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Systematische Identifikation von Möglichkeiten zur Energieeffizienzsteigerung in Betrieben der Massivumformung

Status abgeschlossen
Ziele

1. Reduzierung des Materialeinsatzes
Dieses Teilprojekt dient der Entwicklung und Erprobung sowie Bewertung von Maßnahmen, um den Materialeinsatz sowie die Prozessenergie für die Massivumformung zu reduzieren. Die Ergebnisse sollen in Konstruktions- und Verfahrensregeln abgebildet werden, um sie für die betriebliche Praxis anwendbar zu machen.

2. Steigerung der Energieeffizienz: Nutzung der Prozesswärme zur Erzeugung elektrischer Energie
Ziel dieses Arbeitspunktes ist es, die Voraussetzungen zu schaffen, um technische Systeme, die aus Niedertemperaturenergie elektrische Energie erzeugen, für Massivumformprozesse nutzen zu können. Dazu müssen Konzepte entwickelt, erprobt und bewertet werden, um die Prozessenergie den Produktionsteilen nach dem Umformprozess zu entziehen, auf ein anderes Medium zu übertragen und zu „bündeln“, um sie dann dem Energiewandler oder dem Vormaterial zuführen zu können.

3. Steigerung der Energieeffizienz: Reduzierung des Energiebedarfs bei der Erwärmung
Eine Vorstudie hat gezeigt, dass die heute weitgehend eingesetzten Induktionserwärmer mit einem Wirkungsgrad von < 60% arbeiten. Weiterhin hat die Vorstudie ergeben, dass es neuartige Erwärmer auf Basis von Supraleitern (HTS) gibt, die mit einem Wirkungsgrad von >80 % arbeiten.

Diese HTS Erwärmer werden bisher ausschließlich für die Erwärmung von Buntmetallen (also nicht ferromagnetischen Metallen) eingesetzt. Das Erwärmungskonzept sieht eine Bewegung des Werkstückes in einem statischen Magnetfeld vor. Inwieweit das Erwärmungskonzept auf ferromagnetische Metalle angewendet werden kann, ist derzeit noch ungeklärt. Die hier geplanten Arbeiten sollen auf der bekannten Technologie aufsetzen und das Anwendbarkeitsspektrum für den Bereich (ferromagnetische) Schmiedeteile evaluieren bzw. erweitern. Offene Fragen bilden hier die erforderlichen Bewegungsgeschwindigkeiten, Kräfte im Magnetfeld, Einfluss der magnetischen Hysterese und realisierbare Aufheizraten.

Außerdem  muss ein Handlingskonzept entwickelt werden, da die heutigen Induktionsanlagen im Durchlauf arbeiten, was bei einem HTS Erwärmer nach heutigen Konzepten nicht mehr möglich ist.

Abschließend muss geklärt werden, welche Halbzeuggeometrien (bisher nur rund) eingesetzt werden können

In dieser Projektstufe wird eine Evaluierung einer vorhandenen HTS Anlage (zur Erwärmung von Buntmetall) durchgeführt, mit dem Ziel, die tatsächliche Energieeffizienz zu quantifizieren und die Integration in eine Fertigungslinie zu beurteilen. Des Weiteren werden die spezifischen Anforderungen aus Sicht der Umformbetriebe wie z.B. Handling (Zu- und Abführung der Bauteile), Rohteilspezifikationen (Scherflächenausbildung / zul. Toleranzen), zulässige Verzunderung / Oxidation des Materials etc. in einem Pflichtenheft zusammengestellt.

4. Steigerung der Energieeffizienz: Rückführung der Prozesswärme in die Primärprozesse

Im Rahmen dieses Arbeitspunktes werden Konzepte und Maßnahmen entwickelt, erprobt und bewertet, um Prozessenergie dem zu erwärmenden Vormaterial teilweise wieder zuzuführen. Je höher das Temperaturniveau der Verlustwärme ist, umso größer sind die Chancen diese Verlustwärme bei hohem Wirkungsgrad zu nutzen. Als Lösungsweg ist geplant, ein neues Materialflusskonzept zu entwickeln, was den Energieaustausch prinzipiell ermöglicht und eine technische Lösung zu entwickeln, um dann die Energie der heißen Produktionsteile auf das Vormaterial zu übertragen.



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