KMU-innovativ Innovationen für die Produktion von morgen Projektportraits der 13. Auswahlrunde mit Laufzeit QII 2014 QIII 2016

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1 KMU-innovativ Innovationen für die Produktion von morgen Projektportraits der 13. Auswahlrunde mit Laufzeit QII 2014 QIII

2 KMU-innovativ Innovationen für die Produktion von morgen Projektportraits der 13. Auswahlrunde mit Laufzeit QII 2014 QIII 2016

3 Leitbild eines innovativen Deutschlands Es sind die guten Ideen, aus denen in Deutschland neue Produkte und Dienstleistungen entwickelt werden. Sie sind weltweit gefragt und sichern unseren Wohlstand und unsere Lebensqualität. Auf viele drängende Fragen und Herausforderungen der Zukunft wurden bereits innovative Lösungen gefunden. In anderen Bereichen muss weiter geforscht und experimentiert werden. Hier setzt die neue Hightech-Strategie an: Sie betrachtet systematisch den ganzen Innovationsprozess von der kreativen Idee bis zur Umsetzung in neue Produkte und Dienstleistungen. Die neue Hightech-Strategie konzentriert sich auf Forschungsthemen, die von besonderer Relevanz für die Gesellschaft sowie für Wachstum und Wohlstand sind: Informations- und Kommunikationstechnologien prägen nahezu alle unsere Lebens- und Wirtschaftsbereiche. Doch wie wollen wir in einer digitalen Welt leben, lernen und arbeiten? Wie gestalten wir Produktion und Konsum ressourcenschonender, umweltfreundlicher, sozialverträglicher und damit nachhaltiger? Wie sieht die Zukunft der Arbeit aus? Wie können wir Fortschritte für Gesundheit und Wohlbe inden erzielen? Wie verhindern wir Störungen oder Engpässe bei Energieversorgung, IT-Kommunikation, Mobilität oder Logistik? Die neue Hightech-Strategie bringt alle Akteure des Innovationsgeschehens zusammen, um Kräfte zu bündeln und den Weg von der Idee in die Anwendung zu verbessern. Sie sorgt auch dafür, dass die Bedingungen in Deutschland innovationsfreudig bleiben. Dafür sind qualifizierte Fachkräfte ebenso notwendig wie eine bessere Finanzierung von Innovationen oder ein forschungsfreundliches Urheberrecht. Zivile Sicherheit Wachstum, Wohlstand, Intelligente Mobilität Digitale Wirtschaft und Gesellschaft Zentrale Forschungsthemen der Hightech- Strategie Gesundes Leben Lebensqualität Nachhaltiges Wirtschaften und Energie Innovative Arbeitswelt Mehr erfahren Sie auch unter

4 1 Inhaltsverzeichnis Einführung KMU-innovativ 2 Projekte Produktionsforschung Einzelprojekte produzierender Unternehmen 4 4 Aerosoldose Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung zweiteiliger Aerosoldosenaus Weißblech 4 Kooperationen zweier produzierender Unternehmen 6 VaMos Variantenbeherrschung in Konstruktion und Produktion von Rotorblattladungsträgern durch Modularisierung 6 Kooperationen mehrerer produzierender Unternehmen 8 ChitoCoat HotWheel HybriDentCT Entwicklung antimikrobiell aktiver Verpackungen durch Beschichtung mit Chitosan zur Erhöhung der mikrobiologischen Sicherheit von Fleischwaren Laserunterstützte Umformung innovativer Hochleistungswerkstoffe für den automobilen Leichtbau Hochgenaue 3D-Digitalisierung und Qualitätsprüfung im Dentalbereich zur Produktion von komplexem Zahnersatz HybridPrint Hybrider Digitaldruck für nicht planbare Verpackungen 14 LeviTemp Berührungsloser Transport von Flachglas im Temperaturbereich von 550 bis 800 C durch Ultraschalllevitation 16 MiMiK40 Der Mensch im Mittelpunkt des KMU-Netzwerks im Kontext der Industrie MKPB Modularer Karosserie-Produktions-Baukasten für die Fahrzeugkleinserie 20 WAD3R Werkzeugsysteme für die roboter- und 3-achsbasierte Feinbearbeitung 22 Projekte Ressourcen- und Energieeffizienz 24 ResWer Ressourceneffiziente Temperierung von Großserien-Werkzeugen zur Fertigung großflächiger Faserverbundbauteile 24

5 2 KMU-innovativ schnell und einfach Produktion und produktionsnahe Dienstleistungen erzielen mehr als die Hälfte der gesamten Wirtschaftsleistung in Deutschland. Forschung, Entwicklung und Qualifizierung nehmen dabei eine Schlüsselrolle ein. Wird heute in diese Bereiche investiert, führt dies zu neuen Arbeitsplätzen und zu einem sicheren Lebensstandard in der Zukunft. Besondere Bedeutung haben hier kleine und mittlere Unternehmen (KMU). Im Rahmen der Hightech-Strategie 2020 verfolgt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit der Fördermaßnahme KMU-innovativ das Ziel, das Innovationspotenzial kleiner und mittlerer Unternehmen zu stärken. Die Initiative ist breit gefächert und erstreckt sich in der Programmlinie Forschung für die Produktion von morgen auf die beiden Bereiche Produktionsforschung und Ressourcen- und Energieeffizienz. Vorfahrt für Spitzenforschung im Mittelstand Ein wichtiger Innovationsmotor ist die enge Vernetzung zwischen Wissenschaft und Wirtschaft. Deren Zusammenarbeit zu stärken und Abläufe zu straffen ist eines der spezifischen Ziele von KMUinnovativ. Gerade KMU, die in der Regel wenig eigenes Forschungspersonal haben, sind auf den wissenschaftlichen Input von außen angewiesen. Mit der Fördermaßnahme KMU-innovativ bekommen KMU ein Instrument an die Hand, das durch seine themenoffene Gestaltung und kurze Bearbeitungsdauer die Innovationskraft kleiner und mittlerer Produktionsunternehmen in Deutschland nachhaltig stärkt. Bisherige Erfolgsbilanz Bei KMU-innovativ in der Programmlinie Forschung für die Produktion von morgen starteten seit August 2007 rund 190 Projekte erfolgreich. Ausschlaggebend für die Förderung waren unter anderem die Kriterien Exzellenz der Idee und Verwertung der Ergebnisse. Ziele, beispielhafte Ergebnisse und Anwendungspotenziale der Projekte sind unter zu finden. Gegenstand der Förderung Gefördert werden risikoreiche industrielle Forschungsvorhaben und vorwettbewerbliche Entwicklungsvorhaben, die technologieübergreifend und anwendungsbezogen sind. Die FuE-Vorhaben müssen dem Bereich der Produktionssysteme und -technologien zuzuordnen und für die Positionierung des Unternehmens am Markt von Bedeutung sein. Unterstützt werden themenübergreifend Forschungsund Entwicklungsvorhaben, die auf folgende Anwendungsfelder bzw. Branchen ausgerichtet sind: Grundstoffindustrie, Maschinen- und Anlagenbau, Fahrzeugbau, Elektro- und Informationstechnik, Medizin-, Mess-, Steuer- und Regelungstechnik, Optik, Dienstleistung und andere Bereiche der gewerblichen Wirtschaft. Beispielhaft werden folgende Themen beziehungsweise Fragestellungen mit einbezogen: Fertigungstechnologien und Prozessketten Flexibilität der Produktion und Dienstleistungsfunktionen Kompetenzen und Qualifikationen Virtualisierung der Produktentstehung Innovationsfähigkeit für neue Technologien Verfahren Im Rahmen von KMU-innovativ gestaltet das BMBF den Zugang zu Fördermöglichkeiten so einfach wie möglich. Die folgenden sechs Schritte führen von Ihrer Idee zur Umsetzung des Forschungsvorhabens: 1. Sie kontaktieren den Lotsendienst KMU-innovativ bei der Förderberatung Forschung und Innovation des Bundes. 2. Sie reichen die Ideenskizze Ihres Projektes zu einem der beiden Stichtage (15. April und 15. Oktober) ein. 3. Ihre Skizze wird innerhalb von zwei Monaten begutachtet. 4. Wenn Ihre Skizze positiv begutachtet wurde, stellen Sie einen Förderantrag. 5. Über Ihren Antrag wird innerhalb von zwei Monaten entschieden. 6. Sie verwirklichen mit KMU-innovativ Ihr Forschungsvorhaben.

