Das Projekt "Teilprojekt 3: Elektromagnetischer Hochleistungsvorschub" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von tecodrive GmbH durchgeführt. Im Verbundprojekt EcoHardSteel wird ein Verfahren und Maschinensystem entwickelt, mit dem erstmals das werkzeugintegrierte Laserstrahlhärten bei der Blechbearbeitung im Folgeverbundwerkzeug im industriellen Maßstab realisiert werden kann. Dabei werden die Vorteile einer Lasererwärmung genutzt, um den Blechwerkstoff mittels geeigneter Temperatur-Zeit-Zyklen im Werkzeug lokal zu härten. Dadurch können Ofenhärtprozesse zur Verbesserung der mechanisch-technologischen Bauteileigenschaften entfallen. Die Substitution des energieintensiven Ofenhärtens durch das Laserstrahlhärten generiert Energieeinsparpotenziale und kann wesentlich zum Klimaschutz beitragen. Im Konsortium ist das Ziel der Fa. tecodrive die Entwicklung eines elektromagnetischen Vorschubes für elektrisch leitfähiges Bandmaterial. Der Vorschub soll gleichermaßen magnetische und nicht-magnetische Materialien schonend und schnell auf 0,01mm genau positionieren. Zur einfachen Bedienung soll der Vorschub die Einstellparameter selbsttätig ermitteln und verwenden. Aufgrund seines Wirkprinzips spart der elektromagnetische Vorschub im Gegensatz zu bisherigen mechanischen Vorschüben über 50% der von dieser verbrauchten Energie ein. Ausgehend von dem in Serie gefertigten elektromagnetischen Vorschub für nicht-magnetisches, elektrisch leitfähiges Bandmaterial wird mit Hilfe von Versuchsanordnungen die Auswirkung von Änderungen der Auslegung der Linearantriebe auf den Transport magnetischen Materials untersucht. Dabei erfolgt eine Annäherung an eine optimale Auslegung über einen iterativen Prozess. Ferner wird die Ansteuerung der Linearantriebe überarbeitet. Hierzu werden Versuchsreihen durchgeführt, um Regelparameter zu ermitteln, die den Transport magnetischer Bänder erlauben. Darüber hinaus erfolgt die Programmierung eines Algorithmus zur selbsttätigen Einstellung der Parameter für die Wanderwellenfrequenz und den PID-Regler. Ausgangspunkt hierfür sind die vom Vorschub ermittelten Messwerte und empirische Werte.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Entwicklung einer 3-Achsenablenkeinheit für Diodenlaser und Integration externer Sensoren (Pyrometer, Kamera)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RAYLASE AG durchgeführt. Im Verbundprojekt EcoHardSteel wird ein Verfahren und Maschinensystem entwickelt, mit dem erstmals das werkzeugintegrierte Laserstrahlhärten bei der Blechbearbeitung im Folgeverbundwerkzeug im industriellen Maßstab realisiert werden kann. Dabei werden die Vorteile einer Lasererwärmung (hohe Energiedichten, präzise Positionierbarkeit, exakte zeitl. Steuerung des Wärmeeintrags) genutzt, um den Blechwerkstoff mittels geeigneter Temperatur-Zeit-Zyklen im Werkzeug lokal zu härten. Dadurch können nachgeschaltete Ofenhärtprozesse zur Verbesserung der mechanisch-technologischen Bauteileigenschaften entfallen. Die Substitution des energieintensiven Ofenhärtens durch das effiziente Laserstrahlhärten generiert hohe Energieeinsparpotenziale und kann durch seine Anwendungsbreite wesentlich zum Klimaschutz beitragen. Im Konsortium ist das Ziel der RAYLASE AG die Entwicklung einer 3-Achsenablenkeinheit für Diodenlaser zur Erwärmung eines Werkstücks auf eine definierte Temperatur. Der Spotdurchmesser auf dem Werkstück soll variabel einstellbar sein. Die vom Werkstück emittierte Wärmestrahlung wird erfasst und an ein Pyrometer geleitet, das den Prozess zur Erwärmung des Werkstücks regelt. Position und Rotation des Werkstücks werden über ein parallel zum Laser eingekoppeltes Kamerasignal ermittelt. Die Ansteuerung von Ablenkeinheit und Laser erfolgt lokal über eine Stand-Alone Steuerkarte, die über Ethernet mit einem Steuer-PC verbunden ist. Die Arbeitsplanung umfasst die Entwicklung einer 3-Achsen Ablenkeinheit inkl. F-Theta Objektiv für Diodenlaser (Wellenlängen 1070 nm, Laserleistung 6 KW), die Übertragung der Wärmestrahlung des Werkstücks, die Unterstützung der Beleuchtungswellenlänge des Kamerasystems und Erweiterungen der Softwarefunktionen (Scanfeld um X- bzw. Y-Achse spiegeln, Projektion Bearbeitungsaufgabe auf Werkstück mit Hilfe einer Hüllkurve, Erkennung von Referenzmarken mit Kamerasystem zur Ermittlung von Position, Größe und Rotation des Werkstücks).
