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Title:
METHOD AND DEVICE FOR THE INCREMENTAL FORMING OF A METALLIC WORKPIECE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/202336
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and a device for the incremental forming of a metallic workpiece, comprising at least one spindle, on which the workpiece is clamped, and at least one spindle drive, with which the at least one spindle with the workpiece and/or at least one forming roller is set in rotation in relation to the workpiece, wherein the at least one forming roller is infed radially and/or axially in relation to the rotating workpiece by means of at least one actuating drive. The invention provides that there is a computer-based controller that uses sensors to detect multiple machine parameters, which comprise at least one rotational speed of the spindle, a position of the forming roller and forming forces and/or an infeed rate of the forming roller, that process parameters and/or workpiece parameters are also detected by the controller and that the controller creates at least one data record, in which the machine parameters are assigned to the process and/or workpiece parameters.

Inventors:
NILLIES, Benedikt (Mozartstr. 17, Ahlen, 59227, DE)
Application Number:
EP2018/054243
Publication Date:
November 08, 2018
Filing Date:
February 21, 2018
Export Citation:
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Assignee:
LEIFELD METAL SPINNING AG (Feldstr. 2-20, Ahlen, 59229, DE)
International Classes:
B21D22/16; B21D31/00
Foreign References:
DE20122011U12003-12-18
JPS57182161A1982-11-09
JPS5961529A1984-04-07
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
WUNDERLICH & HEIM PATENTANWÄLTE PARTGMBB (Irmgardstr. 3, München, 81479, DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum inkrementellen Umformen eines metallischen Werkstücks, mit mindestens einer Spindel, an welcher das Werkstück eingespannt wird, und

mindestens einem Spindelantrieb, mit welchem die mindestens eine Spindel mit dem Werkstück und/oder mindestens einer Umformrolle relativ zum Werkstück in Rotation versetzt wird,

wobei die mindestens eine Umformrolle mittels mindestens eines Stellantriebes radial und/oder axial relativ an das rotierende Werkstück zugestellt wird,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine computer-basierte Steuerung vorgesehen ist, welche über Sensoren mehrere Maschinenparameter erfasst, welche mindestens eine Drehzahl der Spindel, eine Position der Umformrolle sowie Umformkräfte und/oder eine Zustellgeschwindigkeit der Umformrolle umfassen, dass durch die Steuerung weiterhin Prozessparameter und/oder Werkstückparameter erfasst werden und

dass die Steuerung mindestens einen Datensatz erstellt, bei dem die Maschinenparameter den Prozess- und/oder Werkstückparametern zugeordnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass als Prozessparameterdie Bearbeitungszeit, die Umformzeit, ein Energieverbrauch, eine Prozesskraft, eine Temperatur und/oder ein Verschleiß erfasst werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass als Werkstückparameter Dimensionen und/oder Toleranzen des Werkstücks vor, während und/oder nach der Bearbeitung erfasst werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass anhand des ermittelten Datensatzes ein Wert zur Umformbarkeit des Materi- ales beziehungsweise dem Materialfließverhalten des Werkstücks bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Datensatz mit in einem Speicher hinterlegten Datensätzen verglichen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Steuerung anhand eines hinterlegten und ausgewählten Datensatzes einen oder mehrere Parameter bei der durchzuführenden Umformung verändert.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass durch die Steuerung eine Optimierung unter ökonomischen Gesichtspunkten, hinsichtlich Werkstücktoleranzen, Bearbeitungszeit, Energieverbrauch und/oder Verschleiß angestrebt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Parameter weg- und/oder zeitabhängig erfasst werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass durch den Bediener, durch einen Datensatz und/oder durch die Steuerung für die Parameter minimale und/oder maximale Grenzwerte festgelegt werden, wobei die inkrementale Umformung durch die Steuerung so gesteuert wird, dass die vorgegebenen Grenzwerte nicht überschritten werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Parameter zu einer Prozessoptimierung innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte durch die Steuerung abgewandelt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass neue ermittelte Datensätze der Prozessoptimierung in einem Speicher der Steuerung hinterlegt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Steuerung geänderte Prozessabläufe ermittelt und diese einen Nutzer vorschlägt oder automatisch einsetzt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

