Inhalte der Online-Ausgabe 10-2022

Zum Jahresausklang

P. Groche– Institut für Produktions­technik und Umformmaschinen, Technische Universität Darmstadt

Sehr geehrte Leserinnen und Leser, mit Freude begrüße ich Sie zur Oktober-Ausgabe der „Werkstatttechnik online“. Wie gewohnt, drehen sich auch dieses Jahr die Themen der Ausgabe um die Umformtechnik. Bei meinen letzten Worten an Sie befanden wir uns inmitten der ersten Phase der Corona-Pandemie. In den vergangenen zwei Jahren hat sich unsere Gesellschaft vielen Herausforderungen und Unsicherheiten gestellt und diese gemeistert. Dabei sind wir in Themen wie New Work, Resilienz und Digitalisierung in zuvor undenkbaren Schritten vorangekommen. Umso überraschender sind wir mitten in einen geostrategischen Konflikt geraten, den die Wenigsten im Herzen Europas erwarteten. Folgen, wie Disruptionen in Lieferketten und weitreichende Handelsembargos, treffen uns umgehend. Bereits zuvor angespannte Lieferketten von Komponenten und Materialien sind nun oft gerissen. Waren stauen sich vor den Häfen, volle Auftragsbücher können mangels Rohmaterialien nicht abgearbeitet werden und freie Fertigungskapazitäten bleiben ungenutzt. Vielerorts müssen schwierige Abwägungen getroffen werden, um begrenzte Ressourcen den wichtigsten Produktreihen zuzuweisen. Der Mangel an globalisierten Ressourcen besteht fort. S. 635

Verschleißfestigkeitskennlinien für Umformwerkzeuge*

Y. Wu, Y. Leng, P. Groche – Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen PtU, Technische Universität Darmstadt

Verschleißfestigkeitskennlinien (VFK) helfen bei der Abschätzung der Werkzeugstandzeiten für neue Umformprozesse. Sie erlauben die Vorhersage der Lebensdauer unter dem speziellen Lastniveau eines geplanten Prozesses anhand aufwandsarm zu bestimmender Verschleißdaten bei hohen Lasten. Dieser Beitrag stell das Verfahren zur Standzeitabschätzung sowohl für beschichtete als auch für unbeschichtete Werkzeuge vor. Als Modellversuch dient der Streifenziehversuch. Die VFK können nicht nur zur quantitativen Abschätzung der Werkzeuglebensdauer, sondern auch zur Analyse des Verschleißverhaltens verwendet werden. S. 636

Maschinelles Lernen in der Tribologie*

S. Volz, D. Molitor, J. Launhardt, P. Groche – Institut für Produktions­technik und Umformmaschinen, Technische Universität Darmstadt

Bei der Nutzung von FE-Simulationen in der Auslegung umformtechnischer Prozesse ist es notwendig, die Kontaktbedingungen mit einem Reibwert zu beschreiben. Im industriellen Alltag wird dabei oft auf Erfahrungswerte zurückgegriffen und der Reibwert als konstant angenommen, obgleich vielfach nachgewiesen ist, dass sich der Reibwert in Abhängigkeit von zeitlich und räumlich divergierenden Einflussgrößen ändert. Dieser Beitrag zeigt einen neuartigen Weg auf, das tribologische System mit Ansätzen des maschinellen Lernens (ML) zu beschreiben. S. 643

Reibwertermittlung für die Alu-Warmblechumformung

L. Schell, P. Groche; J. Filzek – Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen, Technische Universität Darmstadt; Filzek Tribotech, Mühltal

Tribometer für die Reibwertermittlung konventioneller Blechumformprozesse wurden bereits im 20. Jahrhundert zu hohem Reifegrad entwickelt. Insbesondere der Streifenziehversuch hat sich in der Branche als Standardprüfmethode etabliert. Neue Herausforderungen ergeben sich durch moderne Aluminium-Warmumformprozesse: Was ist bei der Reibwertermittlung für diese Prozesse zu beachten und wo stößt physikalische Modellbildung an Grenzen? S. 649

