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Überwachung der Sprühkühlwirkung mittels parallelen Einsatzes von Hochgeschwindigkeitskamera und Thermografie

Laufzeit:2 Jahre (beendet)
Förderung:AiF (IGF 17376 N)
Kontakt:massivumformungifum.uni-hannover.de

Motivation

Die Schmiedeindustrie ist analog zu vielen weiteren industriellen Bereichen der fertigenden Industrie einem zunehmenden Wettbewerb ausgesetzt. Neben Wettbewerbseinflüssen durch konkurrierende Herstellverfahren (Gießen, Spanen) sowie der steigenden Globalisierung ist der Prozess durch ein hohes Maß an interdependenten und damit aufeinander abzustimmenden Prozessgrößen geprägt. Diese führen zu einer Vielzahl von möglichen Störeinflüssen, welche die Beherrschung und Einrichtung des Schmiedeprozesses zu einer komplexen Aufgabe werden lässt.

Eine dieser Prozessgrößen ist die Kühlschmierung, die im beantragten Projekt untersucht werden soll, um basierend auf neuen Erkenntnissen die Auslegung des Gesamtprozesses zu vereinfachen. Weiterhin soll die Möglichkeit geschaffen werden, den Prozess Kühlschmierung effizienter zu gestalten. Damit sind zwei unterschiedliche Ergebnisse gemeint. Es soll mit Hilfe der verbesserten Kühlung und Kühleinrichtung zum einen der Werkzeugverschleiß, die Hauptversagensart bei Schmiedegesenken, verringert werden, und zum anderen soll gleichzeitig eine Reduzierung von Wasser und Schmiermittel ermöglicht werden. Beide Ergebnisse wirken sich direkt auf die Prozesskosten sowie auf die ökologische Bilanz aus.

Zielsetzung

In diesem Projekt wurde eine Methodik entwickelt, die es dem Anwender ermöglicht, die Effizienz der verwendeten Kühl-/ Schmiertechnik objektiv zu bewerten. Es wurde ein Konzept zur Erfassung der lokalen Kühlschmiermittelmenge und der resultierenden Temperaturreduzierung an den Gesenk-oberflächen entwickelt und daraus ein Kennwert zur objektiven Bewertung der Sprühkühleffizienz abgeleitet. Dieser Kennwert beschreibt die Effizienz der Sprühkühlung in Bezug auf die, in Abhängigkeit von den Sprühparametern (Sprühdauer und Schmiermitteldruck), zu erzielenden lokal aufgelösten Temperaturdifferenzen vor und nach der Sprühkühlung. Die Entwicklung dieser Methodik sowie deren Erprobung im industriellen Umfeld sind die Forschungsinhalte dieses Projektes. Eindeutige Aussagen zur Beeinflussung der Werkzeugstandmenge durch eine Veränderung der Sprühkühleffizienz können auf Basis der Ergebnisse bislang nicht getroffen werden. Die durch-geführten Industrieversuche erfolgten bei zwei Schmiedeunternehmen. Mit beiden Industrieversuchen wurde das Ziel verfolgt, einen quantifizierbaren Zusammenhang zwischen den Hochgeschwindigkeits- und den Thermografieaufnahmen herzustellen, um die Auswertung der Aufnahmen dahingehend zu ermöglichen, dass die Menge der Sprühmittelausbringung mit der Temperaturänderung bzw. Temperaturverteilung gegenübergestellt werden kann. Hierbei wurde mit der Thermografiekamera die Temperaturänderung an der Gesenkoberfläche gemessen und mit der auftreffenden Schmiermittelmenge und der zu benetzenden Gesenkgeometrie abgeglichen. Hierzu wurde zunächst mittels einer zentralen Recheneinheit ein zeitlich gesteuertes Triggersignal für beide Kamerasysteme erzeugt, welches einen Abgleich der Thermo- und Hochgeschwindigkeitsaufnahmen ermöglicht. Des Weiteren wurde der Düsenzustand (Veränderung der Anzahl der Düseneingänge) in den Versuchsreihen verändert.

Abbildung 1: Vergleich der Temperaturverteilung mit (rechts) und ohne (links) Verstopfung der Düsen nach der Sprühkühlung

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