Maschinen und Komponenten

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Das Themenfeld beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Betrieb von Produktionsmaschinen und -anlagen sowie mit deren leistungsbestimmenden Komponenten.
Der schnelle Wandel im Umfeld produzierender Unternehmen hat direkte Auswirkungen auf die Ausgestaltung der Produktionsprozesse. Sich ändernde Marktanforderungen führen zu technologischen und organisatorischen Veränderungen in den Unternehmen. Dies hat wiederum Einfluss auf die benötigte Produktionstechnik, also auch auf die einzusetzende Maschinen- und Anlagentechnik.
Durch den immer schnelleren Wandel der herzustellenden Produkte, müssen die Produktionsausrüstungen, auf denen sie gefertigt werden, flexibler einsetzbar sein. Dem Einsatz moderner Materialien, den gestiegenen Möglichkeiten der Rechentechnik, der Forderung nach Steigerung der Genauigkeit, der Dynamik, der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit ist Rechnung zu tragen. Geänderte Nutzungskonzepte, neue Anforderungen an die Kommunikationsschnittstellen innerhalb der technischen Systeme aber auch zwischen Produktionsausrüstung und Bediener müssen beachtet werden. Anforderungen bezüglich der Nachhaltigkeit von Produkten, Prozessen und Ausrüstungen sind zu berücksichtigen. Hersteller und Betreiber von Produktionsmaschinen und -anlagen müssen sich den veränderten Bedingungen auf den Energie- und Rohstoffmärkten durch eine Verbesserung der Ressourceneffizienz stellen.
Die Schwerpunkte für die Forschung und Entwicklung im Themenfeld orientieren sich jeweils am aktuellen Bedarf produzierender Unternehmen sowie der Hersteller von Ausrüstungen. Die initiierten Verbundprojekte reagieren auf den identifizierten Forschungsbedarf.

Schlüsselkomponenten für Produktionsmaschinen von Morgen

Im Rahmen des Wettbewerbs "Schlüsselkomponenten für Produktionsmaschinen von Morgen" (3. Bekanntmachung vom 15.02.2000) stand die Entwicklung von leistungsfähigen, hochdynamischen Antriebskomponenten, von Lagerungen, Führungen und Dämpfungselementen sowie von Sensoren und Aktoren zur Steuerung, Regelung und Überwachung von Prozessen und der Maschinenkomponenten im Mittelpunkt.

Die Projekte AEROSPIN, AVRRotor, EffeNDI, ISPI, HWL, StanzRapid und ZEROROLL haben insbesondere durch den Einsatz moderner Sensorik, Aktorik und lokaler Intelligenz interessante Lösungsansätze zur aktiven Regelung erarbeitet. Die Forschungsergebnisse ermöglichten eine Verbesserung des dynamischen Verhaltens von Produktionsmaschinen sowie der Produktivität, Genauigkeit und Zuverlässigkeit.

In den Projekten AEROSPIN, AVRRotor, HWL und LEZABS wurden Lösungen zur Senkung oder Beseitigung von Umweltbelastungen wie Lärm, Wärmeabgabe, Schwingungen erarbeitet. Zudem entwickelten die Partner Verfahren zur Minimierung des Einsatzes von Energie, Material und Betriebsstoffen bei der Herstellung, beim Betrieb sowie im kostengünstigen Gesamtlebenszyklus der Komponenten.

Werkzeugmaschinen haben innerhalb der Produktionsmaschinen eine Schlüsselfunktion. Mit ihnen werden Produktionsmaschinen und -anlagen, aber auch Werkzeugmaschinen selbst hergestellt. In einer Reihe kleinerer Forschungsprojekte und im Leitprojekt ACCOMAT – Genauigkeitsgeregelte Maschine wurden unterschiedliche Aspekte zu Werkzeugmaschinen erforscht.

Neue Werkzeugmaschinen für die Produktion von morgen

Die Schwerpunkte der Projekte des Wettbewerbs "Neue Werkzeugmaschinen für die Produktion von morgen" (8. Bekanntmachung vom 04.08.2002) reichten von Werkzeugen für die effizientere Entwicklung neuer Werkzeugmaschinen über die Verringerung der Lebenszykluskosten und die Erhöhung der Produktivität bis hin zur Optimierung beziehungsweise Industrialisierung von Prozessen und Prozessketten.