6 3 Förderkriterien Wichtige Kriterien für eine positive Förderentscheidung sind Exzellenz der Idee, Innovationsgrad, Qualifikation der Partner, Verwertung der Ergebnisse und die Bedeutung des Beitrags zur Lösung aktueller gesellschaftlich relevanter Fragestellungen. Die Bewertungskriterien im Detail können Sie den Förderrichtlinien zu KMU-innovativ unter entnehmen. Eingereichte Projektvorschläge stehen untereinander im Wettbewerb. Bundesministerium für Bildung und Forschung Referat Forschung für Produktion, Dienstleistung und Arbeit Herr Dr. Helmut Bossy Tel.: Förderberatung,,Forschung und Innovation" des Bundes Lotsendienst für Unternehmen Tel.: (kostenfrei) Projektträger Karlsruhe Produktion und Fertigungstechnologien (PTKA-PFT) Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Herr Dipl.-Ing. Edwin Steinebrunner Postfach 3640, Karlsruhe Tel.: Verschiedene Stufenwerkzeugvarianten Quelle: Wolf Werkzeugtechnologie GmbH

7 4 Intelligente Verpackungslösungen Aerosoldose Sprüh- bzw. Aerosoldosen sind Massenbedarfsartikel. Ohne diese sind Lagerung, Handel und Transport verschiedenster Füllgüter nicht leistbar. Aerosoldosen aus Weißblech werden aktuell ausschließlich in dreiteiliger Form produziert. Sie erfordern im Vergleich zur zweiteiligen Form einen großen Materialeinsatz. Aufgrund der zur Verfügung stehenden Umformverfahren sind diese bisher nur aus Aluminium herstellbar. Die Entwicklung einer Umformtechnologie zur industriellen Produktion von zweiteiligen Aerosoldosen aus Weißblech statt aus Aluminium bietet das Potenzial, Rohmaterial und Energie einzusparen. Ebenso kann Weißblech nach Gebrauch unkompliziert mittels Magnetabscheidung erneut in den Stoffkreislauf eingebunden werden. Modular aufgebautes Maschinensystem zur Produktion dreiteiliger Aerosoldosen Quelle: Gebrüder Leonhardt GmbH & Co. KG Blema Kircheis Anwendungen und Ergebnisse Aufgaben und Ziele Im Rahmen des vorliegenden KMU-innovativ Projekts Aerosoldose soll es erstmals gelingen, Aerosoldosen aus Weißblech in zweiteiliger Form herzustellen. Damit werden die bestehenden Nachteile der Weißblechdose, vor allem der Mehraufwand an Material, beseitigt. In der Endkonsequenz wird es nach erfolgreicher Bearbeitung eine umweltschonende Alternative zu Aluminiumdosen geben, die Rohstoff einspart, recyclingfähig ist und einen geringen Material- und Produktionsaufwand erfordert. Auf Basis der zu erwartenden Projektergebnisse kann der Materialverbrauch bei der Produktion von Aerosoldosen aus Weißblech um bis 20 v. H. zu reduziert werden. Die Übertragung der Ergebnisse auf weitere Verpackungsgüter, wie beispielsweise Lebensmittel, pharmazeutische Erzeugnisse und hochwertige Kosmetika, hat ein vergleichbar hohes Wertschöpfungspotenzial. Weiterhin ist es damit möglich, umweltschonend Verpackungen zu produzieren, die nach Gebrauch verlustfrei dem Stoffkreislauf wieder zugeführt werden können. Technologie und Methodik In einem ersten Schritt ist es notwendig, neuartige Umformverfahren zu konzipieren, um Aerosoldosen aus Weißblech in zweiteiliger Form herzustellen. Auf Basis eines zu erarbeiteten Pflichtenhefts sind Operationen wie beispielsweise Trennen, Rollen, Verschließen und deren Qualitätsüberwachung zu untersuchen. Diese Forschungsarbeiten sollen in einer Kombination aus theoretischen Berechnungen und praktischen Versuchen umgesetzt werden. Darauf aufbauend sind für die jeweiligen Bauteilgeometrien und die notwendigen hohen Umformgrade passgenaue Werkzeuge zu entwickeln. Die Forschungsergebnisse werden mittels eines ebenfalls neu zu erarbeitenden Prototypen validiert.

8 5 Projektpartner und -aufgaben Gebrüder Leonhardt GmbH & Co. KG Blema Kircheis, Aue Verpackungshersteller: Maschinen- und Anlagenbau zur Herstellung von Metallverpackungen, Verfahrensentwicklung und prototypische industrielle Erprobung Projekt Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung zweiteiliger Aerosoldosen aus Weißblech (Aerosoldose) Koordination Gebrüder Leonhardt GmbH & Co. KG Blema Kircheis Herr Dr. Andreas Thiele Erdmann-Kircheis-Straße Aue Tel.: Projektvolumen 924 Tsd. Euro (davon 554 Tsd. Euro BMBF-Förderung) Laufzeit bis Projektlink projekt/aerosoldose Programm Forschung für die Produktion von morgen BMBF-Referat Forschung für Produktion, Dienstleistung und Arbeit (512) Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA-PFT) Ansprechpartner Herr Dipl.-Ing. Edwin Steinebrunner Tel.:

