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Intelligente Werkzeuge

Wissen kommt ins Umformwerkzeug

| Autor: Stéphane Itasse

Was passiert eigentlich genau beim Umformen? Mithilfe von Sensoren können die Blechumformer jetzt nachvollziehen, was in ihrem Werkzeug während des Prozesses passiert, manche verknüpfen sie sogar mit einer Aktorik. Damit lassen sich viele Vorteile erschließen. Und auch wenn Industrie 4.0 noch weit weg ist – die ersten Schritte sind getan.

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Was passiert genau im Umformprozess? Diese Fragen können Sensoren im Werkzeug mit beantworten.
Was passiert genau im Umformprozess? Diese Fragen können Sensoren im Werkzeug mit beantworten.
(Bild: Itasse)

Aus den Forschungslaboren bahnt sich das Thema allmählich seinen Weg in die Fabrikhallen, beispielsweise zu Phoenix Feinbau. Der Hersteller von Stanz- und Stanzbiegeteilen zur Herstellung elektrotechnischer Komponenten setzt in seinen Folgeverbund- oder Stanzbiegewerkzeugen – stets mit mehreren Prozessschritten – Sensoren ein, üblicherweise Lichtschranken zur Kontrolle des Bandvorschubes und Wirbelstromsensoren zur Überwachung des Werkzeugschlusses. „In Sonderfällen verwenden wir Piezosensoren oder Detection Management Software zur Detektion von Werkzeugbrüchen und Akustiksensoren zur Feststellung von Prozessabweichungen“, erläutert Dr. Dominic Gruß, Ingenieur bei Phoenix Feinbau. Darüber hinaus verfügen viele Maschinen des Unternehmens über eine integrierte Kraftüberwachung durch maschinenseitig angebrachte Detection Management Software (DMS). „Diese ermöglicht eine einfache, werkzeugübergreifende empfindliche Prozessüberwachung, die bei einer Vielzahl von Prozessveränderungen anschlägt“, berichtet er auf Anfrage von MM MaschinenMarkt.

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Die klassischen Überwachungssysteme werden primär zum Erkennen von Störungen verwendet und arbeiten autark. Störgründe werden dann manuell im BDE-System erfasst und ausgewählte Daten an ein MES weitergeleitet. Systeme mit umfangreicherer Weiterleitung, Vernetzung und Verabeitung von Maschinen- und Prozessdaten sind bei Phoenix Feinbau Stand aktueller Entwicklungen.

Sensorik ist dem Umformen anspruchsvoller Bauteile vorbehalten

Auch beim Automobilhersteller Audi nutzen die Werkzeugbauer Sensoren, allerdings nicht recht sparsam: „Generell gilt bei uns, dass wir Umformwerkzeuge mit Sensorik sehr gezielt bei den anspruchsvollsten Bauteilen, etwa Front- und Heckklappen sowie Seitenwandrahmen, einsetzen. Aktuell statten wir durchschnittlich zwei Werkzeuge pro Fahrzeugprojekt damit aus und bereiten etwa weitere vier Werkzeuge auf den Einsatz dieser Technik vor“, sagt Jörg Spindler, Leiter Audi-Werkzeugbau. Dabei hat sich das Unternehmen in der Entwicklung breit aufgestellt. „Wir haben die nötige Simulationssoftware entwickelt, damit wir bereits im Engineering Sensoren und Aktoren optimal platzieren können. Wir analysieren bei jedem Bauteil, wie sensibel es auf Prozessschwankungen reagiert. Diese können durch unterschiedliche Materialchargen, insbesondere durch Schwankungen in der Oberflächenrauigkeit und bei der Schmierstoffbeschichtung, hervorgerufen werden. Die Prozessregelung der intelligenten Werkzeuge lässt sich ebenfalls simulieren“, erläutert Spindler.

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Umformforscher setzen auf Sensoren

Markus Werner ist Abteilungsleiter Wirkmedienumformung und Werkzeugkonzepte am Fraunhofer-IWU.
Markus Werner ist Abteilungsleiter Wirkmedienumformung und Werkzeugkonzepte am Fraunhofer-IWU.
( Bild: Itasse )

Wie entwickelt sich bei Ihnen der Einsatz von intelligenten Umformwerkzeugen?

Der Anteil von Werkzeugen mit Sensorik steigt zu Forschungszwecken deutlich an. Ich schätze, dass in zwei bis drei Jahren diese Entwicklung auch in der Industrie sichtbar wird und verstärkt Werkzeuge mit Sensorik ausgestattet werden.

Welche Fortschritte versprechen Sie sich vom Einsatz von Sensoren in Umformwerkzeugen?

Am interessantesten für die Industrie ist es aktuell, wenn trotz schwankender Umformbedingungen qualitativ hochwertige Bauteile erzeugt werden können und Ausschuss vermieden wird. Es gibt aber noch weitere Möglichkeiten, durch den Einsatz von Sensoren die Wirtschaftlichkeit zu steigern. Beispielsweise haben wir in unserem Projekt „Intelligente Prozessführung beim Presshärten“ die Zuhaltezeiten in Abhängigkeit von der tatsächlich erreichten Abkühltemperatur geregelt und damit die starre Taktung aufgehoben. Zykluszeiten können so weiter verkürzt werden, ohne dass die Qualität der Bauteile sinkt.

Welche Anforderungen sehen Sie auf die Hersteller von Sensoren und Normalien zukommen?

Es wäre schön, wenn die Hersteller standardisierte Hard- und Softwareschnittstellen für die Sensorik anbieten würden und die Sensorik selbst ausreichend robust für den Alltagsbetrieb im Presswerk wäre. In Hinblick auf Industrie 4.0 würde so auch ein neues Geschäftsfeld für Sensor- und Normalienhersteller entstehen.

Das bildet die Grundlage dafür, ob sich Audi für die Integration der Intelligenz entscheidet oder nicht. Gruß bringt noch weitere Aspekte vor: „Die verwendete Sensorik basiert auf einer Risikoanalyse des Werkzeugs und Prozesses. Wesentliche Kriterien dabei sind die Wahrscheinlichkeit einer Störung sowie die potenziellen Konsequenzen oder Schäden aus der Störung bei Nichterkennung.“

Von den Sensoren im Umformwerkzeug zu Industrie 4.0 ist es ein weiter Weg

Neben den Automobilherstellern gehören auch ihre Zulieferer zu den großen Blechbearbeitern – und nutzen diese Technik für die Blechumformung auch. „Wir setzen in unseren Umformwerkzeugen Sensoren bereits ein, stehen im Hinblick auf die Möglichkeiten von Industrie 4.0 allerdings noch am Anfang“, sagt Ralph Lintz, technischer Leiter von Läpple Automotive, im Gespräch mit MM MaschinenMarkt. „Momentan nutzen wir insbesondere Näherungssensoren und setzen Sensoren zur Teillagekontrolle oder zum Beispiel bei der Überwachung von Abfallabgängen ein.“

Erst im September hat Läpple in Heilbronn eine neue Transferpresse eingeweiht (siehe MM 39/2016). Um die Leistungsfähigkeit der Anlage zu nutzen, müssen auch die Werkzeuge mitziehen. „Neue Technik bringt auch neue Möglichkeiten mit sich und so werden wir durch unsere Transferpresse künftig automatisch mehr Umformwerkzeuge mit Sensorik einsetzen. Das bringt allein schon die Prozessgeschwindigkeit der neuen Anlage mit sich“, erläutert Lintz.

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