Walz- und Spaltprofilieren

Walz- und Spaltprofilieren

Seit den 1970er Jahren zählt Forschung auf dem Gebiet des Walzprofilierens zu den Kernkompetenzen des PtU, das damals noch IfU hieß. Heute stehen dem Institut zwei Profilierstraßen zur Verfügung, auf denen neben konventionellen Gerüsten eine Vielzahl an Eigenentwicklungen, wie Kalibrier- und Spaltgerüste oder Gerüste mit zusätzlichen Freiheitsgraden zum Einsatz kommen. Gegenwärtig forscht das Institut an vier Schwerpunkten: Flexibilisierung, Verbesserung der Methoden zur Prozessauslegung, Funktionsintegration während der Umformung und Querschnittsverzweigung durch kontinuierliche Spaltprozesse.Um auch in Zukunft eine wirtschaftliche und gleichzeitig ökologisch verträgliche Produktion sicherstellen zu können, ist die ständige Neu- und Weiterentwicklung industrieller Fertigungsprozesse von entscheidender Bedeutung. Schwerpunkte am PtU sind hierbei wirkmedienbasierte Umformverfahren, inkrementelle Prozesse sowie Profiliertechnik.

Flexibilisierung

Ein probates, konstruktives Mittel zur Verwirklichung des Leichtbaugedankens sind lastangepasste Querschnitte tragender Teile. Deren produktionstechnische Umsetzung durch Walzprofilieren stellt den Ingenieur vor das Problem, dass dieses Verfahren klassischerweise keine Änderungen des Querschnitts in Profillängsrichtung und damit auch keine Anpassung an Lasten in dieser Richtung zulässt. Das flexible Walzprofilieren löst dieses Problem durch die Hinzunahme zusätzlicher rotatorischer und translatorischer Freiheitsgrade an den Gerüsten. So können die Rollenpositionen einem veränderlichen Sollquerschnitt folgen. Eine translatorische Verstellung erlaubt überdies das Profilieren von Blechen mit in Längsrichtung veränderlicher Dicke, sog. Tailor Rolled Blanks (TRB).

Methoden zur Prozessauslegung

Zu den Grundlagen der Prozessauslegung zählt die Ermittlung der abgewickelten Länge beim Biegen von Blech. Dennoch bestehen zwischen einzelnen Berechnungsansätzen im Stand der Technik und der industriellen Praxis im Ergebnis oft große Unterschiede. Im Rahmen eines Forschungsprojektes wird hierzu ein Konzept zur Überarbeitung und Verbesserung dieser Ansätze auf Basis ausführlicher experimenteller Analysen erarbeitet. Ein weiteres Ziel ist die Reduzierung von Justagezeiten beim Rüsten von Profilieranlagen. Ansatz hier ist eine Inline-Messung der Rollenabdrücke auf dem Blech. Gewonnene Informationen über die Blechoberfläche stehen dabei in direktem Zusammenhang mit den zu korrigierenden Rollenfehlstellungen. Drittes Ziel ist die Beschleunigung der Finite-Elemente-Simulation von Profilierprozessen. Die Entwicklung von Algorithmen, welche sich Ähnlichkeiten innerhalb der Prozesse zu Nutze machen, führte hier bereits zu einer Reduzierung der Rechenzeit bei nahezu gleichbleibender Ergebnisgüte um bis zu 50 %. Implementiert in einfache Subroutinen arbeiten die Algorithmen dabei weitgehend unabhängig vom verwendeten FE-Code.

Spaltprozesse

Spaltprofilieren und Spaltbiegen sind Eigenentwicklungen des PtU. Sie zählen zu den Verfahren der Blechmassivumformung und dienen der Erzeugung von Verzweigungen des Blechquerschnitts ohne Materialdopplung. Die Verzweigungen entstehen dabei in einem kontinuierlichen Profilierprozess bei Raumtemperatur entweder an der Bandkante (Spaltprofilieren) oder in der Bandfläche (Spaltbiegen). Durch Kombination mit konventionellem Profilieren entstehen so z. B. Mehrkammerprofile aus höherfestem Stahl vom Band. Aktuelle Vorhaben beschäftigen sich u. a. mit dem flexiblen Spaltprofilieren, das analog zum flexiblen Walzprofilieren in Längsrichtung veränderliche und gleichzeitig verzweigte Querschnitte erzeugt. Ein Schlüsselfaktor dabei ist erneut die beschleunigte Simulation der Prozesskette.

Funktionsintegration

Ihr sequentieller Aufbau prädestiniert Profilieranlagen für die Integration weiterer Fertigungsoperationen in den Umformprozess. Der Gedanke die Funktionalität der erzeugten Produkte zu erweitern, führte zu Profilen mit integrierten Leiterbahnen. Dabei werden während des Walzprofilierens isolierende Polymerschichten und Leiterbahnen in die später geschlossenen Profile eingebracht und im weiteren Verlauf gemeinsam mit dem Blech umgeformt. Ein weiteres Projekt beschäftigt sich mit der gezielten Nutzung der beim Spaltprofilieren auftretenden Längs- und Querdehnungen, um dadurch Funktionselemente, beispielsweise Ventile, fertigungssynchron in die Profile einzuformen.

Aktuelle Forschungsprojekte