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Fördermaßnahme: Ressourceneffizienz in der Produktion: Energieeffizienz in der Produktion
Forschungsziel: Zur Herstellung von warmmassiv umgeformten Bauteilen aus Stahl werden erhebliche Energiemengen für die Prozesswärme benötigt. Zum einen ist ein großer Energieanteil bereits in den verwendeten Ausgangsmaterialien durch deren Herstellung "gespeichert" (ca. 2/3 der für ein Schmiedeteil benötigten Energie) und zum anderen werden für die Erwärmung vor dem Umformen große Energiemengen benötigt (das Ausgangsmaterial wird in der Regel zwischen 1200°C und 1300°C erwärmt). Bei der Herstellung von Massivumformteilen fällt verfahrensbedingt in den meisten Fällen ein Materialüberschuss an (ca. 10 bis 40% der Einsatzmasse). Das Verbundprojekt zeigt hier Einsparpotentiale verschiedenster Art auf, welche bei vier Anwendern erfolgreich validiert wurden.
Sabine Widdermann +49 2331 9588-33
swiddermann@metalform.de
Dipl.-Wi.-Ing. Christel Schwab
+49 721 608-25288
christel.schwab@kit.edu
Problemstellung
Die Branche Massivumformung mit ihren ca. 120 meist mittelständischen Unternehmen (schwerpunktmäßig massivumgeformte Stückgüter für die Automotive-Industrie) verarbeitet jährlich große Stahlmengen, die während der Verarbeitung erwärmt werden. Somit werden für massiv umgeformte Teile hohe Energiemengen zum einen für die Stahlerzeugung (Energie ist dann im Vormaterial „gespeichert“) und zum anderen für die Erwärmung auf Umformtemperatur (ca. 1200 bis 1300 °C) benötigt. In diesem Projekt wurde die Effizienzsteigerung beider Bereiche (Materialeffizienz und Energieeffizienz) erfolgreich nachgewiesen.
Projektziel
Das Verbundprojekt hatte zum Ziel, die in der Herstellungskette „Warmmassivumformteil“ eingesetzte Energiemenge zu reduzieren. Die Wege zur Reduzierung des Energieeinsatzes sollen unter anderem anhand von Demonstratoren getestet und bewertet werden. Die Ergebnisse sollen in Form von Leitfäden dokumentiert werden (was kann erreicht werden, was muss dafür getan werden, wie muss es getan werden?).
Vorgehensweise
Im ersten Hauptarbeitspunkt wurde der Weg verfolgt, den Materialeinsatz zu reduzieren. Hierbei wurde zum einen das Materialaufmaß für einen Vorformprozess (Reckwalzen) reduziert und zum anderen ein Wärmebehandlungsprozess hinsichtlich Energieeinsatz und Erreichung mechanischer Eigenschaften optimiert. Eine Erhöhung der mechanischen Eigenschaften hat indirekt eine Materialeinsparung zur Folge, da Bauteile bei gleicher Belastung filigraner konstruiert werden können.
Im zweiten Hauptarbeitspunkt wurde der Energieeinsatz bei der Warmmassivumformung reduziert. Hierfür wird die folgende Unterteilung vorgenommen:
1. Erzeugung elektrischer Energie aus der Prozesswärme:
Die in den Bauteilen oder im Materialüberschuss (Grat) „gespeicherte“ Prozesswärme wurde gesammelt, weitergeleitet und in elektrischen Strom umgewandelt.
2. Reduzierung der eingesetzten Erwärmungsenergie:
Durch ein neuartiges, auf Supraleitern basierendes Erwärmungsverfahren (HTS) und durch die Optimierung der heute weit verbreiteten Induktiven Erwärmung wurde die notwendige Erwärmungsenergie verringert.
3. Energierückführung:
Hierbei wurde das Vormaterial durch Übertragung von Prozesswärme vorgewärmt, um dadurch die bereitzustellende Erwärmungsenergie einzusparen. Desweitern wurde die in heutigen Induktionsanlagen üblicherweise verwendeten Kühltemperaturen (ca. 30°C, Medium Wasser) deutlich erhöht, um die hier anfallenden Energiemengen für eine weitere Verwertung nutzen zu können.
Ergebnisse und Anwendungspotential
Für die Industriefirmen bestehen die wirtschaftlichen Erfolgsaussichten zum einen aus einer Erhöhung der Transparenz der eigenen Material- und Energieverbräuche. Zum anderen wird eine Energieeinsparung durch die Zielsetzung des Projektes angestrebt. Dies bedeutet für die Industriefirmen eine direkte Kostenreduzierung (Material- und Energiekosten). Über den Dachverband, den Wirtschaftsverband Stahl- und Metallverarbeitung e.V. (WSM) ist der Transfer zu den bedeutenden Branchen der stahlumformenden Industrie gewährleistet.
Die Verbreitung der Ergebnisse wurde über Informationsveranstaltungen durchgeführt. Ein Leitfaden wurde erstellt, der die Ergebnisse in leicht anwendbarer Form für die gesamte massivumformdende Branche aufberitet. Des weiteren werden durch den IMU Projektergebnisse über eine „Faktendatenbank“ den Mitgliedern zur Verfügung gestellt (Zugriff über Internet).
In der folgenden Liste sehen Sie Ihre ausgewählten Projekt-Favoriten.
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