Aufbau einer adaptiven Prozesssteuerung für das Innenhochdruck-Umformen von Rohren mit großem Längen-Durchmesser-Verhältnis

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Der vorliegende Forschungsantrag beschäftigt sich mit der Innenhochdruck-Umformung von Rohren, die ein sehr großes Längen-Durchmesser-Verhältnis aufweisen. Die spezifische, technologische Herausforderung bei der Innenhochdruck-Umformung derartiger Halbzeuge liegt darin, dass man diese Rohre wegen der Gefahr des Ausknickens und den mit der Halbzeuglänge zunehmenden Reibungskräften in axialer Richtung nur bedingt nachschieben kann, um in der Umformzone die geforderte Bauteilgeometrie zu realisieren. Die Problematik beim beidseitigen Nachschieben der Rohre von außen während eines IHU-Prozesses besteht darin, dass mit zunehmendem Innendruck auch die Kontakt-/Anlagefläche des Werkstücks an der Werkzeugwandung proportional ansteigt und axial eingeleitete Nachschiebekräfte mit wachsendem Abstand vom Rohrende abgebaut werden und dadurch ein Nachschieben des Rohres in der Umformzone deutlich erschwert wird. Um auch Rohre mit sehr großem Längen-Durchmesser-Verhältnis prozesssicher bei ausreichender Qualität mittels IHU umformen zu körnnen, soll im Rahmen des hier beantragten Forschungsvorhabens ein zeit- und verfahrenstechnisch optimierter Prozessablauf entwickelt werden. Die Idee dieses modifizierten IHU-Prozesses ist die Integration einer axial beweglichen Hülsenkonstruktion in das Werkzeug, die das Rohr größtenteils aufnimmt. Diese Hülse wird werkzeugtechnisch derart ausgelegt, dass sie während des Prozesses getrennt angesteuert und nachgeschoben werden kann. Mit der Zielsetzung einer individuellen Prozessführung bei schwankenden Eigenschaften des Rohrmaterials soll eine adaptive Prozesssteuerung dieses modifizierten IHU-Prozesses für dünne lange Rohre aufgebaut werden, die die heutigen technologischen Defizite einer Solldruck- orientierten Prozessführung überwindet. Aktuelle Fachdiskussionen und Berichte zeigen [Lie10], dass die heute eingesetzten Vielachsen-Steuerungen komplexer Hydroformprozesse von Rohren stets auf dem Konzept zeitabhängiger Achsbewegungen in Abhängigkeit vom Solldruck in der Werkzeugkavität basieren. Der Nachteil unterschiedlich stark ausgeprägter Werkstückgeometrien im Falle schwankender Rohrwerkstoffeigenschaften im IHU-Prozess kann mit diesen Strategien nicht überwunden werden. Im hier vorliegenden Forschungsantrag soll diesem technologische Defizit dahingehend entgegnet werden, dass die o.g. Hülsenkonstruktion für das Umformen dünner langer Rohre wegabhängig ausgeführt werden soll und diese Achse mit dem neuartigen Ansatz einer an den Volumenstrom des in die Werkzeugkavität eingeleiteten Mediums regelungstechnisch gekoppelt werden soll. Damit kann das Werkstückvolumen steuerungstechnisch vorgegeben werden.Fernziel dieser Forschungsarbeiten bildet somit die Entwicklung neuartiger Prozessstrategien für das Innenhochdruck-Umformen dünner langer Rohre, die nachfolgende Kalibrierprozesse weitestgehend erübrigen sollen. Dieser Forschungsantrag ist insbesondere vor dem Hintergrund zukünftiger Bauteilgeometrien für Wärmetauscher, Energiegewinnungssysteme und Kollektorapplikationen sinnvoll.