9 6 Produktmodularisierung vereinfacht Konstruktionsund Fertigungsprozesse VaMos Rotorblätter für Windenergieanlagen werden während der Lagerung, des Verladens und des Transports in Rotorblattladungsträgern (RBL) eingespannt. Diese erleichtern die Handhabung und schützen das Blatt vor Beschädigungen. Für jedes Rotorblatt werden zwei Ladungsträger-Typen benötigt: ein Wurzelgestell und ein Spitzengestell. Die RBL werden entsprechend der Form und Größe des Rotorblattes konstruiert und können je nach Kundenwunsch mit Sonderelementen ausgestattet werden, die sowohl Zusatzfunktionen bieten, wie z. B. Wendevorrichtungen, als auch der weiteren Erleichterung der Arbeit mit den Transportgestellen dienen, wie beispielsweise der Teilbarkeit beim Rücktransport. Die Produktion ist heute als auftragsbezogene Werkstattfertigung mit einer Losgröße bis circa 100 RBL ausgelegt, sodass standardisierte Fertigungsprozesse und eine effiziente Arbeitsteilung nicht möglich sind. Hinzu kommt, dass die auftretenden Produktabmessungen eine freie Auswahl der Fertigungstechnologien einschränkt. Zukünftig ist mit einem weiteren Anwachsen des Gesamtbedarfs an RBL und einer weiteren Zunahme der Abmessungen und Varianten zu rechnen. Gleichzeitig steigen durch die Internationalisierung der Märkte Wettbewerbs- und Kostendruck. Aufgaben und Ziele Ziel des KMU-innovativ Projekts VaMos ist deshalb, bestehende RBL-Konstruktionen derart zu modifizieren, dass die Zeitaufwände zur Neukonstruktion reduziert und Fertigungsprozesse standardisiert werden, um die Effizienz zu steigern. Unter der Randbedingung der für das breite Variantenspektrum der Rotorblätter notwendigen Flexibilität sollen die Projektziele mit Hilfe eines Herstellermodulbaukastens erreicht werden. Technologie und Methodik Rotorblattladungsträger bei der Schiffsverladung Quelle: HAWART Sondermaschinenbau GmbH Aus einer Klassifizierung der bisherigen, starren RBL- Konstruktionen, einer Schwachstellenanalyse der Fertigung und einer Kundenumfrage werden Anforderungen an den zu entwickelnden Modulbaukasten abgeleitet. Entsprechend der Klassifikation werden sowohl standardisierte Module, wie z. B. Seitenelemente oder Leitern, als auch kundenspezifische Module, wie die Rotorblattschnittstelle, definiert und in konstruktive Lösungen überführt. Die Umsetzbarkeit des Konzepts wird sowohl durch computerunterstützen Festigkeitsberechnungen als auch durch die prototypische Realisierung und mechanische Erprobung einzelner Varianten nachgewiesen. Parallel wird die erforderliche Fertigungskette neukonzeptioniert und während der Fertigung der modularen RBL-Prototypen in einzelnen Stationen erprobt. Anwendungen und Ergebnisse Die Projektergebnisse werden eine Verkürzung der Konstruktions- und Fertigungszeit bei gleichzeitiger Qualitätssteigerung für kundenindividuelle RBL zur Folge haben. Eine Bewertung der konstruktions- und produktionstechnischen Maßnahmen in Form von Kenngrößen erlaubt das Ableiten eines Vorgehensmodells, das von mittelständischen Unternehmen bei der Entwicklung von Sonderprodukten, wie z. B. Bootsböcken, genutzt werden kann.

10 7 Projektpartner und -aufgaben HAWART Sondermaschinenbau GmbH, Ganderkesee Systemhersteller: Lager-, Transport- und Hebevorrichtungen aus Stahl, Entwicklung und Erprobung des Modulbaukastens für Rotorblattladungsträger Universität Bremen, Bremer Institut für Strukturmechanik und Produktionsanlagen (bime), Bremen Forschungseinrichtung: Konzeption des Modulbaukastens und der Fertigungsprozesse, Entwicklung des Vorgehensmodells Projekt Variantenbeherrschung in Konstruktion und Produktion von Rotorblattladungsträgern durch Modularisierung (VaMos) Koordination HAWART Sondermaschinenbau GmbH Herr Willy B. Körner Handwerksweg Ganderkesee Tel.: willy.koerner@hawart.de Projektvolumen 841 Tsd. Euro (davon 483 Tsd. Euro BMBF-Förderung) Laufzeit bis Projektlink projekt/vamos Programm Forschung für die Produktion von morgen BMBF-Referat Forschung für Produktion, Dienstleistung und Arbeit (512) Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA-PFT) Ansprechpartner Frau Dipl.- Des. Christiane Peters Tel.: christiane.peters@kit.edu

11 8 Krustentiere verpacken Fleisch sicher ChitoCoat Für die Lebensmittelindustrie ist es unabdingbar, qualitativ hochwertige und mikrobiologisch einwandfreie Erzeugnisse zu produzieren. Vor allem bei der Herstellung und Verarbeitung von Frischfleisch kann es leicht zu Verunreinigungen mit unerwünschten Mikroorganismen kommen. Heute werden Lebensmittel mit antimikrobiell synthetischen Substanzen und Konservierungsstoffen, wie zum Beispiel Benzoesäure, versehen. Dadurch kann das mikrobiologische Risiko deutlich reduziert und die Haltbarkeit verlängert werden. Diese Behandlung wird von vielen Verbrauchern abgelehnt. Bei Fleisch ist die gezielte Konservierung der Oberfläche als Hauptangriffspunkt für Kontaminationen besonders wichtig. Die Verpackung steht dabei im direkten Kontakt mit dem Frischfleisch. Es besteht ein zu erschließendes Entwicklungspotenzial, diese mit antimikrobiellen Substanzen, wie zum Beispiel Chitosan, zu beschichten. Chitosan ist ein sogenanntes, natürliches Biopolymer, welches in den Schalen von Krustentieren enthalten ist. Chitosan weist ein breites antimikrobielles Leistungsspektrum auf, dadurch ist es für den Einsatz zum Schutz von Lebensmitteln besonders geeignet. Aufgaben und Ziele Im KMU-innovativ Projekt ChitoCoat sollen antimikrobiell wirksame Chitosanverbindungen zur industriellen Beschichtung von Kunststofffolien entwickelt werden, um die mikrobiologische Sicherheit von Fleischprodukten zu erhöhen und deren Haltbarkeit zu verlängern. Dafür ist die Erstellung spezifischer Beschichtungsvarianten aus dem natürlichen Biopolymer Chitosan notwendig, die sich sowohl durch ihre Lebensmittelechtheit als auch durch ihre Haftung auf Polymeroberflächen auszeichnen. Technologie und Methodik Die Innovation dieses Lösungsansatzes besteht in der Entwicklung und Herstellung lebensmittelechter Chitosanverbindungen. Deren Löslichkeit soll an die Bedürfnisse der Druck- und Beschichtungsindustrie angepasst werden und vorzugsweise in Ethanol Lebensmittelverpackungsfolien Quelle: Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung, IVV und Wasser löslich sein. Die Beschichtungslösung wird zusätzlich hinsichtlich ihrer Funktionalität und Haftungseigenschaften so adaptiert, dass ein optimales und industrierelevantes Auftragsverfahren erarbeitet werden kann. Die resultierende Folie soll dann zur Verpackung von Fleisch prototypisch evaluiert werden. Hierzu wird im Projektverlauf eine umfassende analytische Bewertung der Qualität des verpackten Fleisches als auch eine lebensmittelrechtliche Einschätzung der neuartigen Verpackung durchgeführt. Anwendungen und Ergebnisse Die Entwicklung dieser funktionellen Verpackung bedeutet einen deutlichen Fortschritt für die Verbesserung der Hygiene und Haltbarkeit verpackter Lebensmittel. Durch die neuartige Beschichtung können herkömmliche Lebensmittelverpackungen antimikrobiell ausgerüstet und das Risiko von krankheitserregenden Mikroorganismen auf Fleischoberflächen reduziert werden. Denkbar ist auch eine Anwendung bei weiteren gering haltbaren Lebensmitteln, wie zum Beispiel Obst und Gemüse sowie bei medizinischen Produkten.