dadurch gekennzeichnet,

dass durch die Steuerung Verschleißzustände ermittelt und/oder prognostiziert werden und

dass die Steuerung Wartungstermine vorschlägt und/oder vorgibt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Maschinenparameter in einer ersten Steuerung überwacht werden und dass mindestens eine weitere Steuerung die Überwachung von weiteren Maschinen und/oder Prozessparametern übernimmt, diese auswertet und Stellgrößen an die erste Steuerung zur Änderung der Maschinenparameter beziehungsweise zur Optimierung des Prozesses übermittelt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14,

dadurch gekennzeichnet,

dass die automatische Prozessoptimierung durch die Maschinensteuerung eine nachfolgende manuelle Qualitätssicherung überflüssig macht.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15,

dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,

dass das Werkstück, die mindestens eine Umformrolle, ein Werkzeug und/oder weitere Vorrichtungskomponenten mit einer Kodierung und/oder einem Datenspeicher versehen sind, deren Informationen gelesen und dem ermittelten Datensatz zugeordnet werden.

17. Vorrichtung zum inkrementellen Umformen eines metallischen Werkstücks, insbesondere nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit mindestens einer Spindel, an welcher das Werkstück einspannbar ist, und

mindestens einem Spindelantrieb, mit welchem die mindestens eine Spindel mit dem Werkstück und/oder mindestens eine Umformrolle relativ zum Werkstück in Rotation versetzbar ist,

wobei die mindestens eine Umformrolle mittels mindestens eines Stellantriebes radial und/oder axial relativ an das rotierende Werkstück zustellbar ist,

dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,

dass eine computer-basierte Steuerung vorgesehen ist, welche über Sensoren mehrere Maschinenparameter erfasst, welche mindestens eine Drehzahl der Spindel, eine Position der Umformrolle sowie Umformkräfte und/oder eine Zustellgeschwindigkeit der Umformrolle umfasst,

dass durch die Steuerung weiterhin Prozessparameter und/oder Werkstückparameter erfassbar sind und

dass die Steuerung zum Erstellen mindestens eines Datensatzes ausgebildet ist, bei dem die Maschinenparameter den Prozess- und/oder Werkstückparametern zugeordnet werden.

Description:
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM INKREMENTELLEN UMFORMEN EINES METALLISCHEN WERKSTÜCKS

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum inkrementellen Umformen eines metallischen Werkstücks, mit mindestens einer Spindel, an welcher das Werkstück eingespannt wird, und mindestens einem Spindelantrieb, mit welchem die mindestens eine Spindel mit dem Werkstück und/oder mindestens einer Umformrolle relativ zum Werkstück in Rotation versetzt wird, wobei die mindestens eine Umformrolle mittels mindestens eines Stellantriebes radial und/oder axial relativ an das rotierende Werkstück zugestellt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum inkrementellen Umformen eines metallischen Werkstücks, mit mindestens einer Spindel, an welcher das Werkstück einspannbar ist, und mindestens einem Spindelantrieb, mit welchem die mindestens eine Spindel mit dem Werkstück und/oder mindestens eine Umformrolle relativ zum Werkstück in Rotation versetzbar ist, wobei die mindestens eine Umformrolle mittels mindestens eines Stellantriebes radial und/oder axial relativ an das rotierende Werkstück zustellbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 17.

Vorrichtungen zum inkrementellen Umformen sind als sogenannte Drück-, Profilier-, Einzieh- und Drückwalzmaschinen seit Jahrzehnten bekannt. Diese werden üblicherweise mit einer computergestützten Steuerung, beispielsweise einer CNC-Steuerung oder einer sogenannten Teach-in-Steuerung ausgestattet.

