Engel, Bernd
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Engel, Bernd
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Publication Access status: Open Access , Alternative Werkzeugtechnik – holzbasierte Umformwerkzeuge(2023); ; Um die Flexibilität in einem Produktionszeitalter zu erhöhen, das durch Massenfertigung und Individualisierung gekennzeichnet ist, und gleichzeitig den geopolitischen Klimazielen gerecht zu werden, sind nachhaltigere Ansätze für die Blechumformung und das Profilbiegen erforderlich, die an die jeweiligen Fertigungsprozesse angepasst sind. Starre, metallbasierte Werkzeugsysteme erfordern große Material- und Energieressourcen, wenn hohe Flexibilität, kleine Losgrößen oder Individualisierung angestrebt werden. Um den Gesamtressourcenverbrauch zu reduzieren und den Klimaanforderungen gerecht zu werden, können nichtmetallische Werkzeugansätze diesen Problemen entgegenwirken und gleichzeitig Flexibilität und Individualisierung beim Profil und Rohrbiegen anstreben. Im Vergleich zu konventionellen Werkzeugansätzen auf Metallbasis können Umformwerkzeuge auf Holzbasis potenzielle Ressourceneinsparungen (z.B. CO2-Fußabdruck) ermöglichen und eine nachhaltige Werkzeugalternative für das Biegen von Rohren und Profilen darstellen. Obwohl die mechanische Leistungsfähigkeit von Holz geringer ist als die von konventionellem Werkzeugstahl, können bestimmte Umformwerkzeuge auf Holzbasis für diese Biegeanwendungen eingesetzt werden. Um Werkzeuge für die Umformung von Verbundwerkstoffen auf Holzbasis auslegen zu können, ist ein tieferes Verständnis der mechanischen Eigenschaften erforderlich. Diese Arbeit gibt einen Prozessüberblick für biobasierte Werkzeugalternativen in einer Machbarkeitsstudie für holzbasierte Werkzeugwerkstoffe, um die mechanische Leistungsfähigkeit von Metallrohren und -profilen für das Rotationsziehen und Freiformbiegen zu untersuchen. Zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit werden verschiedene Verbundstrukturen (Dicke, Orientierung, Basismaterial) und Geometrien für holzbasierte Formwerkzeuge aus Robinie (Robinia pseudoacacia) untersucht. Abschließend wird festgestellt, dass die Ergebnisse ein potenzielles Prozessfenster für holzbasierte Umformwerkzeuge zum Rohr- und Profilbiegen aufzeigen.Source Type:InProceedings6 5 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Publication Access status: Open Access , Bedeutung der Maschinensteifigkeit für die Auslegung von Formspannbacken beim RotationszugbiegenFormspannbacken werden beim Rotationszugbiegen erforderlich, wenn der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Biegungen kleiner ist als die prozessbedingt notwendige Klemmlänge. Ihre Wirkflächen müssen dabei die Geometrie der vorherigen Biegung teilweise oder vollständig aufnehmen. In der Praxis weicht die reale Biegegeometrie häufig von der CAD-Geometrie ab, sodass letztere nur eingeschränkt zur Auslegung der Wirkflächen herangezogen werden kann. Diese Abweichungen entstehen, weil deterministische und stochastische Einflussgrößen des Prozesses bei der Konstruktion unberücksichtigt bleiben. Eine der dominierenden deterministischen Einflussgrößen ist die Steifigkeit der Biegemaschine, welche die Positionen und Ausrichtungen der Werkzeugelemente unter Last bestimmt. Eine Literaturrecherche zeigt die Sensitivität des Rotationszugbiegens gegenüber einer Verlagerung der Werkzeuge. Anhand des Maschinenaufbaus einer Biegemaschine gemäß VDI 3432 werden die Maschinenkomponenten einer Biegemaschine identifiziert, die maßgeblich die Verlagerung ausgewählter Werkzeugelemente beeinflussen. Die Verlagerungen der identifizierten Maschinenkomponenten unter Last werden