Vortrag wurde das IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH mit seinen drei Arbeitsgebieten Umformtechnik, Logistik und Automatisierungstechnik vorgestellt. Forschungs- und Beratungsschwerpunkte des Instituts wurden an Praxisbeispielen diskutiert. Außerdem wurden das Thema Industrie 4.0 sowie aktuelle Forschungsprojekte in diesem Themenfeld erläutert.
Industrie 4.0, Automatisierungstechnik, Logistik
Unter kognitiven technischen Systemen werden im Rahmen von Industrie 4.0 Systeme verstanden, die ihre Funktionalität flexibel und vollkommen individuell auf die spezifischen Anforderungen eines Bedieners oder eines Produkts anpassen können. Technische Systeme bilden kognitive Fähigkeit über eine große Bandbreite von intelligenter Sensorik ab. In diesem Vortrag werden Beispiele für kognitive Systeme aus der Intralogistik aufgezeigt.
Intralogistik, kognitives System, Sensorik, Industrie 4.0
Kolben für Verbrennungsmotoren bestehen in der Regel aus Aluminium. Die steigenden Anforderungen an Effizienz und Leistung in Kfz-Motoren können durch die Verwendung von Stahlkolben erfüllt werden, die wahrscheinlich in der Automobilindustrie in den nächsten Jahren eingesetzt werden. Kolben sind meist geschmiedet und eine teure Bearbeitung ist notwendig, um sie einbaufertig zu finalisieren. In der Regel wird ein eindirektionales Schmiedeverfahren angewendet. Mit diesem ist es nicht möglich, Hinterschnitte zu schmieden. Bei Kolben ist die Kolbenbolzenbohrung ein solcher Hinterschnitt. Mit Hilfe des mehrdirektionalen Schmiedens ist ein Hinterschnittschmieden möglich und ein Vorformen der Kolbenbolzenbohrung kann realisiert werden. Zum einen führt dieses zu einer verbesserten Materialausnutzung und zum anderen wird die nachfolgende mechanische Bearbeitung vereinfacht aufgrund einer leichteren Positionierung des Schmiedeteils. Derzeit sind entsprechende Schmiedewerkzeuge in der Entwicklung. Sie werden in einer industriellen Umgebung auf einer Exzenterpresse getestet. Die Schmiedeteile werden anschließend bezüglich Qualität sowie die Werkzeuge hinsichtlich Verschleißes geprüft und final die Wirtschaftlichkeit dieses neuen Verfahrens analysiert.
Kolben, Stahl, Schmieden, Kolbenbolzenbohrung, Hinterschnitt, mehrdirektional
Schmiedeunternehmen sind häufig Zulieferer der Automobilindustrie, die durch die implementierten Prinzipien der Just-In-Time Produktion besonders hohe Anforderungen an die Logistikleistung (Mengen- und Termintreue) ihrer Zulieferer stellt. Darüber hinaus ist der Kostendruck in dieser Branche sehr hoch, sodass Schmiedeunternehmen bestrebt sind, ihre Logistikkosten zu minimieren. Eine der Einflussgrößen auf diese Logistikkosten ist die Höhe des in einem Unternehmen vorhandenen Werkzeugbestands. Da die Werkzeugkosten einen hohen Anteil an den Produktkosten haben, birgt die strategische Positionierung zwischen Logistikleistung und -kosten in der Schmiedeindustrie ein großes Potential. Während jedoch eine zu geringe Anzahl an Werkzeugen zu Wartezeiten in der Produktion und häufigerem Rüsten durch Losteilung sowie einer damit einhergehenden Rüstzeiterhöhung von bis zu 30 % führen kann, ist eine mögliche Folge zu hoher Werkzeugbestände die Erhöhung von Prozessunsicherheiten durch eine verlängerte und stärker streuende Kreislaufdurchlaufzeit. Im Folgenden wird ein strukturierter Ansatz zur Positionierung der Werkzeugversorgung zwischen Logistikleistung und -kosten vorgestellt.
Produktionsplanung und -steuerung, Werkzeugbestandscontrolling, Servicegrad, Betriebsmittelmanagemen
In diesem Paper wird der Vergleich der Simulationen der Querkeilwalzprozesse mit echten Versuchen mit flachen Querkeilwalzwerkzeugen vorgestellt. Die untersuchten Materialien sind Titan und bainitischer Edelstahl. Erste Simulationen wurden verwendet, um die geeigneten Parameter-Kombinationen für die untersuchten Materialien herauszuarbeiten. Anschließend wurden mit diesen Parametern, und zusätzlich mit einigen Variationen, Werkzeuge hergestellt, um ein Parameterfeld um diesen Bereich zu untersuchen. Der Zweck dieser Untersuchungen ist es, geometrische und Prozessparameter, mit denen ein stabiler Querkeilwalzprozess für bainitischen Stahl und Titan möglich ist, zu finden.
Querkeilwalzen, Bainitischer Edelstahl, Titan, FE-Simulationen
Für produzierende Unternehmen stellt der Produktionsanlauf oft eine erfolgskritische Phase dar, die es effizient zu planen und überwachen gilt. Mit einem Reifegradmodell kann eine Aussage über die Güte der Prozesse im Produktionsanlauf anhand beschreibender Kennzahlen erfolgen. Dazu werden die Kennzahlausprägungen in Reifegradstufen eingeteilt. Anhand von Aggregationsebenen kann ein Soll-Ist-Vergleich anhand einer Spitzenkennzahl vorgenommen werden.