Mit diesen Maschinen kann ein spanloses Umformen eines in Rotation versetzten Werkstücks erfolgen. Insbesondere bei einem Drückwalzen komplexer Werkstück kann die Auslegung des Umformverfahrens, also etwa die Einstellung der Drehzahl, der Zustellwege und der Zustell kräfte, große Erfahrung des Maschinenbedieners oder eines Maschinenprogrammierers erfordern. Denn bereits kleine Änderungen von Verfahrensparametern können aufgrund des komplexen Umformverhaltens des Metalls beim Umformen, insbesondere der sich beim Umformen ändernden Festigkeit des Werkstückmaterials sowie des sich verändernden Rückstellverhaltens des umzuformenden Materials, zu merklichen Änderungen am Endprodukt führen. Auch eventuelle kleine Materialänderungen beim Ausgangswerkstück können dazu führen, dass der Prozess insgesamt oder zumindest einzelne Maschinenparameter neu eingestellt und angepasst werden müssen. Dies ist arbeits- und zeitaufwändig und bedarf eines bei der spanlosen Umformung erfahrenen Spezialisten. Eine fehlende oder nicht erfolgte Prozessanpassung durch kann, z.B. bei geänderter Materialcharge, zudem zu einer erhöhten Ausschussquote führen.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum inkrementellen Umformen eines metallischen Werkstücks anzugeben, mit welchen Werkstücke besonders effizient und flexibel herstellbar sind.

Die Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine computerbasierte Steuerung vorgesehen ist, welche über Sensoren mehrere Maschinenparameter erfasst, welche mindestens eine Drehzahl der Spindel, eine Position der Umformrolle sowie Umformkräfte und/oder eine Zustellgeschwindigkeit der Umformrolle umfassen, dass durch die Steuerung weiterhin Prozessparameter und/oder Werkstückparameter erfasst werden und dass die Steuerung einen Datensatz erstellt, bei dem die Maschinenparameter den Prozess- und/oder Werkstückparametern zugeordnet werden.

Eine Grundidee der Erfindung kann darin gesehen werden, bei einem Verfahren und einer Maschine zum inkrementellen Umformen sowohl Maschinenparameter als auch Prozess- und/oder Werkstückparameter zu erfassen und diese zu einem Datensatz zusammenzufassen. Es wird sozusagen ein Datensatz erstellt, bei welchem unmittel- bar Ursache und Wirkung einander zugeordnet sind. Dabei bezeichnen die Maschi- nenparameter im Wesentlichen die vorhandenen Einstellmöglichkeiten einer Maschine, insbesondere einer Drückwalzmaschine. Die Prozessparameter bezeichnen dabei insbesondere Parameter, welche sich als Ergebnis der Maschineparameter am Werkstück einstellen, also insbesondere Form- oder Festigkeitsänderungen. Darüber hinaus können diese Parameter auch als sogenannte Werkstückparameter Materialeigenschaften umfassen, welche in die Steuerung eingegeben werden, insbesondere die Art und Qualität des umzuformenden Materials.

Die entsprechenden Datensätze können vorzugsweise zeitabhängig oder wegabhängig erfasst und zu entsprechenden Datensätzen oder Datenstrings zusammengesetzt und gespeichert werden.

Derartige Datensätze ermöglichen nicht nur eine besondere Art der Qualitätssicherung und Prozessüberwachung, sondern erlauben auch eine Verfahrensverbesserung oder Verfahrensoptimierung, um beispielsweise eine vorgegebene Endkontur eines endbearbeitenden Werkstücks zu erreichen.

Eine bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass als Prozessparameter die Bearbeitungszeit, die Umformzeit, ein Energieverbrauch, Prozesskräfte, eine Temperatur und/oder ein Verschleiß erfasst werden. Zu diesem Zweck kann die Maschine mit entsprechenden Sensoren zur Zeiterfassung, Energieverbrauchserfassung, Kraftermittlung beziehungsweise der Temperatur versehen sein. Aus mehreren dieser so erfassten Werte kann auch ein Rückschluss auf den Maschinenverschleiß errechnet oder zumindest abgeschätzt werden. Die Sensoren können insbesondere an den Umformrollen und/oder der Führung und/oder Vorschubantrieben und/oder der Spindel und/oder den entsprechenden Antriebs- oder Lagerkomponenten vorgesehen sein.

