Methode zur techno-energetischen Bilanzierung von Fertigungsprozessketten am Beispiel Presshärten

Berichte aus dem IWU, Band 108
 
 
Wissenschaftliche Scripten (Verlag)
  • 1. Auflage
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  • erschienen im Februar 2019
 
  • Buch
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  • 200 Seiten
978-3-95735-101-2 (ISBN)
 
Die Produktionstechnik ist von der voranschreitenden Rohstoffverknappung maßgeblich betroffen. Daher ist es erforderlich, den Energie- und Ressourcenbedarf von Wertschöpfungsketten zu erfassen, um ihn dann kontinuierlich zu reduzieren und deren Effizienz zu verbessern. Um dies langfristig umzusetzen, ist die Entwicklung von technologieorientierten Methoden zur Bilanzierung und Bewertung der Energieund Materialflüsse in der Produktion notwendig. Zwar stehen diverse Methoden zur Energie- und Materialflussbilanzierung zur Verfügung, jedoch fokussieren diese verstärkt auf eine ökologische Bewertung. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, eine Bilanzierungsmethode für Prozesse und Prozessketten der Produktionstechnik zu entwickeln, die den Energiefluss in Bezug auf das herzustellende Bauteil modelliert und dabei konsequent physikalische, technische und technologische Parameter einbezieht. Darauf aufbauend ist eine Auswertung der Energiebilanzen unter techno-energetischen Gesichtspunkten, z. B. dem energetischen Optimum der Bauteilfertigung oder der Energiesensitivität einzelner Prozessparameter, möglich. Am Beispiel des Presshärtens einer ausgewählten Demonstratorgeometrie wird die entwickelte Methode validiert. Im Ergebnis zeigt sich, dass die technologischen Stellhebel zur Senkung des Energiebedarfs beim Presshärten vor allem die Erwärmungs- und Anlagentemperatur sowie die Transferzeit sind. Darüber hinaus konnte nachgewiesen werden, dass die direkte gegenüber der indirekten Presshärteprozesskette ein Energieeinsparpotenzial von circa 53 % aufweist. Die entwickelte techno-energetische Bilanzierungsmethode (TEBMethode) leistet damit einen wichtigen Beitrag, um den Energiebedarf in der Produktion langfristig zu reduzieren und die Energieeffizienz kontinuierlich zu verbessern.
  • Deutsch
  • Auerbach
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  • Deutschland
  • Neue Ausgabe
  • Klappenbroschur
45 Abbildungen und 31 Tabellen
  • Höhe: 21 cm
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  • Breite: 14.8 cm
978-3-95735-101-2 (9783957351012)
1 Einleitung

2 Stand der Technik
2.1 Bilanzierung produktionstechnischer Flüsse
2.1.1 Begriffsdefinitionen und systemtheoretische Grundlagen
2.1.2 Bilanzierungsmethoden und -ansätze
2.1.3 Zusammenfassung
2.2 Presshärten
2.2.1 Charakteristik des Presshärteverfahrens
2.2.2 Industriell angewandte Presshärteprozessketten

3 Zielstellung

4 Methode zur techno-energetischen Bilanzierung von Fertigungsprozessketten

5 Anwendung der Methode auf Presshärteprozessketten
5.1 Festlegung des Bilanzraumes und Analyse der direkten Presshärteprozesskette
5.2 Festlegung des Bilanzraumes und Analyse der indirekten Presshärteprozesskette
5.3 Fazit

6 Erstellung der Prozess- und Prozesskettenbilanzen für das Presshärten
6.1 Prozessbilanz Erwärmung
6.1.1 Thermische Energie des Erwärmungsprozesses
6.1.2 Verlustenergie des Erwärmungsprozesses
6.1.3 Zusammenfassung
6.2 Prozessbilanz Verweilen
6.3 Prozessbilanz Transfer
6.3.1 Mechanische Energie des Transferprozesses
6.3.2 Verlustenergie des Transferprozesses
6.3.3 Zusammenfassung
6.4 Prozessbilanz Umformen
6.4.1 Ideelle Umformenergie
6.4.2 Verlustenergie
6.4.3 Zusammenfassung
6.5 Prozessbilanz Abkühlen
6.6 Prozesskettenbilanz für Presshärteprozesse
6.6.1 Direkte Prozesskette
6.6.2 Indirekte Prozesskette

7 Kennwertermittlung für die Prozessbilanzen beim Presshärten
7.1 Erwärmen
7.1.1 Anlagen für Erwärmungsprozesse
7.1.2 Kennwerte der Erwärmungsanlagen
7.2 Verweilen
7.2.1 Anlagen für Verweilprozesse
7.2.2 Kennwerte der Anlagen
7.3 Transfer
7.3.1 Anlagen und Vorrichtungen für Transferprozesse
7.3.2 Kennwerte der Transfereinrichtungen
7.4 Umformen
7.4.1 Demonstratorbauteil und -werkzeug
7.4.2 Bestimmung umformtechnischer Kenngrößen
7.5 Abkühlen

8 Techno-energetische Bewertung des Presshärtens
8.1 Vergleichende Betrachtungen
8.1.1 Vergleich von Prozessen mit unterschiedlicher technologischer Umsetzung
8.1.2 Vergleich von Prozessen bei unterschiedlicher anlagentechnischer Umsetzung
8.1.3 Vergleich unterschiedlicher Prozessketten
8.2 Energetisches Optimum
8.2.1 Allgemeine Vorgehensweise
8.2.2 Energetisches Optimum der Presshärteprozessketten
8.2.3 Energieeffizienz von Presshärteprozessketten
8.2.4 Sensitivität der Prozessvariablen
8.3 Korrelation energiesensitiver Prozessvariablen
8.3.1 Erwärmungs- versus Anlagentemperatur
8.3.2 Erwärmungstemperatur und Transferzeit versus Umformtemperatur
8.4 Einordnung der Ergebnisse

9 Zusammenfassung

10 Ausblick

Literaturverzeichnis

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