Anlaufmanagement, Produktionsanlauf, Reifegradmodell, Aggregationslogik
Die Basis des Toyota-Produktionssystems, und damit auch Grundphilosophie Ganzheitlicher Produktionssysteme, ist die absolute Eliminierung von Verschwendung. Visuelles Management unterstützt diesen Prozess im Unternehmen. Es dient dazu, Abweichungen von einem festgelegten Standard sichtbar zu machen. Abweichungen vom Standard sind als Hinweis auf Probleme zu verstehen, die es im Sinne der kontinuierlichen Verbesserung zu beheben und den verbesserten Prozess zu standardisieren gilt. Der Beitrag beschreibt die Grundlagen des Visuellen Managements und geht auf ausgewählte Methoden ein (z. B. 5S). Im Anschluss wird die Umsetzung anhand eines Praxisbeispiels der Siemens AG beschrieben.
Visuelles Management, Ganzheitliche Produktionssysteme, Lean Production, schlanke Produktion
Die Montagesteuerung muss bei Störungen im Ablauf einer Baustellenmontage, wie zum Beispiel einem defekten Werkzeug, kurzfristig reagieren, um negative Folgen, wie Lieferverzögerungen oder Zusatzkosten, zu vermeiden. Es wird eine Methode beschrieben, die auf Basis strukturierter Montagepläne und mit Hilfe einer statistischen Online-Simulation schnell verschiedene Handlungsoptionen identifiziert und bewertet. Aufbau und Ablauf der dafür entwickelten Simulation sind weiterer Gegenstand dieses Artikels.
Montagesteuerung, Simulation, Produktionsplanung und -steuerung, Störungsmanagement
Die Verringerung des Werkzeugverschleißes ist ein effektiver Weg, um Kosten in der Massivumformung einzusparen. Um die Standzeit der Werkzeuge zu verlängern werden daher spezielle Beschichtungen und Wärmebehandlungen eingesetzt. Diamond like Carbon (DLC) Schichten zeigen eine hohe Härte und sehr gute Reibeigenschaften. Aufgrund des Verhaltens bei hohen Temperaturen sind diese Schichten für die Warmmassivumformung jedoch ungeeignet. Aufgrund des geringeren Wärmeeintrags in der Halbwarmumformung könnten die Schichten jedoch für die Halbwarmumformung geeignet sein. Da die Reibung ein wichtiger verschleißbeeinflussender Faktor ist werden in diesem Paper die Reibeigenschaften von DLC Schichten in der Halbwarmumformung mit Hilfe des Ringstauchversuchs untersucht. Es werden eine amorphe wasserstoffhaltige Kohlenstoffbeschichtung und sechs metallisch amorphe wasserstoffhaltige Kohlenstoffschichten (Cr, V und W jeweils in zwei Varianten) an CrN und ohne Beschichtung verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass DLC mit- und ohne metallische Dotierung in der Lage sind die Reibeigenschaften in der Halbwarmumformung zu verbessern und den Verschleiß zu reduzieren.
diamond-like carbon (DLC), Reibung, Halbwarmmassivumformung, Massivumformung, Ringstauchversuch
Im Automobilbau steht aktuell die Verbrauchsreduktion im Vordergrund von F&E. Eine Möglichkeit stellt der Leichtbau durch belastungsorientierte Auslegung der Bauteile dar. Ein Lösungsansatz ist die Substitution mehrerer kleiner Blechbauteile zu einem großen, lokal modifizierten Blechbauteil: sogenannten Tailored Blanks, Strips oder Tubes. Ein weiterer Lösungsansatz ist die Kombination passender Werkstoffpartner, um lokal unterschiedliche Bauteileigenschaften zu erreichen. Vielfach wird der Einsatz von Mischverbindungen wie Aluminium und Stahl genannt. Ein qualitativ hochwertiges und zuverlässiges Fügen der Werkstoffe zum Tailored Hybrid Tube (THT) hinsichtlich Reproduzierbarkeit der Umformbarkeit der Naht ist von hoher Bedeutung und soll durch Laserstrahllöten erfolgen. Die abschließende Formgebung des Bauteils erfolgt durch Innenhochdruckumformung (IHU).
Innenhochdruckumformen, Automotive, Laserstrahllöten, Stahl-Aluminium, Karosserie, Downsizing
Schmiedegesenke sind hohen mechanischen, thermischen und chemischen Belastungen ausgesetzt. Diese Belastungen können zum Versagen von Schmiedewerkzeugen führen und sind daher ein wesentlicher Kostenfaktor. Die Werkstücktemperatur ist der Parameter mit dem größten Einfluss auf die Belastungen. Das Halbwarmschmieden bekommt eine immer größere Bedeutung. Beim Halbwarmschmieden ist die Fließspannung des Werkstückes, und damit die mechanische Belastung, höher als beim Warmschmieden. Demgegenüber stehen geringere thermische Belastungen. Es wird eine Methode zum Vergleich der unterschiedlichen Belastungsarten in Schmiedegesenken vorgestellt.
Halbwarmschmieden, Warmschmieden, thermische Belastung, Werkzeugverschleiß