Nach einer weiteren Verfahrensvariante der Erfindung ist es bevorzugt, dass als Werkstückparameter Dimensionen und/oder Toleranzen des Werkstücks vor, während und/oder nach der Bearbeitung erfasst werden. Die Erfassung der Werkstückdimensionen kann optisch, taktil oder in einer sonstigen geeigneten Weise durch entsprechende Mess- oder Erfassungseinrichtungen erfolgen. Besonders zweckmäßig ist es, dass eine Dimensionsänderung kontinuierlich oder zu diskreten Zeitpunkten während der Werkstückbearbeitung erfasst wird. Grundsätzlich ist aber auch eine einfache Erfassung nach Abschluss der Bearbeitung möglich, etwa bei einfach ausgebildeten Werkstücken. Insbesondere bei einer vorausgegangenen Erfassung des Ausgangswerkstücks kann so die erfolgte Umformung indirekt bestimmt und als Ergebnis der entsprechenden Maschinenparameter zugeordnet werden. Insbesondere bei Datensätzen mit unterschiedlichen Maschinenparametern können so Aussagen zu einer Verbesserung des Verfahrensablaufes und zu einer Verfahrensoptimierung getroffen werden.

Besonders vorteilhaft ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass anhand des ermittelten Datensatzes ein Wert zur Umformbarkeit des Materiales beziehungsweise dem Materialfließverhalten des Werkstücks bestimmt wird. So kann etwa durch Zuordnung einer bestimmten Umformkraft oder eines bestimmten Zustellweges der mindestens einen Umformrolle an das Werkstück im Vergleich mit den sich daraus ergebenden Umformergebnis am Werkstück eine Aussage getroffen werden, welche Umformeigenschaft das Material des zu bearbeitenden Werkstücks besitzt. So kann eine Aussage über die Umformfestigkeit sowie über ein plastisches und elastisches Materialverhalten getroffen werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass bei einem Ausgangswerkstück aus einem nicht näher bekannten Material zunächst ein definierter kleiner Umformschritt bei vorgegebenen Maschinenparametern, etwa einem vorgegebenem Umformweg und/oder einer vorgegebenen Umformkraft, durchgeführt wird, um dann die hierdurch hervorgerufene Formänderung am Werkstück zu erfassen. Durch eine Zuordnung und in einen Bezug setzen der Maschinenparameter zu der erzielten Formänderung kann durch eine Steuereinrichtung anhand von hinterlegten Daten in einem Speicher eine Materialbestimmung erfolgen, insbesondere ob es sich etwa um einen leicht umzuformenden Umformstahl oder um eine höherfestige Stahlqualität handelt. Abhängig von dieser Materialbestimmung können dann für das weitere Umformen durch die Steuereinrichtung die weiteren Maschinenparameter entsprechend angepasst werden, um eine ebenfalls in der Steuerung hinterlegte gewünschte Endkontur des Werkstücks zu erreichen.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass der Datensatz mit in einem Speicher hinterlegten Datensätzen verglichen wird. Die Datensätze können dabei in dem Speicher anfänglich hinterlegt oder per Datenfernübertragung von einer Zentrale eingespeist werden. Weiter ist es möglich, dass durch die Umformvorrichtung selbst Datensätze erzeugt und in dem maschineneigenen Datenspeicher hinterlegt werden. Diese können gegebenenfalls ebenfalls von einer Zentrale abgefragt und per Datenfernübertragung weitergeleitet werden. Vorzugsweise ist die Vorrichtung mit einem Internetzugang versehen, so dass dieser zur Datenübertragung und insbesondere zu einem langfristigen Datenaustausch verwendet werden kann.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Steuerung anhand eines hinterlegten und ausgewählten Datensatzes einen oder mehrere Parameter bei der durchzuführenden Umformung verändert. In der Steuerung kann insbesondere ein Programm oder eine Logik hinterlegt sein, welche eine oder mehrere Maschinenparameter bei der durchzuführenden Umformung oder bei einem nachfolgenden Umformprozess an einem weiteren Werkstück verändert und anpasst. Dabei kann von einem Maschinenbediener oder einer Zentrale vorgegeben sein, dass eine Anpassung der Datensätze unter vorauswählbaren Gesichtspunkten erfolgt.