12 9 Projektpartner und -aufgaben Laufenberg GmbH, Krefeld Folienhersteller: Entwicklung und Herstellung von Beschichtungstechnologien NanoCraft Coating GmbH, Engen Entwicklungslabor: Herstellung von Chitosanlösungen zur Folienbeschichtung Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung, IVV, Freising Forschungsinstitut: Bewertung der Folienbeschichtungen und deren Eignung zur Lebensmittelverpackung Projekt Entwicklung antimikrobiell aktiver Verpackungen durch Beschichtung mit Chitosan zur Erhöhung der mikrobiologischen Sicherheit von Fleischwaren (ChitoCoat) Koordination Laufenberg GmbH Frau Dr. Heike Harwardt Krüserstraße Krefeld Tel.: h.harwardt@laufenberg.info Projektvolumen 919 Tsd. Euro (davon 532 Tsd. Euro BMBF-Förderung) Laufzeit bis Projektlink projekt/chitocoat Programm Forschung für die Produktion von morgen BMBF-Referat Forschung für Produktion, Dienstleistung und Arbeit (512) Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA-PFT) Ansprechpartner Herr Dipl.-Ing. (BA) Andreas Gässler Tel.: andreas.gaessler@kit.edu

13 10 Laserlicht vereinfacht die Blechumformung HotWheel Leichtbaulösungen leisten einen wichtigen Beitrag, um den steigenden Bedarf an Mobilität mit möglichst geringem Energieverbrauch und CO 2 -Ausstoß zu bewältigen. Neben der Verwendung leichter, aber meist teurer Werkstoffe ist der Werkstoffleichtbau mit neuartigen Stählen aus der Verkehrstechnik nicht mehr wegzudenken. Dieser Leichtbau basiert auf dem Gedanken, die notwendige Bauteilwandstärke durch den Einsatz von höherfesten Stählen zu verringern und dadurch das Gewicht zu reduzieren. Jedoch nimmt mit zunehmender Festigkeit das Umformvermögen eines Werkstoffs ab. Um dem entgegenzuwirken, werden die Bauteile zum Umformen häufig erwärmt. Dazu sind jedoch lange Erwärmungszeiten oder hohe Erwärmungstemperaturen erforderlich und die tatsächliche Wärmeeinbringung in das Bauteil ist nur schwer kontrollierbar. Damit besteht die Gefahr einer unerwünschten Veränderung des Werkstoffgefüges und der mechanischen Eigenschaften des Bauteils. Aufgaben und Ziele Das Ziel des Forschungsprojekts HotWheel ist die Entwicklung eines Herstellungsverfahrens, dem sogenannten Metalldrücken, für leichte Automobilfelgen durch den Einsatz von höherfesten Stahlwerkstoffen. Die für die industrielle Anwendung notwendige Prozesssicherheit soll erreicht werden, indem der für die Verbesserung des Umformvermögens notwendige Wärmeeintrag mittels Laserstrahl erfolgt. Durch die exakte Dosierbarkeit des Lasers kann der Wärmeeintrag exakt kontrolliert erfolgen. Veränderungen im Werkstoffgefüge werden damit weitgehend ausgeschlossen. Laserunterstütztes Metalldrücken Laserlicht als Wärmequelle Quelle: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie, IPT entwickelnden Lösung soll anhand der Fertigung eines Demonstratorbauteils validiert werden. Schließlich ist geplant, das Einsatzverhalten des Bauteils in Prüfstanduntersuchungen zu testen. Anwendungen und Ergebnisse Die gezielte Erwärmung der Umformzone mit einem Laser, die im Projekt speziell für das Umformverfahren Drücken untersucht wird, kann auch für weitere Umformverfahren eingesetzt werden. Dadurch ist es möglich, die Umformgrade und -geschwindigkeiten, insbesondere bei höherfesten Stählen, signifikant verbessern. Die gleichzeitig erhöhte Prozesssicherheit führt zu einer Reduzierung der Ausschussrate und spart so nachhaltig Material und Energie. Technologie und Methodik Im Projekt werden sowohl eine neue Prozesstechnologie für die Verarbeitung zu definierender Werkstoffe, ein Maschinendemonstrator mit integriertem Laser sowie eine prototypische Programmiersoftware entwickelt. Damit kann sichergestellt werden, dass die innovative Metalldrücktechnologie in der industriellen Fertigung eingesetzt werden kann. Die Eignung der zu

14 11 Projektpartner und -aufgaben Thate gedrückte Präzision GmbH, Preetz Technologieanwender: Technologieentwicklung und Prozessauslegung Abacus Maschinenbau GmbH, Osnabrück Maschinenbauer: Maschinenentwicklung, Softwareentwicklung und Bahnprogrammierung Volker Schmidt GmbH, Bad Segeberg Endanwender: Leichtbaukonzepte und Anwendungserprobung Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie, IPT, Aachen Forschungseinrichtung: Technologieentwicklung und Lasertechnik Projekt Laserunterstützte Umformung innovativer Hochleistungswerkstoffe für den automobilen Leichtbau (HotWheel) Koordination Thate gedrückte Präzision GmbH Herr Jens Weimann Gewerbestraße Preetz Tel.: j.weimann@thate.de Projektvolumen 978 Tsd. Euro (davon 573 Tsd. Euro BMBF-Förderung) Laufzeit bis Projektlink projekt/hotwheel Programm Forschung für die Produktion von morgen BMBF-Referat Forschung für Produktion, Dienstleistung und Arbeit (512) Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA-PFT) Ansprechpartner Herr Dr.-Ing. Michael Große Tel.: michael.grosse@kit.edu

15 12 Hochgenaue und schnelle Digitalisierung im Dentalbereich HybriDentCT Die Zahnerhaltung und Prothetik haben in den letzten Jahrzenten große technologische Fortschritte erlebt. Ziel ist die Reduzierung handwerklich-manueller Fehler bei der Herstellung von Zahnersatz unter gleichzeitiger Kostensenkung. Damit wird der Einsatz von CAD/ CAM-Technologien im Dentalbereich immer bedeutender. Sie bieten neue Möglichkeiten, festsitzenden Zahnersatz genau, schnell und kostengünstig zu produzieren. Davon profitieren gleichermaßen Patienten und Zahnersatz herstellende Dentallabore. Aufgaben und Ziele Im KMU-innovativ Projekt HybriDentCT soll ein neuer Hybrid-Computertomograph entwickelt werden, der eine gesicherte, reproduzierbare und automatisierte Fertigung von Zahnersatz ermöglicht. Durch die Kombination von zwei unterschiedlichen bildgebenden Messverfahren, optisch und mittels Röntgenaufnahmen, kann eine deutlich genauere 3D-Modellierung von Objekten, Zahnabformungen und Zahnersatz insgesamt erreicht werden. Technologie und Methodik In einem ersten Schritt wird der klassische intraorale Abdruck vom Zahnarzt mit einem optischen Scanner erfasst und daraus ein digitales Kiefermodell der Außenkontur erstellt. Dann werden optisch nicht erfassbare Bereiche, wie beispielsweise Hinterschneidungen und Zwischenräume, durch die Daten aus dem CT-Scan ergänzt. Durch das Zusammenführen der Daten aus beiden Messverfahren wird eine Messgenauigkeit auf mindestens 10μm, bezogen auf einen kompletten Unter- oder Oberkiefer, erreicht. Der aus dem digitalen Modell maschinell hergestellte Zahnersatz kann nachfolgend mit der gleichen Messtechnik geprüft und mit den Daten des digitalen Modells verglichen werden. Fehler im Produktionsprozess können somit schnell entdeckt und direkt beseitigt werden, nicht erst bei der Implantation durch den Zahnarzt. Genaue Vermessung von Objekten Quelle: Hugo Rost & Co. GmbH Anwendungen und Ergebnisse Mit dem neu zu entwickelnden Hybrid-CT wird eine präzise und reproduzierbare CAD/ CAM-gestützte Produktion von Zahnersatz erreicht. Erstmals wird damit eine objektive, automatisierte Prüfung der Maßhaltigkeit von hergestelltem Zahnersatz möglich. Dieses wird die Behandlungsdauer beim Patienten verkürzen, Fehlproduktion und Materialverschwendung reduzieren. Die Ergebnisse aus diesem Forschungsprojekt sollen zukünftig auch in andere Branchen übertragen werden, z. B. in die Produktion von Kunststoffteilen mit komplexer Geometrie.

