12.05.2010

"Forschung für die Produktion von morgen" - Themenfeld Energieeffizienter Leichtbau

Mit dieser Bekanntmachung sollen die Voraussetzungen für eine noch breitere Anwendung von Leichtbauprodukten geschaffen werden, um Chancen für die Erschließung von neuen Marktsegmenten mit hoher Wertschöpfung zu eröffnen oder auszubauen.  Gleichzeitig soll ein Beitrag zur Ressourceneffizienz in der Produktion geleistet werden.

Voraussetzung für die breitere Anwendung von Leichtbauprodukten, insbesondere aus Faserverbundwerkstoffen ist die Bereitstellung serientauglicher, robuster und effizienter Herstellungs- und Bearbeitungstechnologien. Darüber hinaus müssen diese Technologien in bestehende Prozessketten flexibel integrierbar sein. Insbesondere neuartige Herstellungs-, Bearbeitungstechnologien sowie Handling- und Qualitätssicherungsverfahren für Faserverbundwerkstoffe sowie die Verkettung der einzelnen Prozessschritte sind dabei die Schlüssel zum Aufbau flexibler, durchgängiger automatisierter Fertigungsprozessketten.

Leichtbauprodukte sollen mindestens die gleichen Qualitätseigenschaften aufweisen, wie die meist metallischen Alternativen. Künftig muss deren Herstellung und Nutzung mit einer deutlichen Reduzierung des Energieverbrauchs und damit auch der Schadstoffemissionen einhergehen.

Die Verfügbarkeit von immer komplexeren und leistungsfähigeren Ausgangsmaterialien für den Leichtbau (homogen, z.B. Leichtmetalllegierungen oder inhomogen, z.B. Verbundwerkstoffe und Multimaterialsysteme) stellt sehr hohe Anforderungen an ressourcenschonende und wirtschaftliche Herstellungs- und Bearbeitungstechnologien. Leichtbauprodukte können in den meisten Fällen mit klassischen Fertigungsverfahren nicht wirtschaftlich in ihren funktionalen Endzustand gebracht werden. Sie müssen vielmehr mit zu optimierenden etablierten oder noch zu entwickelnden neuen Technologien, die oftmals sehr energieintensiv sind, weiter- und endbearbeitet werden.

Ziel der Bekanntmachung ist es, die Entwicklung neuer ressourcenschonender Herstellungs- und Bearbeitungstechnologien und dazu erforderlicher Produktionsausrüstungen für eine wirtschaftliche und ressourceneffiziente Fertigung von Leichtbauprodukten aus Faserverbundwerkstoffen und Multimaterialsystemen zu unterstützen.

Insbesondere für Serienanwendungen mittlerer und hoher Stückzahlen soll eine weitgehende Fertigungsautomatisierung als notwendige Voraussetzung für die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie mit ihren vergleichsweise hohen Lohn- und Lohnnebenkosten erreicht werden.

Betrachtet werden soll die gesamte Prozesskette von der Konstruktion über Produkt- und Prozesssimulation, das Ur- und Umformen als Herstellungstechnologien, die Bearbeitungstechnologien für Trenn- und Zerspanungsverfahren, sowie die Fügeverfahren für Bauelemente und Baugruppen aus Werkstoffen gleicher Struktur und Werkstoffen unterschiedlicher Strukturen im Sinne von Multi-Material-Design.
Von übergreifender Bedeutung für alle Produktionsschritte sind prozessintegrierte Qualitätssicherungsstrategien für die  sichere Herstellung reproduzierbarer Produkteigenschaften.

Materialentwicklungen sind nicht Gegenstand der Bekanntmachung.

Das jeweils erwartete Verbesserungspotential, insbesondere hinsichtlich der Energie- und Ressourceneffizienzsteigerung, ist quantifiziert darzustellen und bei Durchführung des Vorhabens beispielhaft in der Praxis zu demonstrieren.
Die Forschungsarbeiten sollen in Verbundprojekten von interdisziplinären Projektteams durchgeführt werden. Die Ergebnisse sind einer breiten Öffentlichkeit zugänglich zu machen.