Dabei ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung besonders bevorzugt, dass durch die Steuerung eine Optimierung unter ökonomischen Gesichtspunkten, hinsichtlich Werkstücktoleranzen, Materialeigenschaften, Bearbeitungszeit, Energieverbrauch und/oder Verschleiß angestrebt wird. So kann etwa durch einen Maschinenbediener oder eine Zentrale vorgegeben werden, eine möglichst kurze Bearbeitungszeit vorzusehen. Hierdurch kann der Ausstoß der Maschine etwa bei Auftragsspitzen erhöht werden. Alternativ oder ergänzend kann eine Bearbeitung unter dem Gesichtspunkt des möglichst geringen Energieverbrauches oder eines möglichst geringen Maschinenverschleißes erfolgen. In diesen Fällen kann sich eine etwas erhöhte Bearbeitungszeit je Werkstück ergeben. Entsprechendes kann sich auch dann einstellen, wenn eine Maschinensteuerung unter dem Gesichtspunkt der hohen Formgenauigkeit, also bei möglichst geringen Werkstücktoleranzen, durchgeführt wird. Es kann auch eine Kombination der verschiedenen Gesichtspunkte erfolgen, um etwa eine unter Maschinenauslastung, Energieverbrauch und Maschinenverschleiß möglichst effiziente Bearbeitung zu erzielen.

Besonders vorteilhaft ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass die Parameter weg- und/oder zeitabhängig erfasst werden. Während der Bearbeitung können so eine Vielzahl von Datensätzen erfasst werden, welche eine zeitliche oder streckenabhängige Dokumentation und Zuordnung des Verfahrensablaufes ermöglichen.

Nach der Erfindung wird weiterhin eine vorteilhafte Verfahrensvariante dadurch erzielt, dass durch den Bediener, durch einen Datensatz und/oder durch die Steuerung für die Parameter minimale und/oder maximale Grenzwerte festgelegt werden, wobei die in- krementale Umformung durch die Steuerung so gesteuert wird, dass die vorgegebenen Grenzwerte nicht überschritten werden. Durch diese vorgegebenen Grenzwerte kann beispielsweise eine Überbelastung der Maschine und/oder von Maschinenkomponenten verhindert werden.

Eine weitere bevorzugte Verfahrensvariante der Erfindung besteht darin, dass die Parameter zu einer Prozessoptimierung innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte durch die Steuerung abgewandelt werden. Die Steuerung kann dabei so ausgelegt sein, dass stets einzelne Maschinenparameter insbesondere innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte bei der Bearbeitung einzelner Werkstücke abgewandelt werden. Durch die Zuordnung und Verknüpfung mit den Werkstückparametern kann durch die Steuerung festgestellt werden, ob sich eine Verbesserung oder eine Verschlechterung hinsichtlich eines gewünschten Verfahrensergebnisses eingestellt hat. Unter Berücksichtigung dieses Ergebnisses kann dann die Steuerung eine weitere Veränderung oder gegebenenfalls eine Rücknahme der Veränderung des mindestens einen Maschinenparameters vornehmen. Es wird so ein Lernprozess der Steuerung erreicht, so dass über die Zeit und mit der Anzahl der bearbeiteten Werkstücke eine allgemeine Verbesserung und Prozessoptimierung erreicht werden kann.

Dabei ist es insbesondere besonders vorteilhaft, dass neu ermittelte Datensätze der Prozessoptimierung in einem Speicher der Steuerung hinterlegt werden. Wird also ein Datensatz als besonders vorteilhaft für die Werkstückbearbeitung, von z.B. einem speziellen Werkstoff oder einen bestimmten Bauteil, unter einem oder mehreren Gesichtspunkten angesehen, so kann dieser Datensatz für zukünftige Bearbeitungen hinterlegt werden. Gleichzeitig kann dieser Datensatz einer Zentrale im Unternehmen und/oder des Maschinenherstellers zur Abfrage und allgemeinen Prozessdatenauswertung zur Verfügung stehen. Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, dass die Steuerung geänderte Prozessabläufe ermittelt und diese einem Nutzer vorschlägt oder automatisch einsetzt. Eine Prozessoptimierung kann so vollautomatisch oder noch gesteuert durch den Maschinenbediener erfolgen.