16 13 Projektpartner und -aufgaben Hugo Rost & Co. GmbH, Kiel Komponenten- und Anlagenbau: Entwicklung und Erprobung der Computertomographie Breitenbach & Emanuel Zahntechnik GbR, Schwentinental Zahntechniker: CAD-gestützte Modellierung und Herstellung des Zahnersatzes Antonius Köster GmbH & Co. KG, Meschede Dienstleister: Konzeptionierung der Prozesskette Johann Wolfgang Goethe-Universität, Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik, Frankfurt am Main Klinik: Wissenschaftliche Unterstützung des Projekts Projekt Hochgenaue 3D-Digitalisierung und Qualitätsprüfung im Dentalbereich zur Produktion von komplexem Zahnersatz (HybriDentCT) Koordination Hugo Rost & Co. GmbH Herr Dipl.-Ing. Lutz Mordhorst Bunsenstraße Kiel Tel.: mordhorst@hugo-rost.de Projektvolumen Tsd. Euro (davon 607 Tsd. Euro BMBF-Förderung) Laufzeit bis Projektlink projekt/hybridentct Programm Forschung für die Produktion von morgen BMBF-Referat Forschung für Produktion, Dienstleistung und Arbeit (512) Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA-PFT) Ansprechpartner Herr Dipl.-Ing. (BA) Andreas Gässler Tel.: andreas.gaessler@kit.edu

17 14 Digitaldruck auf dreidimensionale Verpackungen HybridPrint Die Märkte für Kosmetiktuben, Kartuschen, Tablettenröhren u. ä. sind in den letzten Jahren weltweit stark gewachsen. Diese Verpackungsartikel werden in der Regel direkt bedruckt oder mit vorgedruckten Etiketten beklebt. Die Fokussierung des Marketings auf Individualisierung und Marktsegmentierung erfordert eine Vielfalt von Verpackungen mit entsprechend individuellen Informationen und Dekorationen. Zusätzlich verursacht die geringe Lagerhaltung bei Abfüllern und Handel eine laufende Reduzierung der Auftragslosgrößen bei den Verpackungsmittelherstellern. Dies hat zur Folge, dass die Produktivität und Wirtschaftlichkeit der klassischen Druckverfahren zur Bedruckung dieser Verpackungen abnehmen aufgrund langer Umrüstzeiten der Maschinen. Digitale Druckverfahren bieten hierbei erhebliche Entwicklungspotenziale, die bislang nicht beachtet wurden. Aufgaben und Ziele Ziel des Forschungsvorhabens HybridPrint ist die Entwicklung und Adaption einer innovativen Inkjet- Digitaldrucktechnologie auf runde bzw. unebene Oberflächen mit kleinen Radien. Die Herausforderung besteht darin, dass Inkjet-Drucker heute fast ausschließlich für die Bedruckung von Papier, Folien, Textilien etc. eingesetzt werden, nicht aber für dreidimensionale Verpackungsartikel. Technologie und Methodik Dazu wird zunächst eine für gewölbte Oberflächen passende Druckkopftechnologie ausgewählt. Hierbei werden verschiedene Druckköpfe und Vorbehandlungsmethoden mit den für die Druckartikel geeigneten Tinten getestet. Anschließend wird eine Steuerung entwickelt, mit welcher unterschiedliche Düsenabstände zur Bedruckung gewölbter Oberflächen kompensiert werden können. Weiterhin werden konstruktive Lösungen erarbeitet, mit denen sich auf kleinstem Raum mehrere Druckköpfe, deren Farbversorgung und die notwendige LED-Trocknung so anzuordnen ist, dass Artikel kleinster Durchmesser rundum mit hoher Qualität bedruckt werden können. Anschließend wird ein Druckmodul Individualisierte, hochwertige Dekoration von Kosmetiktuben Quelle: ISIMAT GmbH Siebdruckmaschinen prototypisch für zylindrische Oberflächen entwickelt und getestet. Für eine praxisnahe Erprobung werden mehrere dieser Module in eine Mehrfarben-Druckmaschine integriert. Anwendungen und Ergebnisse Durch HybridPrint wird die Verpackungsindustrie trotz immer kleiner werdenden Losgrößen zukünftig in die Lage versetzt, eine wirtschaftliche Produktion am Standort Deutschland zu gewährleisten. Eine erhebliche Reduzierung der Rüstzeiten um bis zu 70 v. H. und Kosteneinsparungen in der Druckvorstufe von bis zu 80 v. H. sind zu erwarten. Die Projektergebnisse lassen sich auf Anwendungsbereiche außerhalb des Verpackungsdrucks übertragen, zum Beispiel auf die Bedruckung von Gläsern und Glasflaschen, Flaschenverschlüssen und gewölbten Blenden für Haushaltsgeräte und Elektronikgeräte.

18 15 Projektpartner und -aufgaben ISIMAT GmbH Siebdruckmaschinen, Ellwangen Siebdruckmaschinenhersteller: Aufbau Versuchsstand, Integration von Hard- und Software sowie Digitaldruckmodule MPrint Morlock GmbH & Co KG, Baiersbronn Druckmaschinenhersteller: Entwicklung, Integration und Test von Digitaldruckmodulen in den Herstellungsprozess Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, IPA, Stuttgart Forschungseinrichtung: Auswahl geeigneter Druckköpfe und Tintensysteme, Auslegung des Druckprozesses Projekt Hybrider Digitaldruck für nicht planare Verpackungen (HybridPrint) Koordination ISIMAT GmbH Siebdruckmaschinen Herr Dipl.-Ing. MBA Peter Detzner Rindelbacher Straße Ellwangen Tel.: Projektvolumen Tsd. Euro (davon 606 Tsd. Euro BMBF-Förderung) Laufzeit bis Projektlink projekt/hybridprint Programm Forschung für die Produktion von morgen BMBF-Referat Forschung für Produktion, Dienstleistung und Arbeit (512) Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA-PFT) Ansprechpartner Herr Dipl.-Ing. Rüdiger Sehorz Tel.:

