Um immer strengere Umweltauflagen zu erfüllen, wird zur Gewichtsreduzierung bei Automobilen auf Leichtbau gesetzt. Infolgedessen findet auch beim Herstellen von Karosserieblechteilen ein verstärktes Ausreizen des Werkstoffes statt. Erschwert wird dies durch den Trend zu komplexeren Bauteilgeometrien und markanterer Designsprache. Daher wird der Herstellungsprozess mehr und mehr an den Grenzbereichen der Stabilität betrieben. Piezoelektrische Aktoren (PA) können dabei so eingesetzt werden, dass der Umformprozess um zusätzliche Einflussparameter erweitert wird. Sie beeinflussen dabei die Materialbewegung
lokal und können dadurch zu einer Steigerung der Effizienz beitragen. Im Rahmen der Dissertation wurden PA in die Matrize eines Großserien-Umformwerkzeugs (Karosseriebauteil einer Reserveradmulde) implementiert und hinsichtlich der Eignung für die Prozessregelung untersucht. Dabei wurden verschiedene Sensoren berücksichtigt, wobei sich Triangulationslaser zur Messung der Materialbewegung an der Platinenkante am besten eigneten. Es wurde die Wechselwirkung der PA auf die Materialbewegung empirisch und unter Verwendung statistischer Versuchsplanung ermittelt. Ein FE-Modell unterstützte die Prozessbeschreibung. Aus den Versuchsergebnissen wurde mittels Regressionsanalyse ein Polynomialmodell zur weiteren Untersuchung berechnet. Ausgehend von den Erkenntnissen über das Prozessverhalten wurden unter Verwendung der getesteten Sensoren Regelkreise aufgebaut. Zum einen wurde ein iterativer Ansatz untersucht, der nach jedem Umformvorgang die Regelabweichung ermittelt und durch Einsetzen der PA versucht, diese im Folgehub zu minimieren. Es konnte nachgewiesen werden, dass der Prozess auf diese Weise stabilisiert werden kann. Des Weiteren wurde eine In-Prozess-Regelung implementiert, welche die Regelabweichung kontinuierlich über den Prozess minimierte. Als Führungsgröße wurde eine Referenzkurve aus einer Schar von Gutteilen verwendet. Es zeigten sich eine verbesserte Bauteilqualität und ein Ausgleichen von Störgrößen.:Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Einleitung
2 Wissenschaftlicher Erkenntnisstand
2.1 Grundlagen der Blechumformung
2.2 Prozessregelung eines Umformvorgangs
2.3 Messeinrichtungen in Umformprozessen
2.4 Piezoelektrische Aktoren in Umformwerkzeugen
2.5 Diskussion zum wissenschaftlichen Erkenntnisstand
3 Auswahl großserientauglicher Sensorik zum Aufbau der Prozessregelung
3.1 Anforderungen an großserientaugliche Sensorik
3.2 Bewertungsmatrix einer Auswahl großserientauglicher Sensoren
4 Forschungsschwerpunkte und -hypothesen
5 Voruntersuchungen
5.1 Vorstellung des Versuchswerkzeug sowie der -geometrie
5.2 Untersuchung potenzieller Sensoren auf Beobachtbarkeit des Prozesses
5.3 Untersuchung der piezoelektrischen Aktoren
5.3.1 Prozessbeschreibung mit integrierten piezoelektrischen Aktoren
5.3.2 Versuchsaufbau mit integrierten piezoelektrischen Aktoren
5.3.3 Untersuchung der piezoelektrischen Aktoren auf Eignung im Prozess
5.3.4 Untersuchung der piezoelektrischen Aktoren auf Steuerbarkeit des Prozesses
6 Modellbildung
6.1 Versuchsplanung
6.2 Modellarten
6.3 Versuchsergebnisse und Modellvorstellung
6.4 Modellvergleich der Ziehkissenarten auf den Einfluss der PA
7 Prozessregelungsansätze
7.1 Iterative Regelung der Materialbewegung
7.1.1 Aufbau und Grundlagen der iterativen Regelung
7.1.2 Verifikation 1: Konvergenzverhalten bei gesetzten Zielen
7.1.3 Verifikation 2: Prozessregelung bei Prozessgrenzenüberschreitung
7.1.4 Diskussion der iterativen Prozessregelung
7.2 In-Prozess-Regelung der Materialbewegung
7.2.1 Aufbau und Grundlagen der In-Prozess-Regelung
7.2.2 Verifikation der In-Prozess-Regelung anhand empirischer Versuche
7.3 Ergebnisdiskussion und Gegenüberstellung der Regelungsansätze
8 Zusammenfassung und Ausblick
Literaturverzeichnis
Allgemeine Ergänzungen
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:36596 |
| Date | 06 January 2020 |
| Creators | Bäume, Tobias |
| Contributors | Drossel, Welf-Guntram, Volk, Wolfram, Zorn, Wolfgang, Drossel, Welf-Guntram, Technische Universität Chemnitz |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | https://doi.org/10.1051/matecconf/20152104008 |
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