Tiefziehen mit kraftgebundenen Umformmaschinen*

M. Görz, R. Radonjic, M. Liewald, K.R. Riedmüller – Institut für Umformtechnik (IFU), Universität Stuttgart

Kraftgebundene Umformmaschinen erlauben eine freie Gestaltung der Stößelbewegung. Diese Eigenschaft wird genutzt, um die Produktivität zu erhöhen. Das Potenzial solcher Stößel­antriebe wird aber im produktiven Betrieb nicht ausgeschöpft, da nur etablierte Stößelbewegungsprofile genutzt werden. Daher wird in diesem Beitrag der Einfluss nicht konventioneller Stößelbewegungsprofile auf das Tiefziehergebnis untersucht. Hierfür wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um den Einfluss solcher angepassten Stößelbewegungsprofile auf das Umformergebnis bewerten zu können. S. 655

Modellierung rührreib­geschweißter Blechverbunde*

M. Bachmann, K. Riedmüller, M. Liewald; V. Suske, C. Ilg – Institut für Umformtechnik, Universität Stuttgart; DYNAmore GmbH, Material Competence Center (MCC), Leinfelden-Echterdingen

In der blechverarbeitenden Industrie nehmen Bedeutung und Einsatz von belastungsgerechten Leichtbaustrukturen mit einem geringen CO2-Fußabdruck stetig zu. Diesbezüglich ­ermöglicht die Technologie des Rührreibschweißens, Blechverbunde aus Aluminium- und Stahllegierungen in unterschiedlichen Dicken zu fügen. Mit Blick auf eine möglichst intelligente Auslegung des Umformprozesses solcher Blechverbunde wird in diesem Beitrag ein Modellierungsansatz für einen Hybridblechverbund aus DX54 und AL6016 mit besonderer Berücksichtigung der Schweißnaht vorgestellt. S. 661

Zweistufiges Kaltumformungsverfahren für Zahnräder*

A. Weiß, M. Liewald, A. Felde – IFU, Uni Stuttgart

Das Querfließpressen wird seit mehreren Jahren zur Fertigung von Stirnrädern verwendet. Dieses Verfahren erfordert hohe Prozesskräfte für die Ausfüllung zahnförmiger Kavitäten, was die Werkzeugstandzeit und die Werkstückqualität reduziert. Am Institut für Umformtechnik IfU wurde das Free-Divided-Flow-Verfahren (FDF) entwickelt, um beim Prägen die Prozesskräfte zu reduzieren und die Zahnausformung zu erhöhen. Der Beitrag beschreibt die verfahrenstechnologische Anpassung des FDF-Verfahrens auf die Erzeugung geradverzahnter Stirnräder. Es werden umfangreiche numerische Studien durchgeführt und ein Versuchswerkzeug für die weiteren Prozessuntersuchungen konstruiert. S. 666

Tailored Forming: Drucküber­lagertes Warmfließpressen*

A. Piwek, J. Uhe, J. Peddinghaus, K. Brunotte – Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM), PZH der Leibniz Universität Hannover

Im Rahmen dieser Studie wurde ein drucküberlagerter Hohl-Vorwärts-Fließpressprozess für reibgeschweißte hybride Halbzeuge aus Stahl und Aluminium entwickelt und experimentell durchgeführt. Der Gegendruck wurde variiert, um den Einfluss auf die Festigkeit und das Schädigungsverhalten des Verbundes zu untersuchen. Es konnte eine Verbesserung der erzielten Verbundfestigkeiten und eine Eliminierung oberflächennaher Delaminationen durch die Drucküberlagerung erzielt werden. S. 671

Parameterstudie zum Unrundwalzen von Ellipsen*

C. Roe, M. Kriwall, E. Schledewitz, M. Stonis; B.-A. Behrens – IPH Institut für Integrierte Produktion Hannover gemeinnützige GmbH; Leibniz Universität Hannover, Institut für Umformtechnik und Umform­maschinen, Garbsen