mit dem optischen Messsystem Zeiss Aramis mittels prozessnaher Lastfälle vermessen.Source Type:InProceedings6 9 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Publication Access status: Open Access , Beeinflussung der Umformzone durch segmentierte Niederhalter beim inkrementellen ProfilbiegenDie Industrie befindet sich im Wandel. Sinkende Losgrößen bei gleichzeitig steigender Variantenvielfalt erfordern Produktionstechnologien, die eine wirtschaftliche Fertigung niedriger bis mittlerer Stückzahlen ermöglichen. Parallel dazu stellt die Transformation der Mobilität, insbesondere der Übergang vom Verbrennungs- zum Elektroantrieb, die Automobilindustrie vor zusätzliche Herausforderungen bei der Entwicklung und Fertigung neuer Crashstrukturen und Lastpfade. Konventionelle Werkzeugtechnologien mit starren, produktspezifischen Funktionsflächen stoßen hierbei zunehmend an ihre Grenzen. Zukünftige Produktionssysteme erfordern daher flexible Fertigungsprozesse und Werkzeuge, die eine wirtschaftliche Herstellung vom Einzelteil bis hin zu mittleren Losgrößen ermöglichen und gleichzeitig eine lastorientierte Bauteilauslegung unterstützen. Das inkrementelle Schwenkbiegen (ISB) stellt in diesem Kontext ein vielversprechendes Biegeumformverfahren dar. Das Biegemoment wird hierbei reibschlüssig über die Klemmflächen des Niederhalters in das Halbzeug eingeleitet, wodurch eine hohe Flexibilität hinsichtlich der umformbaren Halbzeuggeometrien erreicht wird. Der inkrementelle Charakter des Prozesses eröffnet zudem Freiheitsgrade zur Herstellung variabler Biegeradien und -winkel. Darüber hinaus wird in diesem Beitrag anhand etablierter Analysemethoden ein Werkzeugkonzept vorgestellt, das es ermöglicht, die Verteilung der Klemmkraft durch einstellbare, segmentierte Niederhalteflächen mit vertikalem Freiheitsgrad gezielt anzupassen und dadurch die Größe und Form der Umformzone zu beeinflussen. Anschließend wird das Potenzial zur Erweiterung der Grenzen der Umformtechnik im Hinblick auf die numerisch ermittelte lokale Dehnungsverteilung durch die dynamische Be- und Entlastung der Klemmflächensegmente während der inkrementellen Umformung untersucht. Das übergeordnete Ziel der Arbeit ist die Realisierung eines prozessintegriert steuerbaren Materialflusses in der Blechumformung. Die aktive Beeinflussung der Umformzone im ISB eröffnet damit neue Möglichkeiten zur flexiblen und lastorientierten Herstellung von Strukturbauteilen, beispielsweise von Längsträgern im Fahrzeugbau, und stellt einen vielversprechenden Ansatz für die wirtschaftliche Produktion zukünftiger lasttragender Strukturelemente dar.Source Type:InProceedings5 7 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Publication Access status: Open Access , Biegen - Quo vadis(2023)Bereits seit 20 Jahren haben wir unter dem Motto „Biegen in Siegen“ der Biege-Community eine Plattform gegeben. Neben dem Austausch auf den Biegeforen haben wir einen VDI-Fachausschuss „Biegetechnik“ FA 113 initiiert, der technische Richtlinien zum Profilbiegen gemeinschaftlich erarbeitet hat. Nach Corona haben wir mit dem 6. Biegeforum ein neues Format geschaffen, in dem wir neben der Industrie nun auch den Wissenschaftlern einen eigenen Schwerpunkt am Forum gegeben haben. Wir haben hierbei einen Spagat versucht, der einerseits die Möglichkeit bietet, Forschungsinhalte zum Biegen in gebundener Form zu sammeln und andererseits die Bedürfnisse der Industrie nicht abzukoppeln. Durch die Vortragsthemen und die offensichtlich sehr enge Bindung der Forschungsthemen an die Industrie haben die Autoren schon selbst diesen Spagat erfolgreich geleistet. Ich freue mich somit, Ihnen eine Sammlung spannender und