Knut Großmann Knihy

Das Projekt betrachtet die gesamte Prozesskette für die Herstellung von Hybridbauteilen aus thermoplastbasierten Kohlenstofffaser-Kunststoffverbunden und Metallblech beginnend bei der Hybridisierung der Ausgangsgarne, über Textilherstellung, Oberflächenbehandlung bis zur Formgebung und fertigen Konsolidierung der Hybridbauteile. Anhand einer Kostenanalyse wird gezeigt, dass der hohe CF-Materialpreis das derzeit größte Hindernis für eine Massenfertigung darstellt. Entsprechende Lösungsansätze werden diskutiert. Der Nutzen für die KMU der Textiltechnik besteht in der Erschließung neuer Einsatzgebiete und der sofortigen Erweiterung der Kompetenz auf den Gebieten angepasster Hybridgarne und textiler Verstärkungsstrukturen für innovative Werkstoffverbunde. Blechverarbeiter und Komponentenhersteller der Zulieferfirmen erlangen Kenntnisse über mögliche geeignete kombinierte Umform-Fügeprozesse zur Herstellung qualitätsgerechter, komplex gestalteter CFKTBV-Hybridbauteile. Erkenntnisse hinsichtlich Werkzeugauslegung und -gestaltung unterstützen KMU aus dem Werkzeugbau dabei, eigene Werkzeuge für die Erzeugung von CFK-TBV-Hybridbauteilen umzusetzen und anzubieten.

Neben der Entwicklung des neuen in-situ Umform-Füge-Verfahrens, der prototypischen Umsetzung des dazu erforderlichen variothermen Werkzeuges und der Weiterentwicklung der verstärkten Mehrlagengestricke (vor allem die Erhöhung ihrer Umform-/ Drapierbarkeit) kommt der Betrachtung der Grenzschichten des Textil-Blech-Verbundes besondere Bedeutung zu. Durch die Entwicklung und Durchführung geeigneter Oberflächenmodifikationen werden die Haftfestigkeit des Verbundes und damit die Bauteilqualität entscheidend gesteigert. Weiterhin werden FE-Modelle generiert und eine Potentialanalyse und Kostenbetrachtung mit Ausblicken zur Weiterentwicklung des Verfahrens dargestellt.

Der Einsatz von Leichtbaumaterialien hat sich in den vergangenen Jahren vorwiegend in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, aber auch im Schiffs- und Maschinenbau bewährt. Durch neue Materialien und Fertigungsverfahren konnten erhebliche Gewichtsreduzierungen erzielt werden, die während des Einsatzes zu Energieersparnis und damit zur Senkung der Betriebskosten führen können. Neben den typischerweise eingesetzten Blechwerkstoffen, hat sich in jüngerer Zeit der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen als mögliche Alternative zur weiteren Gewichtsreduzierung bei gleichbleibender oder sogar höherer Steifigkeit und Festigkeit der Bauteile etabliert. Trotz der genannten Vorteile findet bisher keine breite industrielle Anwendung textilverstärkter Thermoplast-Verbundwerkstoffe statt. Die Ursachen dafür liegen vor allem in der geringen Wirtschaftlichkeit bedingt durch den niedrigen Automatisierungsgrad derzeitiger Fertigungsprozesse.

Durch die Integration des Systemmodells Hydraulik und Steuerung/ Regelung in die FEM-Umgebung wird die FEM-Tiefziehsimulation um Einflüsse der hydraulischen Zieheinrichtung von Pressen erweitert. Es wird die Methodik für die Modellbildung der Zieheinrichtung, die Modellreduktion und die Integration in die FEM sowie deren durchgängige exemplarische Anwendung für ein Praxisbeispiel einschließlich der Beurteilung anhand von Realziehteilen beschrieben. Anwendungsmöglichkeiten bestehen vor allem in der Blechverarbeitenden Industrie im Bereich der simulationsgestützten Prozessauslegung und -begleitung sowie bei den Herstellern für Simulationssoftware und den Herstellern von Ziehpressen und deren Lieferanten

Die Analyse des Gesamtsystems „Blechumformprozess“ hat Defizite herkömmlicher Simulationsmethoden aufgezeigt, insbesondere die Vernachlässigung statischer Genauigkeitskenngrößen von Pressmaschinen, wie der vertikalen und kippenden Verlagerung des Pressenstößels. Durch die Modellierung der Presse mit Federelementen konnten neue Modellstrukturen entwickelt werden, die die Stößelbettung im FEM-Prozessmodell abbilden. Die Parametrierung dieser Federelemente erfolgt über Transformationsfunktionen basierend auf vorhandenen Steifigkeitswerten. Die Leistungsfähigkeit des Ansatzes wurde anhand des Benchmarkteils „S-Rail“ demonstriert. Der Vergleich zur bisherigen Modellierung zeigt, dass die Berücksichtigung statischer Presseneinflüsse maschinenbedingte Ziehfehler sichtbar und prognostizierbar macht. Dadurch kann die Vorhersagegenauigkeit in der Planung des Blechumformprozesses erhöht werden. Ein Gesamtmodell des Umformprozesses ermöglicht es, unterschiedliche Presseneigenschaften während der Planung zu berücksichtigen und den Aufwand bei Werkzeugeinarbeitung und Serienanlauf zu reduzieren. Die Implementierung eines „virtuellen Try-Out“ durch Prozesssimulation erlaubt es, Schwachstellen im Zusammenspiel von Maschine, Werkzeug und Werkstück zu erkennen. Dies bietet sowohl Werkzeugbauunternehmen als auch Pressenbetreibern die Möglichkeit, Werkzeuge mit geringerem oder keinem Einarbeitungsbedarf herzustellen und den Werkzeugeinarbeitungsp

