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EFB – Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. auf der Euroblech 2018

Ist der Zenit beim Mischbau erst einmal überschritten?

| Autor/ Redakteur: Norbert Wellmann / Frauke Finus

Keine Frage besteht hinsichtlich der Notwendigkeit zum Leichtbau im Transportwesen, in der Luftfahrt, bei Verpackungen und bei den bewegten Teilen von Maschinen, Systemen und Anlagen. Aber ist der Zenit beim Mischbau mit faserverstärkten Kunststoffen erst einmal überschritten?

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Robotergestützter Werkzeugbau.
Robotergestützter Werkzeugbau.
(Bild: PTW/PTU TU Darmstadt)

Der Trend zum Leichtbau, so wie er seit dem Beginn des Flugzeugbaus und insbesondere in den letzten 30 Jahren verstärkt im Automobilbau betrieben wird, ist weiterhin ungebrochen. Dennoch stellen sich momentan viele Hersteller von Produkten - und nicht zuletzt die Automobilbauer – die Frage, wie weit der Mischbau und insbesondere der Einsatz der relativ hochpreisigen langfaserverstärkten Kunststoffe getrieben werden kann und muss. Politisch kommt gerade eine kritische Diskussion über die grundsätzlichen Risiken einer schlechten Umweltverträglichkeit der Kunststoffe dazu. Sind in Zukunft Gewichtsvorteile wirtschaftlich begründbar?

Gewicht spielt doch nur dort eine Rolle, wo ungleichförmige Bewegungen mit Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen vorliegen. Werden im Automobil der Zukunft Elektromotoren eingesetzt, so kann ein Teil der Bremsenergie zurückgewonnen werden. Beim Flugzeug geht das natürlich nicht so einfach. Würde man durch Verkehrsführung in den Städten einen guten Verkehrsfluss erreichen, so spielte das Gewicht energetisch praktisch keine Rolle mehr, ebenso wie bei Überlandfahrten.

Leichtbau spielt nicht nur im Automobilbau eine Rolle

Doch das ist nicht alles, denn solange das Autofahren durch hohe Agilität noch Spaß machen soll, und die Sicherheit erste Priorität hat, spielt das Gewicht dennoch eine wichtige Rolle.

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Keine Frage besteht hinsichtlich der Notwendigkeit zum Leichtbau im Transportwesen, in der Luftfahrt, bei Verpackungen und bei den bewegten Teilen von Maschinen, Systemen und Anlagen. Bei Letzteren sollen die Zykluszeiten, aber auch Kräfte und Momente reduziert werden. Wenn es um das Handling geht, spielen der Arbeitsschutz und die Lastenhandhabungsverordnung eine Rolle. Im privaten Haushalt, ob in Küche oder in anderen Bereichen, sind leichtere Werkzeuge und Mittel angenehmer und hochwertiger in der Bedienung, wodurch Ästhetik und Qualität eine hohe Bedeutung bekommen. In Kürze werden die Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit bei faserverstärkten Kunststoffen neu zu thematisieren sein. Die Fähigkeit zum nachhaltigen Recycling steht noch am Anfang der Entwicklung, und es wird sicher eine größere Sensibilität der Öffentlichkeit und Politik zu erwarten sein.

In aktuell über 150 Projekten der Industrieforschung bei der EFB werden die brennenden Fragestellungen und Ideen der nahen Zukunft abgebildet. Die relevanten Unternehmen für technologischen Fortschritt in Deutschland sind daran beteiligt und arbeiten in den Expertenkreisen intensiv mit. Die Projekte befassen sich mit der realen und virtuellen Welt der Produktionsverfahren zur Verarbeitung von Blechen und hybriden Strukturen, einschließlich der Verbünde mit kunststoffbasierten Werkstoffen, sowie mit den Themen der Maschinen, Werkzeuge und Systeme zum Trennen, Umformen und Fügen.

Der Fokus in der Forschung verschiebt sich aktuell

In der mittleren Vergangenheit lag der Schwerpunkt der Themen vor allem auf neuen Werkstoffen und hybriden Bauweisen im Materialmix . Dabei waren die grundsätzlichen Fragen zum Verständnis der Verarbeitung von den Trenntechnologien über das Umformen bis hin zum Fügen von Bauteilen und Fertigen der Komponenten zu beantworten. Aktuell verschieben sich die Themenschwerpunkte deutlich. Die hochfesten und warmumformbaren Stähle sowie Aluminium bekommen – abgesehen natürlich vom Flugzeugbau – wieder eine höhere Bedeutung und weiter steigende Zukunftsprognose. Hierbei sind die weitere Leichtbaufähigkeit und natürlich die Produktivität der Fertigungsprozesse die führenden Ziele.

Die aktuellen neuen Projektideen lassen sich in unterschiedlichste Kategorien aufteilen, wobei die meisten Themenstellungen aber mehrere Gebiete gleichzeitig betreffen, so dass Doppelnennungen vorliegen können, wenn man die Themen prozentual zuordnen will. So sind über 50 % der Projektideen mit Leichtbau verbunden. Über die Hälfte der Projekte beschäftigen sich mit der Weiterentwicklung von Stählen, und insbesondere das Presshärten wird in seiner Bedeutung noch steigen. In den meisten Projekten spielen Pressen, Werkzeuge und Fügesysteme eine größere Rolle. Und in etwa 30 % der Projekte werden virtuelle Methoden, Materialmodelle und Kennwerte mitbetrachtet und entwickelt.

