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Erhöhung der Energieeffizienz in der Massivumformung (ENERMASS)

Status abgeschlossen
Ziele

1. Materialreduzierung: Vergüten aus der Schmiedewärme
Es soll untersucht werden, ob und wie Vergütungsstähle direkt aus der Schmiedewärme abgeschreckt und anschließend angelassen werden können, um ähnlich hohe mechanische Eigenschaften (Festigkeits- / Zähigkeits-Verhältnis) wie bei der klassischen Vergütung zu erreichen, um so den Energieeinsatz zu reduzieren. Weiterhin geht es darum den Materialeinsatz gegenüber den heute vielfach üblichen AFP Stählen durch filigranere Bauteile (da höher belastbar) zu reduzieren. Der Schwerpunkt soll bei Produkten mit komplexer Geometrie liegen.

Als Ergebnis sollen die Möglichkeiten und Vorgehensweise beim Vergüten aus der Schmiedewärme in Form eines Leitfadens dokumentiert werden.

2. Materialreduzierung: Materialaufmaß beim Reckwalzen reduzieren
Durch Optimieren des Reckwalzverfahrens soll der notwendige Materialeinsatz bei Lkw Pleuel minimiert und der Ausschussanteil durch Über- / Unterschreitung von Gewichtstoleranzen und sonstigen Fehleranteilen reduziert werden.

Als Ergebnis soll ein Leitfaden zur Reduzierung von Materialaufmaßen beim REWA erstellt werden, in dem beschrieben ist, was erreicht werden kann und wie hierbei vorgegangen werden muss.

3. Energieeffizienz: Erzeugung elektrischer Energie aus der Prozesswärme
Eine bereits durchgeführte Vorstudie hat gezeigt, dass technische Systeme verfügbar sind, um aus Niedertemperaturenergie elektrische Energie zu erzeugen. Ziel dieses Arbeitspunktes ist es, die Voraussetzungen zu schaffen, um diese Systeme für Massivumformprozesse nutzen zu können. Dazu müssen Konzepte 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 einem Energiewandler oder dem Vormaterial  zuführen zu können.

Für das Projekt werden Demonstratoren zur Energiesammlung und –leitung erstellt und getestet. Ferner wird ein Demonstrator zur Energieumwandlung (thermische in elektrische Energie) erstellt und getestet. Die erreichten Ergebnisse werden in Form eines Leitfadens (was wurde gemacht, was kann erreicht werden?) dokumentiert.

4. Reduzierung der eingesetzten Erwärmungsenergie: Hochtemperatursupraleiter-Erwärmer HTS-Anlage)
Die Magnetheizertechnik auf Basis eines hochtemperatursupraleitenden (HTS) Magneten ist für die Aluminium- und Buntmetallindustrie entwickelt worden. Ob dieses Konzept auf Stahl übertragbar ist, soll in diesem Projekt untersucht werden. Dabei stehen die magnetischen Eigenschaften von Stahl im Mittelpunkt. Zum Ersten ist auf Grund der hohen Permeabilität zu erwarten, dass die Werkstücke im statischen Magnetfeld einer wesentlichen Kraft ausgesetzt sind im Vergleich zu NE-Metallen. Daher muss ein eigenes Handhabungskonzept zum Einschleusen und Bewegen gefunden werden. Zum Anderen ist die magnetische Hysterese zu berücksichtigen, sie bewirkt zusätzliche Kräfte aber auch zusätzliche Erwärmung des Werkstücks.

Das Projekt soll die angeschnittenen Fragen untersuchen und ein Konzept zur Erwärmung von Stahl im Magnetheizer erstellen.

5. Reduzierung der eingesetzten Erwärmungsenergie: Optimierung Induktionsanlage
In einem weiteren Ansatz soll die heutige Induktionserwärmer-Technologie optimiert werden. Hierzu soll geprüft und bewertet werden, ob in den Schaltungen der heutigen Umformer energieeffizientere Bauteile auf SiC Basis merkliche Vorteile beim Wirkungsgrad bringen.

Des Weiteren soll die Möglichkeiten einer Optimierung des Induktor-Designs geprüft, getestet und bewertet werden.

Als Ergebnis dieses Arbeitspunktes wird das Potenzial einer optimierten Induktionsanlage in Form eines Leitfadens beschrieben.

6. Energierückführung: Vormaterialerwärmung

Eine Vorstudie hat gezeigt, dass die Produkte nach Abschluss des Fertigungsprozesses erhebliche Energiemengen gespeichert haben, die heute an die Atmosphäre abgeleitet wird.

Im Rahmen dieses Arbeitspunktes sind Konzepte und Maßnahmen, zu erproben und zu bewerten (konzeptionelle Vorarbeiten werden in einem vorgelagerten Projekt durchgeführt), um diese Prozessenergie dem zu erwärmenden Vormaterial teilweise wieder zuzuführen.

Nach Abschluss des Projektes ist ein Demonstrator zu Energierückführung auf das Vormaterial erstellt und getestet. Die Anforderungen an eine nachfolgende Erwärmung bis auf Endtemperatur werden in Form eines Pflichtenhefts beschrieben.

7. Energierückführung: Effiziente Nutzung der Restenergie bei Induktionserwärmern

Als weiterer Lösungsweg ist vorgesehen, die heute im Kühlwasser der Induktionsanlagen abgeführte Energiemenge (ca. 1/3 der eingesetzten Energie) auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen, um hierdurch die Grundlage für eine sinnvolle Nutzung zu schaffen.

Als Ergebnis dieses Arbeitspunktes wird das Steigerungspotential der Energieeffizienz in Folge einer Erhöhung der Rücklauftemperatur in einem Leitfaden beschrieben.


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