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2010-03-Schmiede-Journal

• Der Werk zeug tech no logie • Der verwendeten Halbzeuggeome trie. Zu klären, wie diese Parameter bezüglich der Material ökono mie zusammenhängen, ist Ge - gen stand dieses Teilprojekts. Die Bear bei tung er folgt auf Basis eines repräsentativen Teile - spek trums und schwerpunktmäßig unter An - wen dung von Stoff fluss simu la tio nen mit Hilfe der Finite Elemente Me thode (FEM). Das Teilprojekt „Kon struktions- und Ver fah - rens optimie rung mit Versuchs plan tech nik“ dient ebenfalls der Ent wicklung und Er pro bung sowie Bewertung von Maßnahmen, um den Material - einsatz für die Massiv um for mung zu re du zieren. Im Ge gensatz zu dem oben be schriebenen Ansatz wird hier im We sent lichen auf betriebliche Bauteil- und Pro zessdaten zurückgegriffen, mit dem Ziel, hierüber optimale Prozesswege zu identifizieren. Bei dem Thema „Vergüten aus der Schmie de - wärme“ soll ein Wärme behand lungsprozess hinsichtlich Energie ein satz und Erreichung mechanischer Eigen schaften optimiert werden. Eine Erhöhung der mechanischen Eigen schaften hat indirekt eine Material ein spa rung zur Folge, da Bauteile bei gleicher Be las tung filigraner konstruiert werden können. Im Teilprojekt „Auf maßreduzierung“ stehen Produkte und Prozesse im Vor der grund, wo das Vor form verfahren Reck walzen zum Ein satz kommt. Für dieses Vorformverfahren sollen Lösungen erarbeitet werden, mit denen das Material aufmaß reduziert werden kann. 2. Steigerung der Energieeffizienz Das Teilprojekt „Energie effizienz“ dient der Ent wicklung und Erprobung sowie Bewertung von Maßnahmen, um die Energie zur Er zeu gung der Prozesswärme zu reduzieren bzw. diese für den Prozess wieder zu nutzen. Im Ein zelnen: A. Nutzung der Prozesswärme zur Er zeu - gung elektrischer Energie. Hier werden theoretische Hintergründe aufgearbeitet, sowie Vorgehens weisen/ - Grund la gen für die anschließende betriebliche Um set zungs phase ausgearbeitet. Die einzelnen Be ar bei tungs phasen lassen sich wie folgt unterteilen: • Entwicklung und Bewertung eines Kon - zepts zur „Energiebündelung“ • Entwicklung und Bewertung eines Kon - zepts zur „Energieleitung“ • Entwicklung einer Messstrategie zur Be - wer tung von „Energie bündelung und -leitung“ • Konzeptauswahl zur Energieumwandlung von Prozesswärme in elektrische Energie • Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. Auf Grundlage dieser theoretischen Be - trach tungen sollen Demonstratoren gebaut, ge testet und bewertet werden. Die Er geb - nisse werden in Form von Leitfäden dokumentiert (was kann erreicht werden, was muss dafür getan werden, wie muss es getan werden?). B. Reduzierung des Energiebedarfs bei der Erwärmung. Eine Vorstudie hat gezeigt, dass die heute weitgehend eingesetzten Induktions er wär - mer mit einem Gesamt wirkungsgrad von < 60 Pro zent ar bei ten. Weiterhin hat diese Vor - studie er geben, dass es neuartige Er wär mer auf Basis von Supraleitern (HTS) gibt, die mit einem Wirkungsgrad von > 80 Prozent ar bei ten. Diese HTS-Erwärmer werden bisher ausschließlich für die Erwärmung von Buntmetallen (also nicht ferromagnetischen Metallen) eingesetzt. Die hier geplanten Arbeiten sollen auf der bestehenden HTS-Technologie aufsetzen und das An wend bar keitsspektrum für den Bereich (ferromagnetische) Schmiedeteile evaluieren bzw. erweitern. Die einzelnen Bear beitungs phasen lassen sich wie folgt unterteilen: • Bestehende HTS-Anlage evaluieren • Pflichtenheft erstellen • Umsetzungskonzept erarbeiten • Handlings- und Produktionskonzept erarbeiten • Wirtschaftlichkeitsbewertung. Durch FEM-Analysen und gegebenenfalls Messungen an vorhandenen HTS-An la gen sollen folgende Fragen beantwortet werden: • Kann Stahl mit einer HTS Anlage auf Schmie detemperatur erwärmt werden? • Genügen die erwärmten Stahlteile den schmie detechnischen Anforderungen (zum Beispiel Temperaturstreuung, Ver - zun de rung, Taktzeit, Durchwärmung etc.)? • Welche Voraussetzungen müssen hierbei ein gehalten werden (zum Beispiel Ma te ri - al querschnitt, Materialabmes sungen)? • Welchen energetischen Vorteil hat eine Report Deutschland Schmiedetonnage 1) 2.340.000 to/a Erwärmungsenergie 2) 1.248 GWh/a Erwärmungskosten 3) 125 Mio €/a 1) IMU Produktionsstatistik 2007, Gesenkschmiedeteile, Freiformschmiedestücke und Rohrleitungsformstücke aus Stahl 2) bei 400 kWh/to; Gratanteil 25% 3) bei 10 Cent/kWh Tabelle 1: Energiebedarf für Prozesswärme. CO2-Emission auf Grund der benötigten Erwärmungsenergie CO2-Emission 743.808 to CO2/Jahr (Es wird unterstellt, dass die benötigte Erwärmungsenergie zu 100 % durch Strom bereitgestellt wird. CO2-Emission = 596 g/kWh, deutscher Strommix 2006, Quelle: Umweltbundesamt) Tabelle 2: CO2-Emission. HTS-Anlage gegenüber einer konventionellen induktiven Erwärmungsanlage bei der Er wär mung von Stahl? • Welche Erwärmungskosten fallen bei einer HTS-Anlage bzw. bei einer konventionellen in duktiven Erwärmungsanlage pro Kilogramm Stahl an? • Gesamtwirtschaftlichkeit auf Basis von Stückkosten ermitteln. In einem weiteren Ansatz soll die heutige Induktionserwärmer-Technologie op - ti miert werden. In einem zweiten Projektteil geht es darum, den Energie wir kungs grad von Induktions er wär mern im Rahmen einer engen Kooperation zwischen einem Her - steller und einem Pro duk ti ons unter neh - men zu verbessern. Mit den Arbeiten werden im Wesentlichen zwei Ziele verfolgt: • Reduzierung der eingesetzten Er wär - mungs energie sowie eine • Energierückführung in den Prozess. Bei der Schmiedeerwärmung tritt neben der zur Erwärmung führenden Energie ein prozess abhängiger Anteil von Energie auf, der in den meisten Fällen bislang ungenutzt blieb. Eine Übersicht der Wirkungsgrade zeigt Bild 2 für eine typische Schmiede-Journal März 2010 17 Bild 1: Gesamtprojektstruktur.


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