Im Unrundwalzen wird die Machbarkeit untersucht, mehrere zueinander versetzte, lokal unrunde Formelemente in ein zylindrisches Halbzeug zu walzen. Ein Teilgebiet der Untersuchungen ist das Walzen von zwei elliptischen Abschnitten. Aus drei unterschiedlichen Berechnungskonzepten für die Bestimmung der Werkzeuggravur wurde einer für eine simulative Parameterstudie gewählt. Die Haupteinflussgrößen, unter anderem die Länge und Breite der Gravur, und ein Prozessfenster wurden identifiziert. S. 677

Dehnungsmessung in Umformmatrizen mit PiezoBolts*

K. C. Grötzinger, T. Deliktas, J. Stahlmann, M. Brenneis, A. Felde, M. Liewald – Institut für Umformtechnik (IFU), Universität Stuttgart

Die Presskraft ist in Umformprozessen eine zentrale Mess­größe für die Prozessüberwachung und wird meist durch Federkörper im Krafthauptschluss oberhalb des Stempels oder unterhalb der Matrize erfasst. Als Alternative dazu wird in diesem Beitrag der Einsatz von Kraftmessschrauben (PiezoBolts) zur Dehnungsmessung im Armierungsring bei einem beispielhaften Kaltmassivumformverfahren untersucht. Es werden zwei Einbausituationen der Kraftmessschraube experimentell und simulativ betrachtet sowie die ermittelten zeitlichen Dehnungsverläufe gegenübergestellt. S. 683

Wasserstoff: Zweilagige-Rohre für Pipelines

F. Schieck, A. Albert, E. Galiev – Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Chemnitz

Für eine klimaneutrale Energieversorgung ist grüner Wasserstoff unverzichtbar. Transport und Zwischenspeicherung von gasförmigem Wasserstoff über weite Strecken erfordern jedoch ein dauerhaft haltbares Pipeline-Netz. Existierende Pipeline-Systeme genügen dieser Anforderung nur bedingt, insbesondere, wenn die Rohrleitungen zur Gasspeicherung mit dynamischen Drücken beaufschlagt werden. Die sogenannte Wasserstoffversprödung führt dabei vor allem im Bereich von Schweißnähten und allgemein bei höherfesten Werkstoffen zu Ermüdungsrissen. Abhilfe könnten mehrlagige, im Verfahren der Innenhochdruck-Umformung (IHU) hergestellte Rohre schaffen, wie vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU im Rahmen von Forschungsarbeiten nachgewiesen. Großer Vorteil des Verfahrens: Umschließende Werkzeuge werden nicht benötigt, die Fertigung ist damit auch für sehr lange Rohrsegmente und in direkter Nähe von Pipeline-Baustellen möglich. S. 689

Smart Lean Maintenance in der Stanz- und Umformtechnik

J. F. Strutz, B. Grizelj – Josip Juraj Strossmayer University of Osijek Faculty of mechanical engineering, Slavonski Brod/Kroatien

Neben einer hohen Produktqualität und Termintreue sind niedrige Herstellkosten, eine hohe Flexibilität und Lieferfähigkeit wichtige Anforderungen an Produktionsunternehmen. In produzierenden Unternehmen hat die Instandhaltung in den letzten Jahrzehnten eine immer wichtigere Rolle eingenommen. So zählt die optimale betriebswirtschaftliche Nutzung und Gestaltung der Anlagen und Werkzeuge, zu ihren grund­legenden Aufgaben. Damit Produktionsunternehmen diese Anforderungen bestmöglich erfüllen können, ist eine gesamtheitliche, softwaregestützte Prozesskette unabdingbar. S. 691

Komplexität mehrstufiger Umformprozesse beherrschen*

A. Kokozinski, C. Kubik, P. Groche – Institut für Produktionstechnik und Umform­maschinen, Technische Universität Darmstadt

Industrielle Überwachungssysteme in Blechumformprozessen basieren weitestgehend auf Hüllkurven und Grenzwerten von Zeitreihen, die damit lediglich eine binäre Fehlerdetektion erlauben. Die modellbasierte Prozessüberwachung mit Methoden des Machine Learnings bietet jedoch deutlich tiefere Einblicke in diese Prozesse und zeigt das Potenzial, Zustände in komplexen mehrstufigen Werkzeugen inline zu klassifizieren ohne dafür aufwendige manuelle oder stichprobenartige Inspektionen durchführen zu müssen. S. 696