Das Projekt "Teilprojekt 4: Prozessentwicklung werkzeugintegriertes Laserstrahlhärten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie durchgeführt. Im Verbundprojekt EcoHardSteel wird ein Verfahren und Maschinensystem entwickelt, mit dem erstmals das werkzeugintegrierte Laserstrahlhärten bei der Blechbearbeitung im Folgeverbundwerkzeug im industriellen Maßstab realisiert werden kann. Dabei werden die Vorteile einer Lasererwärmung (hohe Energiedichten, präzise Positionierbarkeit, exakte zeitl. Steuerung des Wärmeeintrags) genutzt, um den Blechwerkstoff mittels geeigneter Temperatur-Zeit-Zyklen im Werkzeug lokal zu härten. Dadurch können nachgeschaltete Ofenhärtprozesse zur Verbesserung der mechanisch-technologischen Bauteileigenschaften entfallen. Die Substitution des energieintensiven Ofenhärtens durch das effiziente Laserstrahlhärten generiert hohe Energieeinsparpotenziale und kann durch seine hohe Anwendungsbreite wesentlich zum Klimaschutz beitragen. Im Konsortium ist das Ziel des Fraunhofer IPT die Analyse von Mechanismen und Wechselwirkungen der Prozessparameter beim werkzeugintegrierten Laserstrahlhärten. Auf dieser Basis wird angestrebt, Prozessfenster zu ermitteln, bei denen die geforderte Härtesteigerung unter der Randbedingung möglichst hoher Hubzahlen prozesssicher erreicht werden kann. Das Konsortium im Verbundprojekt EcoHardSteel besteht aus den drei KMUs Lochanstalt Aherhammer, RAYLASE und tecodrive als Projektpartner der gewerblichen Wirtschaft sowie dem Unternehmen Johnson Controls als assoz. Partner. Als Forschungseinrichtung bzw. akad. Projektpartner unterstützt das Fraunhofer IPT das Industriekonsortium. Durch die weitreichenden Erfahrungen mit der laserunterstützten Blechbearbeitung leistet das Fraunhofer IPT bereits einen wichtigen Beitrag bei der Erstellung des Lasten- und Pflichtenhefts und der Konzeptionierungsphase. Der Hauptbeitrag liegt allerdings in der Prozessentwicklung des werkzeugintegrierten Laserstrahlhärtens sowie im Aufbau und der Inbetriebnahme des Gesamtsystems. Das Fraunhofer IPT unterstützt ebenfalls den industriellen Endanwender bei der Herstellung der Demonstratorbauteile.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Werkzeugentwicklung und Prozessvalidierung im produzierenden Unternehmen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Lochanstalt Aherhammer Stahlschmidt & Flender GmbH durchgeführt. Das Ziel des Projektes ist eine Technologieentwicklung für blechverarbeitende KMU, die eine energieeffiziente und letztlich wirtschaftliche Herstellung gehärteter metallischer Bauteile ermöglicht und somit zur Standortsicherung und Erreichung der Klimaschutzziele beiträgt. Mit der Verfahrenskombination wird angestrebt, die für die Blechbearbeitung vorteilhaften Eigenschaften einer Laser-Strahlquelle (präzise Positionierbarkeit, exakte zeitliche Steuerung des Wärmeeintrags, hohe Energiedichten) auch für in-situ Härteprozesse im Folgeverbundwerkzeug zu nutzen. Die deutliche Energieeinsparung ggü. dem konventionellen Prozess wird maßgeblich über den gesenkten Energieverbrauch der Bearbeitungsmaschinen und die Substitution ineffizienter, konventioneller Ofenhärteprozesse durch das folgeverbundwerkzeugintegrierte Laserstrahlhärten erreicht. Im Konsortium wird dazu eine Prozess- und Systemtechnik zur Integration des Laserstrahlhärtens in ein Folgeverbundwerkzeug entwickelt. Die Funktionalität wird anhand eines Demonstratorbauteils in einem industriellen Stanzautomaten gezeigt. Die Arbeitspakete der Lochanstalt Aherhammer umfassen, neben der Konzeptentwicklung und Festlegung der Demonstratorgeometrie, hauptsächlich die Übertragung dieser neuartigen System- und Prozesstechnologie auf einen industriellen Stanzautomaten. Dazu wird ein modulares Werkzeug zur kombinierten Bearbeitung entwickelt und soft- und hardwareseitig integriert. Aus der Definition dieses Demonstratorbauteils und der Ableitung der prozess- und systemseitigen Anforderungen erfolgt die Ergebnisevaluation.