hochaktueller Forschungsergebnisse zum Biegen präsentieren zu können. (Vorwort von Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel)Source Type:InProceedings230 149 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Publication Access status: Open Access , Enabling scalable and flexible production through digital twin-based robot–machine commissioningThis paper presents a conceptual method for a digital twin–based framework for scalable, flexible robot–machine commissioning in batch production processes. Following the concept of virtual commissioning as defined in VDI 4499, this method proposes a robot-first, event-driven interaction paradigm in which a mobile manipulator initiates transportation, handling, and manipulation tasks while production machines remain in a ready state and respond to the robot's actions. The approach is validated through a proof-of-principle demonstration using a nine-degree-of-freedom mobile manipulator (SkaBot9) with an integrated shelf. The complete process logic and communication architecture are simulated and transferred to the physical system without structural changes. The results demonstrate that the proposed method supports early validation of robot–machine interaction and a potential for commissioning with flexible, mobile robot–based production systems.Source Type:InProceedings2 7 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Publication Access status: Open Access , Entscheidungsfindung zur Rekonfiguration von Umformwerkzeugen mit Künstlicher Intelligenz(2026); Unsicherheiten und Störungen an Umformwerkzeugen wirken sich negativ auf die Produktion aus. Um eine robuste und flexible Produktion sicherzustellen, werden resiliente und rekonfigurierbare Fertigungssysteme benötigt. Die vorliegende Arbeit präsentiert ein bereits getestetes Vorgehen mit Fuzzy-Logik und Case-Based Reasoning (CBR) für Umformwerkzeuge, in diesem Fall ein mehrstufiges Werkzeug einer Transferpresse. Diese zugrunde liegenden Methode erkennt Fehlersituationen und schlägt dem Bediener Maßnahmen zur Rekonfiguration vor, um angemessen auf die jeweilige Situation reagieren zu können. Die Nutzung von Maschinen- und Sensordaten in Verbindung mit Expertenwissen, das beim Aufbau von Zugehörigkeitsfunktionen, Fuzzy-Regeln und Case-Based Reasoning eingesetzt wird, ermöglicht die frühzeitige Erkennung, Identifikation und Beseitigung von Fehlern im Produktionsprozess. Die Leistungsfähigkeit des Dienstes wird anhand eines Benchmarks quantifiziert.Source Type:InProceedings6 10 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Publication Access status: Open Access , Erhöhung der Flexibilisierung des Rotationszugbiegens mit reduzierten Werkzeugen(2023); Die Werkzeugsätze für das Rotationszugbiegen werden nach den Abmessungen der Halbzeuge und den gewünschten Biegeradien ausgelegt. Für mehr Flexibilität können die Werkzeugoberflächen geteilt und verstellbar ausgeführt werden. Ausgehend von der Verteilung der Kontaktnormalspannungen wurden in dieser Arbeit reduzierte Oberflächen abgeleitet. Der Einfluss dieser Oberflächen auf die Qualität der Bögen zeigt die technischen Möglichkeiten der Reduzierung der Werkzeuge auf.Source Type:InProceedings1 12 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Publication Access status: Open Access , Erweiterung der Prozessgrenzen für hochfestes mikrolegiertes Kaltband durch inkrementelles Profil-SchwenkbiegenMikrolegiertes Kaltband im Zugfestigkeitbereich zwischen 500 und 1000 MPa ist seit langem ein etablierter Werkstoff im Bereich automobiler Anwendungen. Die als CR500LA bis CR1000LA bezeichneten Werkstoffe werden aufgrund ihres hohen Streckgrenzenverhältnisses z.B. für