19 16 Berührungsloser Transport von Zähflüssigem LeviTemp Glas und glaskeramische Werkstoffe sind in den meisten Hightech- und in vielen Alltagsprodukten unserer Zeit entscheidende Funktionsträger, wie z. B. bei Photovoltaikelementen, Halbleiterbauteilen oder Sensoren. Im Fertigungs- und Veredlungsprozess von Glasprodukten ist neben der Festigkeit vor allem die optische Qualität zu gewährleisten. Hierbei ist dem Transport und der Handhabung ein besonderes Maß an Aufmerksamkeit zu widmen. Bisher erfolgt der Transport des Glases über Rollen. Dabei wird das Glas oftmals von den Rollen zerkratzt oder es kann zu partiellen Verklebungen an den Rollen kommen. So werden kleine Glaspartikel aus der Scheibe gerissen. Um dieses zu vermeiden, ist ein häufiges Reinigen der Rollen von Nöten. Weiterhin tritt beim Transport über Rollen ein Durchhängen des heißen Glasbandes zwischen den Rollen auf, so dass bislang bleibende Welligkeiten entstehen können. Aufgaben und Ziele Ziel des KMU-innovativ Projekts LeviTemp ist die Entwicklung einer Transporttechnologie, mit der erstmals Flachglas in der Flüssigphase, d. h. im Temperaturbereich von 600 C bis 800 C, berührungslos bewegt wird. Damit können die für Rollensysteme beschriebenen Fehlerpotenziale vermieden werden. Technologie und Methodik Welligkeit des Glases aufgrund des Durchhangs zwischen den Rollen Quelle: Ernst Pennekamp GmbH & Co. OHG Der berührungslose Transport des Glases soll dabei durch ein zu adaptierendes Ultraschallverfahren, der sogenannten Ultraschalllevitation, erfolgen das bislang nur bei festen Werkstücken verwendet wurde. Dabei schwebt das zähflüssige Glas in geringer Höhe über einem Ultraschallerzeuger. Der erstmalige Einsatz im Heißhandling erfordert die Entwicklung neuartiger Konzepte in der Temperaturführung, Wärmeverteilung sowie Anordnung und Steuerung des Prozesses bis hin zum Störfallmanagement. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Ebenheit des Glases. Im Rahmen dieses Projekts sollen die Forschungsergebnisse aus den Vorund Grundlagenuntersuchungen in einen Versuchsstand überführt werden, der die Eignung der berührungslosen ultraschallbasierten Handhabung zum Transport von Glasscheiben direkt nach der Formgebung bei Glastemperaturen von bis zu 800 C aufzeigt. Anwendungen und Ergebnisse Bei erfolgreicher Umsetzung wird der Glasindustrie ein Transportverfahren an die Hand gegeben, mit dem qualitativ hochwertige Flachgläser hergestellt werden können. Aufwendige, meist händische Reinigungsarbeiten an den verklebten Rollen entfallen. Das innovative Transportverfahren wird dabei so entwickelt, dass es modular eingesetzt werden kann. Dies bietet die Möglichkeit, die Technologie auch in weiteren Anwendungen, wie z. B. dem Härten und Bedrucken von Glasbauteilen, einzusetzen.

20 17 Projektpartner und -aufgaben Ernst Pennekamp GmbH & Co. OHG, Ennepetal Anlagenbauer: Entwicklung eines Glasofens mit berührungslosem Transport ZS-Handling GmbH, Regensburg Handhabungstechnik: Qualifizierung von Ultraschallerzeugern für hohe Umgebungstemperaturen Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, IKGB, Freiberg Forschungseinrichtung: Wissenschaftliche Unterstützung im Bereich Materialforschung und Messtechnik Projekt Berührungsloser Transport von Flachglas im Temperaturbereich von 550 bis 800 C durch Ultraschalllevitation (LeviTemp) Koordination Ernst Pennekamp GmbH & Co. OHG Herr Udo Zupp Königsfelderstraße Ennepetal Tel.: uzupp@pennekamp.de Projektvolumen Tsd. Euro (davon 829 Tsd. Euro BMBF-Förderung) Laufzeit bis Projektlink projekt/levitemp Programm Forschung für die Produktion von morgen BMBF-Referat Forschung für Produktion, Dienstleistung und Arbeit (512) Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA-PFT) Ansprechpartner Herr Dipl.-Ing. Ulf Zanger Tel.: ulf.zanger@kit.edu

21 18 Industrie 4.0 für kleine Elektronikzulieferer MiMiK40 Der Paradigmenwechsel in der Produktion stellt neue Anforderungen an Automatisierung und Flexibilisierung, die durch eine intelligente Vernetzung von Produkten, Maschinen und Anlagen sowie den Einsatz Cyber-Physischer Systeme erfüllt werden können. Bislang wurde im Diskurs zum Thema Industrie 4.0" aber nicht berücksichtigt, wie zukünftig eine intelligente Einbindung von KMU-Zulieferern in derartige Produktionssysteme erfolgen kann, ohne dabei die Vorteile der von kleinen und mittelständischen Unternehmen geprägten inner- und überbetrieblichen Arbeitsstrukturen aufzugeben. Durch den wachsenden Automatisierungsgrad steigen die Anforderungen an die Qualifikation der Beschäftigten sowie an das technische Umfeld der Unternehmen. Es stellt sich die grundlegende Frage: Inwieweit können die typischen von KMU geprägten Zulieferstrukturen in dieses Konzept übernommen werden? Aufgaben und Ziele Im KMU-Innovativ Projekt MiMiK40 soll am Beispiel der Elektronikindustrie untersucht werden, wie diesen besonderen Anforderungen in einer Wertschöpfungskette mit kleinen Zulieferern begegnet werden kann. Ziel ist die Umstellung von geplanten Transaktionen hin zur ereignisgesteuerten unternehmensübergreifenden Kommunikation, um mit Störgrößen und kritischen Faktoren im Produktionsprozess besser umzugehen und geeignet zu reagieren. Das bislang kaum genutzte Flexibilitätspotenzial soll durch optimale Kooperationsbeziehungen erhöht werden. Technologie und Methodik Zum einen werden unter arbeitswissenschaftlicher Begleitung innovative Organisationsstrukturen und Planungsmethoden geschaffen. Dadurch können die Mitarbeiter, als wichtigste Produktionsfaktoren im Mittelstand, ertüchtigt werden, Arbeitsabläufe selbstorganisiert und eigenständig umzusetzen. Die Werker werden in diese Aufgaben direkt eingebunden und deren Verfügbarkeit, wie auch ihr Bedarf an Weiterqualifizierung im Projekt, mitbetrachtet. Zum anderen Verständliche Informationsstrukturen und einfache Tools zur automatischen Kommunikation Quelle: Introbest GmbH & Co. KG werden KMU-gerechte, technische Rahmenbedingungen und Informations- und Kommunikations- Schnittstellen entwickelt, um die Informationswege und Reaktionszeiten bei Planänderungen und Produktionsanpassungen in der kompletten Wertschöpfungskette zu minimieren. Es sollen mehrere Kommunikationswerkzeuge mit hoher Transparenz und einfacher, schneller Handhabung entwickelt werden. Die unstrukturierte Information wird damit kontextbezogen aufbereitet und mit Suchalgorithmen ausgestattet, so dass alle Mitarbeiter schnell und zielgerichtet agieren und die Daten gleichzeitig auf allen Ebenen der Wertschöpfungskette verwalten können. Anwendungen und Ergebnisse Durch diese Lösungen werden die KMU-Zulieferer in der Lage sein, sich mit hochautomatisierten Großunternehmen zu vernetzen. Die Informations- und Kommunikations-Werkzeuge wie auch medial aufbereitete Erfolgsgeschichten eignen sich für eine breite Nutzung in mittelständischen Fertigungsbetrieben und Wertschöpfungsnetzwerken anderer Branchen.

