Zur Entwicklung einer digitalen Kernfertigung haben drei in ihren jeweiligen Bereichen führende Technologieanbieter ihre langjährige Partnerschaft erfolgreich fortgesetzt: MAGMA Gießereitechnologie GmbH (MAGMA), Spezialist für die virtuelle Optimierung von Gießereiprozessen, Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH (HA), führender Anbieter von Gießereichemikalien und Laempe Mössner Sinto GmbH (Laempe), renommierter Hersteller von Kernfertigungsanlagen. Die Unternehmen haben nun ihre Fortschritte vorgestellt.
Eine gleichbleibende Qualität während der Kernfertigung sicherzustellen, die das Zusammenspiel verschiedener Einflussfaktoren und Prozessvariablen berücksichtigt, ist bei der Herstellung moderner, komplexer Gussstücke besonders wichtig. Ob der Prozess in der Lage ist, die geforderte Qualität zu 100 % zu liefern, ist erst am fertigen Gussteil ersichtlich. Für Gießereien wäre es daher sehr vorteilhaft, wenn mögliche Abweichungen im Prozess bereits im Voraus erkannt werden, um frühzeitig einzugreifen. Mit Werkzeugen des maschinellen Lernens wurden quantitative Korrelationen zwischen dem Verhalten des Formstoffes, dem Prozesszustand in der Maschine und der Kernqualität hergestellt.
Simulation bei der Kernfertigung
Die simulationsbasierte Abbildung der Kernfertigung ermöglicht genau das. Sie macht den Prozess transparent und vorhersagbar und berücksichtigt dabei so viele Prozessparameter wie möglich. Die Integration dieser Methoden in die Produktionsumgebung ist die Vision, die die Partnerschaft zwischen HA, MAGMA und Laempe antreibt. Mit Werkzeugen des maschinellen Lernens wurden quantitative Korrelationen zwischen dem Verhalten des Formstoffes, dem Prozesszustand in der Maschine und der Kernqualität hergestellt.
Perspektiven des Konzepts
„Mit diesem patentierten neuen Werkzeug ist es uns gelungen, Prozesssimulation und reale Kernherstellung zu kombinieren. Durch die Kopplung der zeitabhängigen Formstoffeigenschaften mit der Kernschießmaschine und der aktuellen Werkzeugbestückung, können wir den gesamten Prozess ganzheitlich simulieren. Damit stellen wir eine zuverlässige Kernqualität sicher. Durch die kurzen Rechenzeiten ist es sogar möglich, die Simulation in den Echtzeitbetrieb der Maschine zu integrieren. Wir implementieren diese Technologie auch als Front-End Prädiktor in MAGMA C+M, unserer Kernherstellungsprozess-Simulationssoftware.“, so Dr. Ingo Wagner, Produktmanager Kernherstellungsprozesse bei der MAGMA GmbH.
„Für Laempe ist diese Kooperation ein wichtiger Baustein in unserer Digitalisierungsinitiative, die wir mit unserer Software Laempe Digital Cockpit und unserem Echtzeit-Inspektionssystem Core Vision unterstützen. Die nun hergestellte Verbindung zwischen Prozessdaten, Maschinensteuerung und dem fertigen Kern unterscheidet diesen Ansatz von vielen ‚Industrie 4.0 Maßnahmen‘ in einer Gießerei, bei denen die Verbindung zur Produktqualität fehlt.“, ergänzt Rudolf Wintgens, Geschäftsführer von Laempe.
Druckmessungen aus der Kernschießmaschine können genutzt werden, um die Kernqualität vorherzusagen.
Einsatz von KI-Technologie
Für den nächsten Schritt hat HA in einer umfangreichen Versuchsreihe an einer vollständig instrumentierten Kernschießmaschine Untersuchungen durchgeführt, um das Verhalten von Formstoffen mit dem virtuellen System zu verknüpfen. Die neuesten KI-Technologien wurden eingesetzt, um eine robuste Vorhersagefähigkeit zwischen dem Zustand des Formstoffes bei verschiedenen maschinenseitigen Einstellungen und der endgültigen Kernqualität herzustellen.
„Wir können jetzt Kerndefekte erkennen, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind, aber in der weiteren Prozesskette Probleme verursachen. Verformungen bei der Kernlagerung, Kernbruch beim Gießen sowie Gussfehler werden oft nicht nur durch den Binder selbst verursacht, sondern auch durch Parameter wie die Lagerzeit des Formstoffes. Eine frische Formstoffmischung fließt besser, lässt sich besser verdichten und sorgt für weniger Werkzeugverschleiß und Entlüftungsprobleme.“, erklärt Amine Serghini, Mitglied des HA-Managementteams.
Mithilfe der virtuellen Kernschießmaschine lässt sich vorhersagen, ob ein Formstoff noch verwendet werden kann, ohne dass es zu Folgeproblemen kommt oder wie die Produktion eingestellt werden kann, um eine gute Kernqualität zu gewährleisten.
Bei Versuchen im HA Center of Competence (CoC) in Baddeckenstedt wurden die empirischen Daten, die den direkten Simulationen zugrunde liegen, an einer dort eingesetzten hochmodernen Laempe-Kernschießmaschine erhoben. Mit diesen Daten können wichtige Einflussparameter und deren Auswirkungen auf den Gießprozess in der Maschine und im Werkzeug exakt modelliert werden. Das CoC ist mit vielfältigen technischen Möglichkeiten ausgestattet und bietet eine wertvolle Plattform für Partner aus unterschiedlichen Fachbereichen, wobei in gemeinsamen Entwicklungsprojekten systematisch Innovationen vorangetrieben werden.
Dank der Partnerschaft zwischen MAGMA, HA und Laempe ist die technische Umsetzung einer echtzeitfähigen, physikalischen und datenbasierten Kernproduktionssteuerung Realität geworden und stellt einen großen Schritt in Richtung Gießerei 4.0 dar. Dieser Ansatz eröffnet allen drei Partnern neue Möglichkeiten, um ihren Kunden jederzeit intelligente Lösungen für eine optimierte und robuste Kernherstellung zu bieten.