Leitfaden für hybride Strukturen in der Kreislaufwirtschaft

J. Steinberg, C. Gundlach, S. Hartwig; A.-S. Wilde, F. Wanielik, C. Herrmann – Technische Universität Braunschweig, Institut für Füge- und Schweißtechnik (ifs); Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF)

Das Projekt „Life Cycle Technologien für hybride Strukturen“ (LCT) hat das Ziel, Multimaterialbauteile lebens-zyklusorientiert auf Grundlage der Nutzungs- und End-of-Life Phasen eines Hybridbauteils auszulegen. Wichtiger Bestandteil ist eine ganzheitliche Analyse und Bewertung unter Berücksichtigung technischer, wirtschaftlicher und ökologischer Kriterien. Ein abschließender Leitfaden wird praxisnah erläutern, wie bei der lebenszyklusbasierten Entwicklung hybrider Strukturen zielführend vorgegangen werden kann. S. 701

Digitalisierung im Unternehmen – Industrie 4.0*

N. Stricker, A. Rupp, S. Hofmann, J. Mayer – Hochschule Aalen, Technik und Wirtschaft

Digitalisierung und Industrie 4.0 sind spätestens seit 2011 ausgerufen und werden in den Unternehmen umgesetzt. Die Einführung erfordert eine intensive Auseinandersetzung mit der Thematik. Erste Erfolge sind oft in Form von einzelnen Pilotprojekten schnell umgesetzt. Das flächendeckende Ausrollen ist jedoch oft deutlich schwerer zu realisieren. Dieser Beitrag möchte ein Blitzlicht auf die aktuelle Umsetzung werfen, 11 Jahre nach dem Ausrufen von Industrie 4.0. S. 707

Robotergestütztes Trennen von Schraubverbindungen*

T. Götz, A. Gebhardt – Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik IPA, Stuttgart

Der steigende Marktanteil batterieelektrischer Fahrzeuge führt zu einem wachsenden Bedarf an Rohstoffen wie Lithium und Kobalt, deren Versorgungslage risikobehaftet ist. Ein systematisches Batterierecycling kann hier Abhilfe schaffen. Dieser Beitrag thematisiert den Einsatz robotergestützter Bohr- und Fräsverfahren zum Trennen von Schraubverbindungen, um bei korrodierten Gehäuseschrauben oder rundgedrehten Schraubenantrieben eine automatisierte Demontage von Batteriesystemen zu erlauben. S. 713

Drehen mit dem Roboter und mehreren Werkzeugen*

T. Arndt, V. Schulze; T. Bertram, M. Bryg, M. Kipfmüller, J. Kotschenreuther – wbk Institut für Produktionstechnik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT); Institute of Materials and Processes, Karlsruhe

Neben klassischen Handhabungs- und Montageaufgaben übernehmen Industrieroboter zunehmend auch komplexere Fertigungsaufgaben und werden beispielsweise zur Zerspanung eingesetzt. Eine im Vergleich zu Werkzeugmaschinen verringerte Steifigkeit führt dabei zur Verschlechterung der Fertigungsqualität bei hohen Prozesskräften. In diesem Fachbeitrag wird ein Konzept zur Reduktion der resultierenden Prozesskräfte am Roboter untersucht, dem konventionellen Prozess gegenübergestellt und bewertet. S. 722

Digitales Spaghetti-Diagramm zur Laufweganalyse*

T. Fetzer, M. Ebner, M. Bullmann, F. Deinzer; J. Maier – Hochschule für angewandte, Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt, Fakultät Informatik und Wirtschaftsinformatik; Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart

Die manuelle Montage zählt durch mangelnde Schnittstellen zur automatisierten Datenerfassung häufig zu den blinden Flecken für Industrie 4.0 und den dadurch möglichen Potenzialen zur Produktivitätssteigerung. Echtzeitlokalisierung bietet hier nicht nur die Möglichkeit Verschwendung durch Laufwege zu analysieren, sondern lässt sich auch für geofencing-basierte Produktionssteuerung nutzen. Der hier beschriebene systematische Vergleich zeigt welche Technologie sich hierfür am besten eignet. S. 727