22 19 Projektpartner und -aufgaben Introbest GmbH & Co. KG, Fellbach Bauteilhersteller: Neuartige Produktionsplanungsmethoden zur Flexibilitätssteigerung bei Mitarbeitern Intronic GmbH & Co., Waiblingen Leiterplattenhersteller: Erfahrungswissensbasierte Organisationsformen PR-Tronik Elektronik-Handels GmbH, Karlsbad Elektronikbauteil-Lieferant: Neuartige Zuliefererkonzepte mit Flexibilität in der Materialanlieferung UNITRO-Fleischmann Störmeldesysteme, Backnang System-Endhersteller: Erprobung neuer Produktionsplanungsmethoden Syslog GmbH, Asperg Informationstechnikdienstleister: Informationsund Kommunikationslösung für die Produktionsplanung Projekt Der Mensch im Mittelpunkt des KMU- Netzwerks im Kontext der Industrie 4.0 (MiMiK40) Koordination Introbest GmbH & Co. KG Herr Dipl.-Ing. Thomas Lacker Höhenstraße Fellbach Tel Projektvolumen Tsd. Euro (davon 774 Tsd. Euro BMBF-Förderung) Laufzeit bis Projektlink projekt/mimik40 Programm Forschung für die Produktion von morgen BMBF-Referat Forschung für Produktion, Dienstleistung und Arbeit (512) Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA-PFT) Ansprechpartner Frau Martina Kühnapfel, M.A. Tel.:

23 20 Leicht gebaut! MKPB Durch die zunehmende Nachfrage nach individuellen Fahrzeugkonzepten gewinnen Kleinserien immer stärker an Bedeutung, beispielsweise im Bereich der Elektrofahrzeuge, aber auch bei Sonder- und Nischenfahrzeugen. Bei den hier vorliegenden Fahrzeuglosgrößen von bis zu Fahrzeugen im Jahr hat sich die profillastige Karosseriebauweise durchgesetzt, bei der einzelne Elemente zu einer Rahmenstruktur verbunden werden. Die Entwicklung und Produktion einer solchen Karosserie erfolgt bislang als kundenindividuelle Auftragsentwicklung. Der zeitliche und finanzielle Aufwand, um ein neues Fahrzeug auf die Straße zu bringen, stellt Kleinserienhersteller damit vor große Herausforderungen. Einen modularen Baukasten für Kleinserien-Karosserien, der eine einheitliche und zugleich wirtschaftliche Produktionsstrategie verfolgt, gibt es nicht. Aufgaben und Ziele Im KMU-innovativ Forschungsprojekt MKPB soll daher für die Fahrzeugkleinserie ein modularer Karosserie-Produktions-Baukasten für die komplette Produktions-Wertschöpfungskette entwickelt werden. Dadurch werden hohe Qualitätsstandards und Kosteneinsparungen gegenüber dem Stand der Technik erwartet. Zudem lassen sich unterschiedliche Materialien für die gezielte Optimierung bei Struktur und Gewicht einsetzen. Technologie und Methodik Karosseriekonzept mit Darstellung möglicher Werkstoffkombinationen Quelle: Imperia Gesellschaft für angewandte Fahrzeugentwicklung mbh erarbeitet, welches flexibel und mit gleichbleibender Qualität in der Produktion einsetzbar ist. Am Ende des Vorhabens steht ein frei konfektionierbarer Karosseriebaukasten, bei dem alle wesentlichen Produktionsfragestellungen prototypisch gelöst sind. Anwendungen und Ergebnisse Das Konzept soll auf alle Anwendungsfälle im strukturellen Leichtbau übertragbar sein, z. B. Anhänger, Gondeln, Fahrwerke etc. Im Bereich der Fahrzeugherstellung können Klein-serienhersteller flexibel und schneller neue Fahrzeuge auf den Markt bringen, welche bezüglich Qualität, Sicherheit und Gewichtseinsparung den heutigen Stand der Technik deutlich übertreffen. Die Verwertung der Projektergebnisse ist durch den Anwenderkreis sowie durch die sehr gute Vernetzung der Partner in der Automobilbranche sichergestellt. In diesem neuartigen Ansatz werden die einzelnen Rahmenelemente in stringenter Weise zu einem Strukturverbund gefügt. Zunächst werden Profil- und Verbindungsstrukturen nach den Aspekten mechanische Eigenschaften, Herstellbarkeit und Wirtschaftlichkeit identifiziert. Für die spätere Anwendung werden Konstruktionsrichtlinien entwickelt. Ein besonderer Fokus liegt auf der Evaluierung unterschiedlicher Verbindungstechniken, wie z. B. dem Injektionskleben. Die prozesssichere Verwendung dieses und anderer Fügeverfahren wird im Projekt erforscht. Für das Fügen des Karosserierahmens wird ein Handhabungskonzept

24 21 Projektpartner und -aufgaben Imperia Gesellschaft für angewandte Fahrzeugentwicklung mbh, Aachen Ingenieurdienstleister: Konzeptionierung des MKPB, Auswahl der Komponenten und deren Auslegung Grunewald GmbH & Co. KG, Bocholt Gießerei: Entwicklung und Produktion gegossener Strukturkomponenten (Knoten) LBBZ Laser Bearbeitungs- und Beratungszentrum NRW GmbH, Geilenkirchen Metallverarbeiter: Entwicklung von Produktionsverfahren für die Montage, Herstellung von Profilen und Schließstrukturen Fachhochschule Aachen, Fachbereich Luft- und Raumfahrt-technik Automobiltechniklabor, Labor für Automobiltechnik, Aachen Forschungseinrichtung: Erarbeitung von Baukastenstrategien und Fügeprozessen im Hinblick auf Produktionsanforderungen Projekt Modularer Karosserie-Produktions-Baukasten in der Fahrzeugkleinserie (MKPB) Koordination Imperia Gesellschaft für angewandte Fahrzeugentwicklung mbh Herr Dipl.-Ing. Gerhard von Kulmiz Soerser Weg Aachen Tel.: kulmiz@imperia.info Projektvolumen 858 Tsd. Euro (davon 530 Tsd. Euro BMBF-Förderung) Laufzeit bis Projektlink projekt/mkpb Programm Forschung für die Produktion von morgen BMBF-Referat Forschung für Produktion, Dienstleistung und Arbeit (512) Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA-PFT) Ansprechpartner Herr Dipl.-Ing. Peter Schneider Tel.: peter.schneider@kit.edu