Ein besonders effizienter Betrieb einer Maschine wird nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, dass durch die Steuerung Verschleißzustände ermittelt und/oder prognostiziert werden und dass die Steuerung Wartungstermine vorschlägt und/oder vorgibt. Hierdurch können Wartungstermine bedarfsgerecht festgesetzt werden, was kosteneffizient ist und die Lebenszeit einer Maschine und der Maschinenkomponenten verlängert. Verschleißzustände und Wartungstermine können nicht nur unmittelbar an der Maschine sondern über Datenfernübertragung auch zu einer Betriebszentrale und/oder dem Maschinenhersteller oder einer Servicestelle des Maschinenherstellers zugeleitet werden. Es kann so alles Notwendige veranlasst werden, beispielsweise auch die Beschaffung von Ersatzteilen. Durch eine rechtzeitige Wartung können unerwartete Betriebsausfälle der Maschine weitgehend verhindert werden.

Eine weitere bevorzugte Verfahrensvariante besteht darin, dass die Maschinenparameter in einer ersten Steuerung überwacht werden und dass mindestens eine weitere Steuerung die Überwachung von weiteren Maschinen- und/oder Verfahrensparametern übernimmt, diese auswertet und Stellgrößen an die erste Steuerung zur Änderung der Maschinenparameter beziehungsweise zur Optimierung des Prozesses übermittelt. Eine erfindungsgemäße Maschine kann vorzugsweise mit zwei oder mehreren Steuerungen oder Steuereinheiten versehen sein, welche unterschiedliche Funktionen wahrnehmen. So ist die erste Steuerung maßgeblich für die eigentliche Maschinensteuerung vorgesehen, während die zweite Steuereinheit die Aufgabe der Prozessoptimierung übernimmt.

Die Erfindung betrifft weiterhin auch eine Vorrichtung zum inkrementellen Umformen eines metallischen Werkstücks, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass eine com- puter-basierte Steuerung vorgesehen ist, welche über Sensoren mehrere Maschinenparameter erfasst, welche mindestens eine Drehzahl der Spindel, eine Position der Umformrolle sowie Umformkräfte und/oder eine Zustellgeschwindigkeit der Umform- rolle umfasst, dass durch die Steuerung weiterhin Prozessparameter und/oder Werk- stückparameter erfassbar sind und dass die Steuerung zum Erstellen eines Datensatzes ausgebildet ist, bei dem die Maschinenparameter den Prozess- und/oder Werkstückparametern zugeordnet werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens geeignet und vorgesehen. Hiermit können die zuvor beschriebenen Vorteile erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur inkrementellen Umformung, zum Beispiel durch Drücken, Profilieren, Verdicken, Anstauchen, Naben Anschieben und Einziehen oder Drückwalzen rotationssymmetrischer Werkstücke, verfügt über eine Software und eine Hardware, die vorzugsweise Betriebszustände, Prozesszustände und Ma- schinenzustände erfasst und dahingehend analysiert, wie es für einen sicheren Betrieb, einen sicheren Prozess oder die produktionssichere Maschine und die Qualität des Werkstücks erforderlich ist. Die mit der Software versehene Steuerung kann vorzugsweise über eine gewisse Intelligenz verfügen, die eine automatisierte und selbstständige Optimierung im laufenden Prozess ermöglicht. Optimierungspotenzial besteht beispielsweise hinsichtlich Genauigkeit und Qualität des Werkstücks, Ressourceneinsatz, Materialeinsatz, Energieverbrauch, Maschinen- und Prozesskosten, Auslastung der Produktion, Werkzeugverschleiß oder Werkzeugstandzeiten sowie War- tungs- und Instandhaltungskosten. Die Intelligenz der Maschine kann vorzugsweise soweit gehen, dass vollautomatisch Drückprogramme erzeugt werden, die dem Materialfließverhalten über die Anzahl und Form der Drückstufen in optimaler Weise Rechnung tragen. Dabei wird beispielsweise das Fließverhalten in Echtzeit bei dem Umformverfahren ermittelt und die Umformstufe automatisch simuliert und angepasst. Damit könnte ein Umformverfahren, insbesondere ein Drück- oder Drückwalzprozess, zukünftig weniger vom Geschick des Maschinenbedieners, sondern maßgeblich von der Qualität der Steuerungssoftware und ihrer Hardware abhängig sein. Die vorgesehene Sensorik ermöglicht es vorzugsweise, die Qualität des Umformverfahrens in Echtzeit zu überprüfen. So können beispielsweise im laufenden Verfahren über Hallsensoren die Anlage des Materials beim Drückvorgang unterhalb des Rolleneingriffs beziehungsweise der Drückzone geprüft werden. Die Software kann mittels der Sensorik zudem Daten und Informationen sammeln, die völlig neue Möglichkeiten eröffnen. So können beispielsweise Informationen über den Verschleißzustand der Maschine genutzt werden, um dem Maschinennutzers gezielt Serviceeinsätze anzubieten.

