Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Intelligenter Richtapparat mit erweiterten Prozessgrenzen bei der Drahtverarbeitung

Der Einsatz innovativer Produktionsmittel- und verfahren ist heute der entscheidende Einflussfaktor um das Umformvermögen hochfester Stahlwerkstoffe in optimaler Weise nutzen zu können. In diesem Zusammenhang stellt ein selbstkorrigierender Richtapparat einen vielversprechenden Lösungsansatz dar, mit dessen Hilfe die Maximierung des Restumformvermögens durch Minimierung unnötiger Wechselbiegevorgänge bei der Umformung blech- und drahtförmiger Stahlhalbzeuge erreicht werden kann.

Durch den Einsatz eines selbstkorrigierenden Richtapparates ist eine deutliche Verbesserung des Richtergebnisses erreichbar, da im Produktionsbetrieb die Richtqualität mit dem gewünschten Sollwert verglichen wird und Maßnahmen gegen die prozessbedingten Störungen selbstständig eingeleitet werden. Die Richtqualität wird über den gesamten Fertigungsprozess konstant gehalten, weshalb das Einrichten des Richtapparates bei auftretenden Störungen entfällt und somit die Stillstandzeit verkürzt, sowie die Ausbringungsmenge deutlich erhöht wird.

Die Basis für den selbstkorrigierenden Richtapparat bildet ein präzises Messsystem, welches die Krümmung bzw. den Eigenspannungszustand vor und nach dem Richtapparat ermittelt. Zusätzlich wird ein hybrides Richtmodell zur Abbildung des Richtapparates und des Halbzeugverhaltens durch den Einsatz geeigneter Modellierungsarten entwickelt. Dieses bildet die Grundlage für die Entwicklung der selbstkorrigierenden Algorithmen. Nach der Integration dieser Systemkomponenten in den Fertigungsprozess wird ein Informationsaustausch mit Folgeprozessen ermöglicht, wodurch die Gesamtprozessqualität maximiert wird.

Durch die Umsetzung dieses Vorhaben profitieren insbesondere KMU von der entwickelten Technik, da sie ihre Systeme innerhalb kürzester Zeit erweitern können: sowohl als Richtapparatanwender, als auch als –hersteller. Für die Halbzeughersteller, häufig ebenfalls KMU, erschließen sich durch die weiteren Anwendungsgebiete weitere Märkte, der Umsatz wird gesteigert.

Ergebniszusammenfassung:

In diesem Vorhaben wurde ein intelligenter Richtapparat entwickelt, konstruiert und aufgebaut. Diese Entwicklung lässt die Automatisierung des Richtprozesses voranschreiten. Die entwickelte Richtstrategie zur Automatisierung des Richtprozesses basiert auf einem zweistufigen Verfahren. Der Einrichtprozess wird von einem neuentwickelten Assistenzsystem unterstützt. Im laufenden Fertigungsprozess wird der Richtprozess überwacht, in dem Materialschwankungen überwacht werden.

Für die Entwicklung des Einrichtassistenten wurde der Richtvorgang empirisch untersucht und die Erkenntnisse in einem Modell zusammengeführt. Mithilfe dieses Modells in Kombination mit den empirisch aufgenommenen Versuchsreihen ist eine Datenbank entstanden. Diese Datenbank ermöglicht dem Einrichtassistenten die Auswahl der optimalen Richtrolleneinstellungen anhand von einem vorliegenden Krümmungswert im Halbzeug. Dieser Krümmungswert wird durch ein optisches Messsystem automatisiert erfasst. Anschließend werden die Richtrolleneinstelllungen am Richtapparat automatisiert eingestellt.

Im laufenden Richtprozess wird ein Messsystem zur induktiven Wirbelstrommessung verwendet, dass die Veränderung der Materialeigenschaften, wie zum Beispiel Eigenspannungen, erfasst. Somit erfolgt eine Online-Überwachung des Prozesses. Dies ermöglicht den Eingriff in den Richtprozess, ohne den gesamten Fertigungsprozess zu unterbrechen und Materialproben zur Anpassung des Richtapparats zu entnehmen.

Im Rahmen der empirischen Untersuchungen wurde ebenfalls gezeigt, dass die Krümmungskompensation mit Hilfe von nur einem Richtdreieck möglich ist. Daraus folgt, dass das Halbzeug im Richtprozess nur einer Wechselbiegung ausgesetzt wird. Dies maximiert das verbleibende Formänderungsvermögen für die folgenden Fertigungsprozesse. Somit werden die bisherigen Grenzen der Formänderungsmöglichkeiten der Folgeprozesse verschoben und es entstehen neue Möglichkeiten hinsichtlich des Bauteildesigns und -gestaltung.