Profil-Anwendungen wie Sitzschienen verwendet. Im Rahmen des hier vorgestellten Projektes wurde untersucht, in wieweit durch eine Kombination aus inkrementellem Schwenkbiegen und hochfestem mikrolegierten Kaltband die Prozessgrenzen für Stahlprofile erweitert werden können. Durch das vergleichsweise gute Lochaufweitverhältnis der mikrolegierten Sorten sind schon beim kontinuierlichen Biegen von Profilen gute Ergebnisse erzielbar. Durch die inkrementelle Verfahrensvariante und das sehr gute lokale Umformvermögen dieser Werkstoffgruppe konnten die Prozessgrenzen noch einmal erheblich erweitert werden.Source Type:InProceedings300 109 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Publication Access status: Open Access , Freiformabrollbiegen(2023); Current and future requirements for bending technology are identified and it is shown why these requirements cannot be met by current bending methods. The newly developed Free Form Unroll Bending (FFUB) is presented as a possible solution. Forming simulations are used to show that the process is, in principle, suitable for the bending of profile components. It is also shown that the process can be used to re-bend previously bent components, which is an important prerequisite for the cascading use of bent components. A process variant is presented in which the tool kinematics can be implemented using industrial robots. Due to the widespread use of industrial robots, this process variant offers a flexible and cost-effective entry into bending technology.Source Type:InProceedings1 6 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Publication Access status: Open Access , In-Prozess Verstellung von Werkzeugsegmenten bei Biegeverfahren(2026); Kinematische Biegeverfahren wie das Drei-Rollen-Schubbiegen besitzen eine inhärente Flexibilität, da mit einem einzigen Werkzeugsatz unterschiedliche Bauteilgeometrien hergestellt werden können. Werkzeuggebundene Umformverfahren wie das Rotationszugbiegen (RZB) oder das Abrollbiegen (ARB) sind diesbezüglich limitiert. Diese Formbindung ist im Hinblick auf die Flexibilität nachteilig, da eine Änderung der Bauteilgeometrie i.d.R. ein anderes Werkzeug oder Werkzeuganpassungen erfordert. Vorteile dieser industriell weit verbreiteten Biegeverfahren sind hingegen eine hohe Prozessstabilität sowie die Möglichkeit, sehr kleine Biegeverhältnisse zu realisieren. Ein Ansatz zur Flexibilisierung formgebundener Biegeverfahren bei gleichzeitiger Beibehaltung ihrer Vorteile besteht in der Verwendung segmentierter, verstellbarer Werkzeuge. Um die hierfür notwendigen großen Konturänderungen zu ermöglichen, ist einerseits eine Segmentierung der bislang geschlossenen Werkzeugwirkflächen erforderlich, wie sie aus Mehrpunkt-Umformverfahren bekannt ist, und andererseits eine gezielte, aktive (in-prozess) Verstellung dieser Segmente. Für die Entwicklung sogenannter Transformer-Werkzeuge sind insbesondere mechanistische Fragestellungen hinsichtlich der Auslegung der Segmentverstellungen zu erforschen. In diesem Beitrag wird eine simulationsgestützte Parameterstudie zur in-prozess Verstellung von segmentierten Biegewerkzeugen am Prozessbeispiel des Abrollbiegens und des Freibiegens vorgestellt. Für ausgewählte Biegeaufgaben wird der Einfluss von Segmentkinematiken unter Variation des Biege- und Wanddickenfaktors auf die resultierenden Bauteileigenschaften phänomenologisch untersucht. Der Schwerpunkt liegt insbesondere auf dem Vergleich der resultierenden Bauteileigenschaften, die mit statisch segmentierten Biegewerkzeugen erzielt werden, gegenüber jenen, die mit in-prozess verstellten segmentierten Biegewerkzeugen hergestellt werden.Source Type:InProceedings2 9
