SFB 1153: Flexible Prozesskette zur ressourceneffizienten Fertigung von Tailored-Forming-Bauteilen

Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) 1153 wurden in den ersten beiden Förderperioden neuartige Auslegungs-, Füge-, Umform-, Nachbearbeitungs- und Prüfverfahren für die Herstellung hybrider massiver Hochleistungsbauteile entwickelt und realisiert. Innerhalb der dritten Förderperiode werden die Einzelprozesse in diesem Teilprojekt zu einem automatisierten Gesamtprozess verkettet, um die Funktionalität der Prozesse in einer durchgehenden Prozesskette zu validieren sowie reproduzierbare Proben für die einzelnen Teilprojekte zur Verfügung zu stellen. Neben dem mechanischen Aufbau der Anlagenkomponenten müssen die Steuerungen für eine durchgehende Prozesskette untereinander vernetzt werden. Zusätzlich muss eine Möglichkeit geschaffen werden, die prozessrelevanten Parameter sensorisch zu erfassen sowie bauteilspezifisch abzuspeichern, um den Teilprojekten zur Validierung und Optimierung der Einzelprozesse, aber auch der Prozesskette, Daten zur Verfügung zu stellen.
Durch die gesamtheitliche Betrachtung der Prozesskette sollen weiterhin die Wirtschaftlichkeit und Ressourceneffizienz untersucht und gesteigert werden. Die Wirtschaftlichkeit eines automatisierten umformtechnischen Prozesses ist in hohem Maße von der Auslastung der bei weitem teuersten Komponente, der Umformmaschine, und deren Ausbringung abhängig. Im Vergleich zum konventionellen Schmieden hat die Tailored-Forming-Technologie derzeit den Nachteil langer vorgelagerter Halbzeugherstellungszeiten in zusätzlichen Prozessschritten, was zu einer geringen Ausbringung führt. Für die entscheidende Auslastung der Prozesse ist die automatisierte Verkettung sowie ihre Robustheit von entscheidender Bedeutung, da nur so über größere Lose eine wirtschaftliche Fertigung erfolgen kann. Die zu entwickelnden Methoden werden der Herausforderung der langen Halbzeugherstellungszeiten und der damit einhergehenden geringen Auslastung bei gleichzeitiger Erschließung von Energienachnutzungspotentialen begegnen. Zusätzlich wird die Umformmaschine für die parallele Herstellung mehrerer Bauteile ohne Umrüstung vorbereitet, um Wartezeiten aufgrund der unterschiedlichen Produktionszeiten der Halbzeuge zu vermeiden. Der sich dadurch ergebende neue Materialfluss in der Prozesskette kann entsprechend der zu entwickelnden Methoden variabel und automatisiert gesteuert werden, sodass die Anlage aus den einzelnen Taktzeiten und Prozesszuständen stets den idealen Fertigungsprozess wählt. Zur Reduzierung von Energiebedarfen innerhalb der Tailored-Forming-Prozesskette wird durch die gezielte Priorisierung von Halbzeugen mit einer hohen Temperatur aus dem vorgelagerten Prozessschritt die eingebrachte Wärme für die nachfolgende Umformung nutzbar gemacht.
Hierfür muss eine Methode in der Produktionsplanung implementiert werden, die bei der Reihenfolgebildung diverse Produkt- und Prozessparameter (z. B. Taktzeiten, Temperaturen) berücksichtigt. Mit der vollautomatisierten Prozesskette wird zusätzlich eine Möglichkeit geschaffen die industrielle Nutzbarkeit der dezentral entwickelten Systeme durch Dauerversuche zu evaluieren. Die dabei produzierten Bauteile werden dabei sowohl für die Validierung der Gesamtprozesskette als auch für die Einzelprozesse genutzt.