Erforschung effizienterer Wertschöpfungsketten bei Metall-Produkten

Unter der Leitung von Prof. Dr. Birgit Awiszus, Inhaberin der Professur Virtuelle Fertigungstechnik an der Technischen Universität Chemnitz, startet am 1. Januar 2022 das Verbundprojekt „Simulationsbasiertes Eigenschaftsdesign entlang der kombinierten Prozesskette Ur- und Umformtechnik“ (SiPro). Zu den wissenschaftlichen Partnerinnen und Partnern des Projektes gehören die Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik (Leitung: Prof. Dr. Thomas Lampke) der TU Chemnitz, das Institut für Metallformung sowie das Stahlzentrum Freiberg e. V. der TU Bergakademie Freiberg und das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU. Aus der Industrie komplettieren sechs Unternehmen aus der stahlerzeugenden und stahlverarbeitenden Industrie, zwei Softwarehersteller von FEM-Systemen für Gieß- und Umformprozesse sowie als assoziierter Partner das Steinbeis-Forschungszentrum Fertigungs- und Werkstofftechnologien das Konsortium.

Das Verbundprojekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz in der Fördermaßnahme „Anwendungsorientierte nichtnukleare FuE im 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung“ mit einer Laufzeit von drei Jahren mit rund 3,4 Millionen Euro gefördert. Das Vorhaben wurde mit Unterstützung des Projektträgers Jülich beantragt.

Weniger CO2 und mehr Ressourceneffizienz – Junge Menschen für MINT begeistern

Das Ziel von SiPro ist es, Energie- und Ressourceneinsparungen in der Prozesskette Ur- und Umformen zu identifizieren, um den CO2-Ausstoß während der Herstellung metallischer Produkte, die momentan noch sehr energieintensiv hergestellt werden, erheblich zu reduzieren. Dazu zählen große Bauteile, wie nahtlos gewalzte Ringe für den Einsatz in Getrieben von Windkraftanlagen, freiformgeschmiedete Wellen für den Anlagen- und Maschinenbau, Schmiedeprodukte für den Energiesektor sowie scheibenförmige Bauteile für die Wasserkraftindustrie.

„Ressourceneffizienz ist ja schon lange ein wichtiger Schwerpunkt im Maschinenbau. Deshalb ist es nur konsequent, wenn wir mit diesem Projekt auch einen wesentlichen Beitrag zur CO2-Reduktion leisten wollen“, sagt Awiszus, die das Projekt koordiniert. „Zudem möchten wir mit dem Projekt auch junge Menschen ansprechen, die sich für den Klimaschutz engagieren wollen. Wir können so einen weiteren und mit dem Thema Klima und Ressourceneffizienz sehr aktuellen Baustein auch für ein zukünftiges Studienportfolio im MINT-Bereich bieten. Das schafft Perspektiven, um später aktiv neue Technologien zu entwickeln und bezüglich der vielfältigen Klimathemen die Wissenschaft kreativ zu unterstützen.“

Die Endeigenschaften der finalen Produkte nach dem Ur- und Umformen sollen dabei vergleichbar sein zu Produkten, die aktuell mittels konventioneller Prozessketten hergestellt werden. Um das zu erreichen, wird erstmalig die Prozesskette Ur- und Umformen ganzheitlich numerisch für industriell relevante Herstellungsrouten aufgebaut. Dabei wird die sogenannte mikrostrukturelle Werkstückentwicklung durch geeignete Werkstoffmodelle beschrieben und von der Urform-Simulation auf die Umform-Simulation übertragen.

Wichtiger Schritt für Arbeiten noch effektiverer Prozessketten

Dafür soll im Rahmen von SiPro die Entwicklung einer simulationsbasierten Prozessketten-Optimierung zur Energie- und Ressourceneinsparung bei energieintensiven Verfahren sowie die Erhöhung des Digitalisierungsgrades durch die Zusammenführung der notwendigen Prozessmodelle entwickelt werden. Dafür werden durch den Einsatz und die Weiterentwicklung von Simulationssoftware für das Ur- und Umformen die verschiedenen Prozessketten optimiert und somit kostenintensive Energie-Einträge sowie Ausschuss verringert, um möglichst viel Energie zu sparen und die bei der Produktion entstehenden CO2-Emissionen deutlich zu verringern. Die Messergebnisse aus Labor und Praxis sowie die kalibrierten Simulationsergebnisse werden gemeinsam genutzt, um Optimierungspotenziale über alle Prozessschritte hinweg zu erarbeiten. Dieses Vorhaben legt wichtige Grundlagen für künftig noch weitere Verfahren hin zu mehr Ressourceneffizienz und Optimierungen über die gesamte Wertschöpfungskette bei der Herstellung metallischer Produkte hinweg.

Quelle und Foto: Technische Universität Chemnitz