25 22 Gut geschliffen ist halb poliert WAD3R Während die formgebende Materialbearbeitung für Fräsen und Erodieren von Spritzgießwerkzeugen in hohem Maß automatisiert werden konnte, ist die abschließende Oberflächenqualifizierung weiterhin durch manuelles Feinschleifen und Polieren charakterisiert. Die manuelle Feinbearbeitung bildet den letzten Prozessschritt zur Werkzeugherstellung und ist somit von entscheidender Bedeutung für die Produktqualität. Dabei hängen die Qualität und der Zeitaufwand ausschließlich vom handwerklichen Geschick des Polierers ab. Die manuelle Feinbearbeitung von Werkzeugen kann dabei bis zu 50 v. H. der gesamten Fertigungszeit, d. h. mehrere Wochen Handarbeit pro Werkzeug, und 10 v. H. der gesamten Herstellungskosten von bis zu einer Million Euro ausmachen. Roboterbasierte Feinbearbeitung für den Werkzeug- und Formenbau Quelle: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie, IPT Aufgaben und Ziele Ziel des Forschungsprojekts WAD3R ist daher die Entwicklung intelligenter Werkzeugsysteme, die eine vollständig automatisierte Bearbeitung aller Geometrieelemente von komplexen Bauteiloberflächen im Bereich des Werkzeug- und Formenbaus ermöglichen. Technologie und Methodik Um unterschiedlich geformte Bauteile bearbeiten zu können, entwickeln die Projektpartner drei verschiedene Werkzeugsysteme: Das erste Werkzeug ähnelt dem Aufbau eines Kugelschreibers. Dessen Kugelkopf rotiert um zwei Achsen, so dass an jeder Stelle des Werkzeugs eine Polierbewegung, auch an der Werkzeugspitze, garantiert ist. Zusätzlich sorgen der modulare Aufbau und die robuste Auslegung dieses Werkzeugs für ein breites Anwendungsspektrum, von sehr kleinen Radien bis zu großen gewölbten Flächen. Die beiden anderen Werkzeugsysteme werden so konzipiert, dass Ungenauigkeiten in der Werkzeugbahn der Maschine ausgeglichen werden können. Durch die kontinuierliche Druckübertragung kann das Bauteil besonders schonend poliert werden. Im Verlauf der Erprobung werden die Schleif- und Polierwerkzeuge für den automatisierten Einsatz optimiert, so dass mit größeren Vorschüben und höheren Drehzahlen gearbeitet werden kann. Anwendungen und Ergebnisse Bei erfolgreicher Umsetzung ist eine automatisierte Feinbearbeitung von komplexen Geometrien mittels auswechselbarer Werkzeugsysteme auf roboterbasierten oder dreiachsigen Werkzeugmaschinen zu erwarten. Damit wird die Oberflächenqualität verbessert und gleichzeitig die Fertigungszeit um 30 v. H. reduziert. Die Forschungsergebnisse sind branchenweit übertragbar und für KMU, die über keine teuren Mehrachswerkzeugmaschinen verfügen, besonders interessant. Die Ergebnisse werden über geeignete Transferveranstaltungen und Publikationen der Fachöffentlichkeit zugänglich gemacht.

26 23 Projektpartner und -aufgaben SN-Spindeltechnik Steffen Nitschke, Döbeln Motorspindelhersteller: Konzeption, Konstruktion und Fertigung der Werkzeugsysteme Artifex Dr. Lohmann GmbH & Co. KG, Kaltenkirchen Schleif- und Polierwerkzeughersteller: Entwicklung und Fertigung der Polierwerkzeuge Atlantic GmbH, Bonn Schleifscheibenhersteller: Entwicklung und Fertigung der Hon- und Schleifwerkzeuge TechniForm GmbH, Kelberg Kunststoffspritzgusshersteller: Validierung der Werkzeugsysteme Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie, IPT, Aachen Forschungseinrichtung: Entwicklung des Werkzeugsystems Projekt Werkzeugsysteme für die roboter- und 3-achsbasierte Feinbearbeitung (WAD3R) Koordination SN-Spindeltechnik Steffen Nitschke Herr Steffen Nitschke Schillerstraße Döbeln Tel.: Projektvolumen Tsd. Euro (davon 584 Tsd. Euro BMBF-Förderung) Laufzeit bis Projektlink projekt/wad3r Programm Forschung für die Produktion von morgen BMBF-Referat Forschung für Produktion, Dienstleistung und Arbeit (512) Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA-PFT) Ansprechpartner Frau Dipl.-Ing. Ulrike Kirsten Tel.:

27 24 Großflächige Faserverbund-Bauteile ressourceneffizient in Form bringen ResWer Mit wenig Material maximale Festigkeit und Funktionalität erzeugen ist das Ziel beim Entwickeln neuer Leichtbauwerkstoffe und -bauteile. Besonders im Fahrzeugbau und in der Luft- und Raumfahrt findet dieser Grundsatz bei der Konstruktion von Strukturbauteilen, wie z. B. einer Fahrzeug-Bodengruppe Anwendung. Zu modernen Leichtbau-Werkstoffen zählen u. a. kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) und glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), die in speziellen Formwerkzeugen unter hohen Temperaturen und starkem Druck form- und festigkeitsgebend zu faserverstärkten Kunststoffen (FVK) verarbeitet werden. Die erforderliche gesteuerte Temperierung solcher Werkzeuge kann bislang jedoch mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht zufriedenstellend gelöst werden, da thermisch neuralgische Stellen mit gebohrten Temperierkanälen nicht erreicht werden können. Werkzeughälfte zur Fertigung einer KFZ-Carbon-Heckhaube Quelle: ZVZ Composite Werkzeug- und Vorrichtungsbau GmbH Aufgaben und Ziele Diese Thematik greift das KMU-innovativ Projekt ResWer auf. Durch die Entwicklung eines innovativen Form- und Gießverfahrens und neuartiger Gusswerkstoffe soll erstmals die Herstellung optimierter Formwerkzeuge mit einer großflächigen und gleichzeitig filigranen Werkzeugtemperierung realisiert werden. Dadurch kann der Materialeinsatz und Energiebedarf sowohl in der Werkzeugherstellung als auch im Einsatz reduziert werden. Technologie und Methodik Dazu werden die geometrischen, dreidimensionalen Gestaltungsfreiheiten des generativen Fertigungsverfahrens Laserstrahlschmelzen mit dem Gießprozess kombiniert und adaptiert. Somit kann die Herstellung eines optimal ausgelegten Werkzeugtemperiersystems aus metallischen Pulverwerkstoffen generiert werden. Die so erzeugten Kanalstrukturen können in das Formwerkzeug bei dessen gießtechnischer Herstellung eingebettet werden. Dazu müssen umfangreiche Werkstofferprobungen und -optimierungen erfolgen sowie eine neuartige Fertigungsprozesskette entwickelt werden. Das hergestellte Prototypwerkzeug soll im Projekt beispielhaft zur Herstellung einer Batterieabdeckung für die Elektromobilität mit großen Abmessungen von ca. 1200mm x 1000mm eingesetzt werden. Anwendungen und Ergebnisse Mit den Entwicklungen von ResWer werden wesentliche technologische Fortschritte bei der Herstellung gegossener Formwerkzeuge mit integrierten Temperiersystemen erzielt. Durch die innovative Prozessführung können FVK-Bauteile in kurzen Fertigungszyklen und wirtschaftlich im Großserienmaßstab hergestellt werden. Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse werden die Herstellung großflächiger funktionsgerechter Leichtbauteile aus Faserverbundwerkstoffen für Produkte unterschiedlichster Branchen, wie z. B. Luftfahrt, Automotive und auch Wasserfahrzeuge, ermöglichen.