Drei Entwicklungslinien in der Forschung

Gemäß der EFB-Roadmaps zu den derzeit übergeordneten Trendthemen ergibt sich eine Aufteilung in drei Entwicklungsrichtungen, in die sich alle Projekte aufteilen lassen:

  • Funktionserweiterung und Funktionsintegration in der Blechverarbeitung (45%)
  • Digitalisierung, intelligente Fertigungsprozesse, Industrie 4.0 (37%)
  • Intensiver hybrider Leichtbau (18%)

Die Entwicklungen im Bereich Funktionserweiterungen betrachten neue kombinierte Prozessschritte wie das Hybridpressen, die Fertigung von Hohlwellen mittels Innendruckumformen und spezielle Werkzeugbeschichtungen für die Umformung von 7000er Aluminiumblechen. Weiterhin wird das Presshärten im Innenhochdruckprozess mit Vorstauchoperationen thematisiert und die Warmumformung steht auch bei der gezielten Einstellung der Austenitstabilität durch Regelung der Temperatur des Tiefziehwerkzeugs im Anwendungsfeld.

Themen wie Reduzierung der Randschädigung beim Vorlochen, die prozessintegrierte Diffusionssteuerung von Legierungsbestandteilen zur Erhöhung der werkstofflichen Leistungsfähigkeit von Stählen, das elektrische Kontaktverhalten umformtechnischer Fügeverbindungen, die Steigerung des Tragverhaltens kombiniert beanspruchter Verbindungen, die Qualifizierung des Hochgeschwindigkeitsscherschneidens auf Pressen, variotherme Werkzeuge, Laserkantenveredlungsverfahren und Lebensdauer additiv hergestellte Produktionsmittel für Umformpressen sollen die Funktionalität, Machbarkeit und Produktivität der Fertigungsprozesse steigern.

Die Digitalisierung pusht die Prozesse

Durch die Digitalisierung ergeben sich vollkommen neue Bedingungen und Möglichkeiten für die Verarbeitungsprozesse. Die Projektthemen, die sich mit diesem Themenkreis und den intelligenten Fertigungsprozessen befassen, nehmen in den letzten 24 Monaten sehr stark zu. Dabei stehen die Fragestellungen der Charakterisierung und Analyse von Halbzeugen, Anlagen, Pressen und Operationen im Vordergrund. Am Ende muss auch eine Vorausplanung und Ermittlung der Effizienz möglich sein. In wie weit lassen sich Modelle für intelligente Prognosen nutzen, und wie muss die Sensitivität betrachtet werden? Ein Thema befasst sich mit der grundlegenden Entwicklung eines durchgängigen digitalen Models der gesamten Wertschöpfungskette vom Coil über den Platinenzuschnitt, die Blechumformung bis hin zur Fügetechnik.

Wie lassen sich die wichtigen Parameter in den Prozessen ermitteln und weiterverarbeiten? Gibt es relevante Parameter, die traditionell nicht zur Steuerung benutzt wurden? Es müssen effiziente Modelle und Lösungen zur Verknüpfung der virtuellen Planung mit der Fertigung entwickelt werden, wobei der Try-out und die Qualitätssicherung besondere Herausforderungen darstellen. Adressiert werden weiterhin die Themenfelder robotergestützter Werkzeugbau, adaptronische Formwerkzeuge, robotergestütztes Fügen, Augmented Reality und Blockchain in der Blechverarbeitung: Die Daten und Informationen sollen neuartig verarbeitet und genutzt werden. Die große Frage besteht darin, welche Daten und Mengen muss man aufzeichnen und für die Zukunft mitnehmen? Erstmal alle oder nur die, von denen man heute weiß, wie man sie nutzbringend verwenden kann und für die man bereits sinnvolle Algorithmen hat.

Intensiver hybrider Leichtbau mit Blick auf die wirtschaftliche Verbindung

In vielen Industriebereichen, und nicht nur beim Automobilbau, werden leistungsfähige, effiziente und wirtschaftlich zu verarbeitende, sowie nachhaltige Werkstofflösungen benötigt. Beim intensiven hybriden Leicht(misch)bau liegt der Schwerpunkt auf der Verbindung verschiedenartiger Werkstoffe und Bauteile, wobei die EFB die Verbindung von metallischen mit kunststoffbasierten faserverstärkten Werkstoffen betrachtet.

In der Vergangenheit wurden die Werkstoffe in der gesamten Breite ihrer Eigenschaften untersucht. Heute konzentriert man sich auf die Fragen nach der sicheren und wirtschaftlichen Verbindung der unterschiedlichen Werkstoffe und Fügepartner. Dabei stehen die Oberflächen der benachbarten Werkstoffflächen, sowie neue Fügeverfahren im Fokus, um die Verbindungseigenschaften zu stärken und korrosive Vorgänge zu vermeiden.

Wie muss mit den Werkstoffen konstruktiv umgegangen werden, um eine funktional einwandfreie Werkstoffkombination zu bekommen, die gleichzeitig effizient gefertigt werden kann? Wenn es hier klare für die Massenproduktion geeignete Lösungen gibt, wird im Markt eine bedeutende wettbewerbliche Zunahme dieser Werkstofflösungen zu prognostizieren sein.

Der EFB auf der Euroblech:Halle 11, Stand B08

Weitere Meldungen zur Euroblech finden Sie in unserem Special.

* Dr.-Ing. Norbert Wellmann ist Geschäftsführer des EFB – Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. in 30559 Hannover, Tel.: (05 11) 9 71 75-0, info@efb.de

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