Eine weitere bevorzugte Variante der Software und Sensorik ermöglicht, die Überwachung der Qualität des umzuformenden Werkstücks sowie des Endwerkstücks. Beispielsweise können die Umformkräfte weg- und/oder zeitabhängig mitgeschrieben werden, wobei sich diese vorzugsweise innerhalb eines zuvor fest definierten minimalen und maximalen Grenzwerts befinden. Die Grenzwerte können für bestimmte Punkte oder ganze Bereiche definiert werden, so dass Hüllkurven oder Fenster die Grenzwerte beschreiben. Die Definition dieser Hüllkurven kann empirisch erfolgen, vorzugsweise jedoch über eine intelligente Softwareroutine automatisch. Dazu kann beispielsweise die Idealkurve je Prozess aufgezeichnet und Hüllkurven in vorgegebenen Abständen definiert werden. Diese können im Idealfall auch in Teilbereichen abweichend mit höherer Genauigkeit/geringerer Toleranz erstellt werden. Vorzugsweise sind die Hüllkurven einfach grafisch editierbar, so dass eine schnelle gezielte Anpassung in Teilbereichen erfolgen kann.

Abhängigkeiten von Grenzwerten können zuvor definiert und/oder durch die Software ermittelt werden. Auch ist eine ein- bis mehrdimensionale grafische Darstellung der Einzel- und/oder Gesamtergebnisse auf einem Bildschirm und/oder anderen Ausgabegeräten möglich. Bei Überschreiten der Grenzwerte kann ein automatisches Signal erfolgen und/oder durch die Steuerung automatisch Maßnahmen eingeleitet werden. Dies kann vorzugsweise soweit gehen, dass die Vorrichtung aktiv in den Prozess eingreift, Parameter verändert oder der Prozess insgesamt gestoppt wird. Daran kann sich eine automatische Benachrichtigung von Personen, Computern oder anderen Maschinen in der Fertigung anschließen.

Die Grenzwerte erlauben dann eine Aussage über die Qualität des Bauteils oder des Verfahrens. Über die Auswertung der Umformkräfte hinaus können der Verschleiß der Umformrollen durch Messsensoren, der Verschleiß des Drückwerkzeuges über die Abstreif- oder Abschiebekräfte, die Produktschmierung über Durchflusskontrollen der Kühlmittelzufuhr, die Lebensdauer der Hauptspindel- und Rollenwellenlagerungen durch Hall-A/ibrationssensoren überwacht werden. Verschleiß oder Maschinenverlagerungen durch Wärme können durch Sensorik und CNC-Steuerung automatisch kompensiert werden. Durch das Überwachen aller Sensoren beziehungsweise der vordefinierten Parameter wird dann folglich ein Gutteil sicher hergestellt. Der Einsatz der Sensorik kann so weit gehen, dass eine zusätzliche Qualitätssicherung an der Maschine entfallen kann. Dies kann erhebliche Kosten sparen sowie unnötige Maschinenstillstandszeiten und Ausschussmaterial verhindern und insgesamt eine Fehlerursache bei Qualitätsabweichungen erleichtern.

