Das InnoProfile-Vorhaben

Strukturierte Blechhalbzeuge stellen eine innovative Technologie im Bereich der Leichtbauweisen dar. Sie werden in Brandenburg von zwei kleinen Unternehmen hergestellt. In den letzten Jahren erfuhr diese Technik eine dynamische Entwicklung, sodass heute Metallbleche als Tafelware und Coils zur Verfügung stehen.

Die Strukturierung bewirkt eine Verbesserung wesentlicher Eigenschaften, wie beispielsweise der Steifigkeit, im Vergleich zum ebenen Ausgangsmaterial. Aufgrund dieser Vorteile bietet die Anwendung von strukturierten Blechen ein enormes Innovationspotenzial für effiziente Leichtbauweisen in vielen Industriebranchen (z. B. Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Schienenverkehrstechnik), die einen wirtschaftlichen Schwerpunkt der Blechverarbeitung in der Region Berlin/Brandenburg bilden.

Ein wesentliches Hindernis für den Einsatz und die Anwendung von strukturierten Blechen sind die fehlenden Grundlagen zur Weiterverarbeitung zu komplexen Bauteilen und deren gesicherter Einsatz unter Betriebsbedingungen. Die bekannten Fertigungstechniken für konventionelle, ebene Bleche können nicht ohne zusätzliche Forschungserkenntnisse auf strukturierte Halbzeuge übertragen werden. Dies betrifft insbesondere die relevanten Fertigungsprozesse des Schneidens, Umformens und Fügens. Dies sind die entscheidenden Fertigungsschritte für die Herstellung von komplexen Produkten.

Die Nachwuchsforschungsgruppe führt daher Grundlagenuntersuchungen zur Weiterverarbeitung von strukturierten Blechen durch. Auf deren Basis werden die regionalen Unternehmen in die Lage versetzt, ihre vorhandenen Kompetenzen auf attraktive neue Technologie- und Produktfelder zu erweitern. Durch das damit verbundene wirtschaftliche Wachstum lassen sich neue Arbeitsplätze  schaffen, um der Abwanderung junger Fachkräfte aus der Region entgegenzuwirken. Die Einrichtung der Nachwuchsforschungsgruppe an der Brandenburgischen Technischen Universität (BTU) Cottbus bietet die Chance, ein für Wissenschaft und Wirtschaft gleichermaßen attraktives Ausbildungs- und Forschungsprofil für die Region Berlin/Brandenburg zu entwickeln und zu etablieren.

Beteiligte Lehrstühle der BTU Cottbus:

• Fügetechnik
• Konstruktion und Fertigung
• Metallkunde und Werkstofftechnik  

Die Ziele

Das Gesamtziel des Forschungsvorhabens ist es, den Kenntnisstand zur Weiterverarbeitung und Betriebsfähigkeit strukturierter Bleche zu verbessern. Systematische Untersuchungen der Fertigungsprozesskette sollen die Grundlagen schaffen, um die anschließende Herstellung von innovativen, funktionsgerechten Produkten aus strukturierten Blechen für unterschiedliche Applikationen zu ermöglichen. Zuverlässige Verarbeitungstechnologien sind der Schlüssel für die erfolgreiche Fertigung von komplexen Produkten und für den sicheren Einsatz unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen.

Die thematischen Schwerpunkte

Für konventionelle, ebene Halbzeuge existiert eine Vielzahl von gut erforschten Verarbeitungsverfahren, die im Laufe der industriellen Anwendung stetig weiter entwickelt wurden und sich unter praxisrelevanten Bedingungen bewährt haben. Die Verarbeitung von innovativen, strukturierten Blechen stellt jedoch die bekannten Fertigungsverfahren vor neue Herausforderungen und lässt viele Fragen bezüglich der Weiterverarbeitung offen. Die mehrdimensionale Topologie der Oberfläche verhindert eine einfache Übertragung und Anwendung der bekannten Verarbeitungsverfahren. Daher werden in diesem Forschungsvorhaben die wichtigen Fertigungsverfahren Schneiden, Umformen und Fügen aufgegriffen und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit für strukturierte Bauteile untersucht und qualifiziert.

Im Einzelnen werden folgende Teilprojekte bearbeitet:

• Verfahren für das Umformen des Innenbereichs durch konventionelles Tiefziehen sowie zweidimensionales Biegen
• Verfahren für die Randbearbeitung (Abkanten, Replattieren und Schneiden) durch angepasste konventionelle Verfahren
• Verfahren zur Herstellung von strukturierten Bauteilen in einem angepassten prototypischen Versuchsstand für die Komplettbearbeitung, mit dem sowohl die Umformung des Innenbereichs als auch die Randbearbeitung und Replattierung in einer Station ermöglicht werden
• Wirtschaftliche Prozessketten zur Herstellung von flächenförmigen, strukturierten Bauteilen
• Qualifizierung und Weiterentwicklung von thermischen und nichtthermischen Fügetechnologien, z. B. Schweißen, Löten, Nieten, Kleben
• Qualifizierung von innovativen, wärmearmen Schweiß- und Löttechniken, welche die Besonderheiten strukturierter Halbzeuge berücksichtigen
• Charakterisierung umgeformter und gefügter Verbindungen durch die Ermittlung technologisch-mechanischer Kennwerte unter statischen, schwingenden und dynamischen Belastungen
• Ableitung von Ersatzmodellen von Fügestellen für Crashberechnungen und numerische Simulationen

Die Partner

• Forschungs- und Qualitätszentrum Oderbrücke gGmbH, Eisenhüttenstadt
• ThyssenKrupp Umformtechnik GmbH, Ludwigsfelde
• INPRO Innovationsgesellschaft für fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH, Berlin
• Arcelor Eisenhüttenstadt GmbH, Eisenhüttenstadt
• Astro- und Feinwerktechnik GmbH, Berlin
• Imotion GmbH, Hennigsdorf
• Bombardier Transportation, Hennigsdorf
• TEDES-Engineering GmbH, Sindelfingen
• TGM GmbH Software und Dienstleistungen, Berlin
• Kjellberg, Finsterwalde
• TAKRAF GmbH, Lauchhammer
• Berlin Brandenburg Aerospace Allianz
• Automotive Berlin/Brandenburg
• Branchennetzwerk „profil-metall“

Kontakt

Dr. Ralf Ossenbrink
Brandenburgische Technische Universität Cottbus
Konrad-Wachsmann-Allee 1
03046 Cottbus
Tel.: 0355 693776
E-Mail: ossenbrink[at]tu-cottbus.de


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