Im Bereich der Fertigungstechnik, insbesondere bei Pressmaschinen für Stanz- und Umformoperationen, ist das Genauigkeitsverhalten entscheidend für das Produktionsergebnis. Angesichts steigender Anforderungen an Produktqualität und Prozesssicherheit wurde zunächst das statische Pressenverhalten untersucht und optimiert. Darüber hinaus beeinflusst das dynamische Verhalten, insbesondere die Schwingungseigenschaften, die Genauigkeit einer Umformmaschine erheblich. In den letzten 30 Jahren hat sich die numerische Berechnungstechnik rasant entwickelt, insbesondere durch die Anwendung von Finite-Elemente-Verfahren zur statischen Auslegung von Pressengestellen. Es besteht zunehmend die Notwendigkeit, auch das dynamische Verhalten durch Modellrechnungen abzubilden, wobei Methoden der Mehrkörpersimulation zum Einsatz kommen. Der Fokus liegt zunächst auf der Abbildung bestehender Maschinen, um die komplexen Wechselwirkungen zu analysieren. Zukünftig sollen diese Modellierungsgrundlagen die Konstruktion neuer Maschinen unterstützen. Dazu gehören die spezifische Modellbildung und die Ermittlung sowie Verifikation erforderlicher Parameter. Praktische Aspekte wie die Reduktion von Freiheitsgraden sind ebenfalls wichtig. Der Abschlussbericht bietet eine Vorgehensweise zur rechnerischen Abbildung von Pressmaschinen und einen Methodenkatalog zur Erfassung von Maschinenparametern. Die Ergebnisse schaffen Grundlagen für die Entwicklung präziserer

Das Projekt untersuchte, ob Profilschienenführungen (PSF) als Stößelführung an Pressen die Genauigkeit erhöhen können. Hierzu wurden Simulationsmodelle für zwei Referenzpressen entwickelt und mit Messungen an realen Maschinen abgeglichen. Die ermittelten Stößelversätze und -kippungen zeigten im Vergleich zu anderen Führungstypen geringere Höhen, was auf die Spielfreiheit und die Fähigkeit zur Aufnahme von Zug- und Druckbelastungen bei PSF zurückzuführen ist. Zudem wurde ein Verfahren zur Auslegung von PSF unter stoßartigen und Zwangskräften entwickelt, basierend auf experimentellen Lebensdaueruntersuchungen. Dieses Verfahren enthält die notwendigen Formeln für Konstruktion und Entwicklung. Lebensdaueruntersuchungen zeigten Schadensbilder bei PSF mit Rollenwälzkörpern, die auf inhomogene Belastungen hindeuteten. FEM-Analysen bestätigten das Auftreten solcher Belastungen in relevanter Höhe. Daraufhin wurde ein konstruktiver Vorschlag zur Minderung dieses Effekts erarbeitet, der die Lebensdauer von PSF mit Rollen positiv beeinflusst. Auch die Befestigungsmöglichkeiten von Schiene und Wagen wurden untersucht, wobei der Fokus auf der Minderung von Zwangskräften und der Justierbarkeit lag. Es wurde nachgewiesen, dass Pressen mit PSF Verbesserungen bei den Genauigkeitskennwerten erzielen können und die geforderten Lebensdauern bei entsprechender Dimensionierung erreicht werden. Das entwickelte Verfahren bietet Herstellern die Grundla

Das Ziel dieses Vorhabens war die Erschließung von Genauigkeitsreserven in der Blechumformung durch die Präzisierung der Prozessbeschreibung im Gesamtmodell des Systems „Maschine-Werkzeug-Prozess“. Das Projekt ergänzt bisherige Forschungsergebnisse mit einer ganzheitlichen Betrachtung des Fertigungssystems, insbesondere durch die Modellierung der Komponente „Prozess“. Vorgehensweisen zur Prozessbeschreibung der Blechumformungsverfahren wurden entwickelt, basierend auf Ergebnissen der FEM-Prozesssimulation, und für die Anlagensimulation bewertet. Diese Methoden wurden anhand von Referenzwerkstücken erarbeitet. Nach Projektabschluss stehen Methoden zur Berechnung, Auswertung und Ausgabe der erforderlichen Prozessverläufe in der FE-Prozesssimulation zur Verfügung. Zudem existieren physikalische Prozessmodelle, die als detaillierte Prozessbeschreibungen im erweiterten Gesamtmodell zur Optimierung der Maschinenparameter für die Presseneinstellung, zur Bewertung konstruktiver Änderungen an Maschine und Werkzeug sowie zur Bestimmung optimaler Prozessparameter genutzt werden können. Das Gesamtmodell kann auch bei der Auswahl einer geeigneten Maschine zur optimalen Fertigung eines Blechteils Anwendung finden. Die Projektergebnisse sind somit für Pressen- und Werkzeugentwickler sowie für Pressenbetreiber von großem Interesse.