Die gemessenen Daten können für die Beurteilung des Prozesses herangezogen, gespeichert und archiviert werden, so dass eine RückVerfolgbarkeit, wie sie beispielsweise für die Fahrzeug-, Luft- und/oder Raumfahrtindustrie gewünscht ist, gewährleistet wird.

Darüber hinaus kann die Software Daten an Dritte zur weiteren Analyse zur Verfügung stellen, so dass zukünftige Maschinen und Prozesse besser optimiert werden können und/oder die Konstruktion und Entwicklung zukünftiger Maschinen und Vorrichtungen verbessert werden kann. Beispielsweise lassen sich über die Aufzeichnung von Kräften und Leistungen eine gewisse Anzahl von Maschinen auf eine Durchschnittsbelastung, eine Maximalbelastung und/oder ein Belastungskollektiv schließen, so dass bei Weiterentwicklungen der Maschinen eine Kalkulationsbasis für die Errechnung der Lebensdauer vorhanden ist, etwa von Lagern, Führungen sowie Antrieben. Darüber hinaus lassen sich die Vorrichtungen beziehungsweise Maschinen sowie ihre Konstruktion gezielter auf Kundenbedürfnisse anpassen und damit Produktionskosten sparen.

Ferner helfen die so erfassten Daten beziehungsweise Datensätze, die theoretische Simulation mit der Praxis abzugleichen. Durch systematische Aufzeichnung lässt sich auch eine Wissensdatenbank aufbauen, welche Maschinennutzern und Kunden als ein zusätzlicher Service zur Verfügung gestellt werden kann.

Eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die automatische Prozessoptimierung durch die Maschinensteuerung eine nachfolgende manuelle Qualitätssicherung überflüssig macht. Somit kann die automatische Prozessoptimierung durch die Steuerung eine üblicherweise vorgesehene Qualitäts- Überprüfung durch Bedienpersonal ersetzen. Abweichungen im Prozess können bereits frühzeitig erkannt und durch entsprechende Änderung und Anpassung der Maschinenparameter ausgeglichen oder behoben werden.

Eine besonders umfassende Datensatzerstellung wird nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erreicht, dass das Werkstück, die mindestens eine Umformrolle, ein Werkzeug und/oder weitere Vorrichtungskomponenten mit einer Kodierung und/oder einem Datenspeicher versehen sind, deren Information gelesen und dem ermittelten Datensatz zugeordnet werden. Das Auslesen kann über entsprechende Sensoren oder Leseeinrichtungen unmittelbar an der Maschine oder durch getrennte Einrichtungen oder durch einen Maschinenbediener erfolgen.

Damit die ermittelten Datensätze eine direkte Zuordnung zum umgeformten Bauteil ermöglichen, kann das Werkstück selbst mit einer Kodierung und/oder einem Datenspeicher ausgestattet sein. Hierzu eignen sich im besonderen Barcodes, QR-Codes oder RFID-Chips. RFID-Chips ermöglichen die Speicherung einer Vielzahl von Daten über die Herstellung und/oder den Herstellungsprozess und die erzielte Qualität. Derartige Codes, Speicher oder Chips lassen sich vorzugsweise bereits in/am Rohmaterial einbringen/befestigen.

Auch können Umformrollen und/oder Werkzeuge und /oder Maschinenkomponenten mit derartigen Speichern ausgestattet sein, die vorzugsweise Informationen über Original-Beschaffenheit und Verschleißzustand enthalten. Durch die Maschinensteuerung können die Informationen vorzugsweise eingesehen bzw. ausgelesen und/oder überschrieben werden, so dass Fehler im Prozess, wie z.B. der Aufbau einer falschen Umformrolle, ausgeschlossen werden.