Folgende Forschungs- und Entwicklungsaspekte erscheinen vordringlich:

• Entwicklung ressourceneffizienter und wirtschaftlicher Herstellungs- und Bearbeitungstechnologien und entsprechender Anlagen und Werkzeuge

  Die Herstellung von Leichtbauprodukten erfordern kostengünstige und energieeffiziente Herstellungstechnologien unter Nutzung  prozessaktiver Anlagen- und Werkzeugsysteme, welche bei veränderlichen Fertigungsbedingungen konstante Bauteilqualitäten durch einen reproduzierbaren Herstellungsprozess sicherstellen. Neben energieoptimierten Verfahren und Prozessen stehen vor allem die Rückgewinnung von vorhandener Prozessenergie sowie die Minimierung von Produktionsabfällen und Hilfsstoffen im Vordergrund. Denkbar sind Lösungsansätze, z.B. kaskadierte Abwärmenutzung oder Verkürzung der Prozessketten auf möglichst einstufige Prozesse, durch die ein hohes Maß an Funktionsbündelung der Anlagenhilfsmittel erreicht werden kann.
  
  Wesentliches Ziel bei der Entwicklung neuartiger Bearbeitungstechnologien ist das Erreichen einer deutlichen Produktivitätssteigerung sowie einer Ressourceneinsparung gegenüber vergleichbaren Lösungen. Besondere Beachtung gilt den Trenn- und Zerspanverfahren von inhomogenen Materialien mit unterschiedlichen Konsistenzen und Eigenschaften. Hier besteht erheblicher Handlungsbedarf für die Entwicklung neuer Bearbeitungsstrategien und der notwendigen Werkzeuge mit wirtschaftlichen Standzeiten für die Hochgeschwindigkeits- und Trockenbearbeitung.

• Technologien zum Material- und Halbzeughandling

  Die automatisierte Bereitstellung wie auch das Handling von forminstabilen oder biegeschlaffen Halbzeugen stellen auch heute noch eine große Herausforderung für die industrielle Produktion von Leichtbauprodukten dar.
  Für eine serientaugliche Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen und um größere Stückzahlen wirtschaftlich fertigen zu können, ist das Handling als Schnittstellenbereich über die gesamte Prozesskette zu automatisieren und für hohe Positioniergeschwindigkeiten und -genauigkeiten zu realisieren.

• Optimierte Herstellungsprozesse durch Simulation und prozessintegrierte Qualitätssicherungsverfahren für eine automatisierte Fertigung

  Es sind geeignete Simulationsmethoden für die Auslegung,  Konstruktion und Ver- und Bearbeitungsprozesse von Funktionsbauteilen für eine endkonturnahe, materialarme und lastadaptive Werkstückgestaltung zu entwickeln, wodurch nachgeschaltete Bearbeitungsprozesse minimiert bzw. vermieden werden können.
  
  Eine prozessintegrierte Qualitätsüberwachung aller Eingangsmaterialien, Zwischen- und Endprodukte ist für den Betrieb einer reproduzierbaren und automatisierten Fertigung zwingend erforderlich. Gesucht werden In-Line-Detektionsmethoden zur Erfassung der wesentlichen Fehlerarten bzw. Qualitätsmerkmale.

Gefördert werden risikoreiche und anwendungsorientierte industrielle Verbundprojekte, die ein arbeitsteiliges und multidisziplinäres Zusammenwirken von Unternehmen mit Hochschulen und Forschungseinrichtungen erfordern. Die Vorhaben sollen dabei die gesamte Wertschöpfungskette von der Werkstoffbereitstellung über Werkstoffverarbeitung bis zur Anwendung abdecken. Vorzugsweise sollten branchenübergreifende Entwicklungen verfolgt werden, um einen besseren Erfahrungsaustausch bzw. Wissenstransfer zu erreichen und Doppelentwicklungen zu vermeiden. Arbeiten die der Vorbereitung von Normung und Standardisierung dienen sind ausdrücklich erwünscht. Eine möglichst hohe Beteiligung von kleinen und mittleren Unternehmen an den Verbundprojekten ist besonders gewünscht. Reine Institutsverbünde und Einzelvorhaben werden grundsätzlich nicht gefördert.

http://www.bmbf.de/foerderungen/14681.php