Werkzeuge zur geschlossenen Simulation vom Zerspanprozess bis zur kompletten Maschine wurden in den Verbundprojekten SindBap und SimCAT erarbeitet. Das Ziel von SilEnt war die Reduzierung der Schallemission von Werkzeugmaschinen. Auf unterschiedlichen Wegen strebten LoeWe, METEOR, KombiMasch und HarWeST die Senkung der Lebenszykluskosten von Werkzeugmaschinen und Produktionsanlagen um bis zu 30 Prozent an. Dabei spielte die Modularisierung, die einfache und schnelle Konfigurierbarkeit und Rekonfigurierbarkeit sowie die variable Integration mehrerer Technologien in einer Maschine eine wichtige Rolle. In ADVOCUT entstand eine kostengünstige Werkzeugmaschine auf Roboterbasis für die Leichtzerspanung mit eingeschränkten Genauigkeitsanforderungen. Im Mittelpunkt der Projekte MechaSpeed, HiDynMolder und SonicPrecision standen die hochpräzise Bearbeitung von Werkzeugstahl und sprödharten Werkstoffen mit hoher Zerspanleistung. Weitere Projekte hatten die großflächige Mikrostrukturierung von Prägewalzen (MICROSTRUCT) oder das Polieren von 3D-Oberflächen (POLAR) zum Ziel.

Im Begleitprojekt WZM-Initiative entstand ein Instrument zur szenariengestützten Strategieentwicklung und eine Online-Wissensbasis. Darüber hinaus unterstützte dieses Projekt den Wissenstransfer aus den Werkzeugmaschinen-Projekten in die Fachöffentlichkeit.

Verfügbarkeit von Produktionssystemen als Dienstleistung

Aus dem Wettbewerb "Verfügbarkeit von Produktionssystemen als Dienstleistung" (14. Bekanntmachung vom 17.03.2005) gingen eine Reihe von Forschungsprojekten hervor. Zur weiteren Verbesserung der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit wurden Lösungsansätze für die durchgängige Erfassung und Bewertung von Maschinen- und Prozessdaten zur zeitnahen Reaktion auf aktuelle Betriebszustände entwickelt. Für eine bessere Zustandserfassung und -bewertung wurde der Einsatz von kostengünstigen, zuverlässigen und diagnosefähigen Sensor-, Aktor-, Regelungs- und Steuerungssysteme erprobt. Weitere Forschungsschwerpunkte waren der Einsatz von aktiven Baugruppen mit dezentraler Intelligenz und in innovativen Konzepten für die Interpretation der funktions- und betriebsrelevanten Daten. Diese Daten werden durch die einzelnen am Produktlebenszyklus beteiligten Partnern verarbeitet und zwischen ihnen ausgetauscht.

Die Verbundprojekte Make-it, OPTILAST, SmartStamping, VERAPRO, VerMont, VERSTAND, VIPRO, ZUPACK und ZuPRO setzten diese Lösungsansätze auf unterschiedliche Art und Weise um und vertieften sie an unterschiedlichen Produktionssystemen. Dabei ergaben sich zwei Entwicklungsschwerpunkte, die Maschinen- und Komponentenentwicklung sowie die Entwicklung des Verfügbarkeitsmanagements.

Ressourceneffizienz in der Produktion

Angesichts des Klimawandels sowie der zunehmenden Verknappung und Verteuerung natürlicher Ressourcen wird die Verbesserung der Ressourceneffizienz in der Produktion immer wichtiger. Diesem Trend müssen sich die Unternehmen der Fertigungs- und Verfahrenstechnik sowie die jeweiligen Produktionsausrüster stellen.

In einer Untersuchung zur "Energieeffizienz in der Produktion - EffPro" wurden Potentiale zur Steigerung der Ressourceneffizienz in der Produktion ermittelt, der entsprechende Forschungsbedarf und erste Lösungsansätze erarbeitet.

Aus dem Wettbewerb "Ressourceneffizienz in der Produktion", Schwerpunkt "Kernkomponenten für energieeffiziente Produktionsmaschinen und Anlagen" (25. Bekanntmachung vom 03.03.2008) wurden die Verbundprojekte EWOTeK, EnergieMSP und NCplus ausgewählt. Beginn der Forschungsarbeiten war im Sommer 2009.
In Produktionsmaschinen und -anlagen gibt es eine Reihe von Komponenten und -baugruppen, die besonders wichtig für den energieeffizienten Betrieb der Maschinen und Anlagen sind. Die Forschungsarbeiten der Verbundprojekte konzentrieren sich auf Komponenten wie Antriebskomponenten, Führungen und Lagerungen, Hilfsaggregate und Steuerungen. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist das Energieeffizienzmanagement.

BMBF-Fördermaßnahme "KMU-innovativ"

Aspekte der Entwicklung von Maschinen und Komponenten werden auch im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme "KMU-innovativ" aufgegriffen. Der Projektträger Forschungszentrum Karlsruhe betreut in diesem Zusammenhang Projekte innerhalb von "KMU-innovativ: Produktionsforschung" und "KMU-innovativ: Ressourcen- und Energieeffizienz".


Stand: Oktober 2009