Innovative Leichtbau-Bremsscheibe für Fahrzeuge (INNOBRAKE) · 2019-01-24 · Metalle (überwiegend Edelstahl, Kupfer und Aluminium) sind als Einsatzmaterial im Hütten- ... Unternehmen

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W CHSTUMDie Hightech-Strategie für Deutschland

Innovative Leichtbau-Bremsscheibe für Fahrzeuge (INNOBRAKE)KMU-innovativ

Konsequenter Leichtbau zur Verringerung des Fahrzeuggewichts ist ein bedeutender Beitrag zur Reduktion des Treibstoffver-brauchs und der CO2-Emissionen des Stra-ßenverkehrs. Mit dem patentierten Konzept der SHEET CAST Disc wird das Gewicht von Bremsscheiben durch einen innovativen Auf-bau erheblich verringert und der Verschleiß reduziert. Ziel des Verbundprojekts INNO-BRAKE ist die Weiterentwicklung der ausge-zeichneten Technologie zum Serieneinsatz in Automobilen und Nutzfahrzeugen. Das Projekt wird im Rahmen der Förderinitiative „KMU-innovativ“ durchgeführt. Die Initiative unterstützt kleine und mittlere Unterneh-men bei der Entwicklung innovativer Tech-nologien und Dienstleistungen für eine ver-besserte Ressourcen- und Energieeffizienz.

Moderne Fahrzeuge werden aufgrund der Sicher-heits-, Komfort- und Leistungsanforderungen zunehmend komplexer und aufwändiger in der Herstellung. Demgegenüber stehen steigende Umweltansprüche zur Verringerung des Treibstoff-verbrauchs und der verkehrsbedingten CO2-Emissi-onen. Gewichtseinsparungen im Fahrzeug bergen ein enormes Ressourceneinsparpotenzial – nicht nur bei der Herstellung der Bauteile, sondern vor allem durch die resultierende Treibstoffersparnis während der Fahrzeugnutzung. Die INNOBRAKE-Projektpartner stellen sich deshalb der Herausfor-derung, Bremsscheiben in Leichtbauweise mit kostengünstiger Produzierbarkeit zu kombinieren.

Innovative Konstruktion senkt Gewicht und Kosten

Das innovative Konzept der patentierten SHEET CAST Disc integriert radialelastische Stahleinleger in die Gussbauteile der Bremsscheibe. Die Stahl-einleger werden bei der Herstellung der Brems-scheibe im Sandgussverfahren als Bestandteil des Kerns in die Form eingelegt und in den Reibring eingegossen. Dadurch werden der Werkstoffbedarf, der Bearbeitungs- und Montageaufwand verrin-gert. Diese einzigartige Funktionsintegration lässt einen Kostenvorteil erwarten, der die SHEET CAST Disc als erste Verbundbremsscheibe großserien-tauglich machen soll. Die SHEET CAST Technologies GmbH ist für die Definition des Ausgangsdesigns und die Optimierung durch FEM-Berechnungen zuständig. Dabei wird sie vom Gießerei-Institut der Technischen Universität Bergakademie Freiberg durch Untersuchungen zum Eingießverhalten der Stahleinleger unterstützt. Die Daimler AG als Fahrzeughersteller und die SHW AG als Bremsschei-ben-Zulieferer unterstützen als assoziierte Partner den Transfer der Forschungsergebnisse in die Praxis.

Demonstrator der Leichtbau-Bremsscheibe (SHEET CAST Disc EVO 6.4)

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FördermaßnahmeKMU-innovativ:Technologiefeld „Ressourcen- und Energieeffizienz“,Anwendungsbereich „Ressourceneffizienz“

ProjekttitelInnovative schirmungsfreie und kostengünstige Brems-scheibe (INNOBRAKE)(Förderkennzeichen 033R066A, 033R066D)

Laufzeit01.11.2011 – 31.10.2013

Fördervolumen des Verbundes:387.000 €

KontaktSHEET CAST Technologies GmbHHolger LathwesenMarie-Curie-Str. 6, 85055 IngolstadtTelefon: 0841 98 1733-200, Telefax: 0841 98 1733-133E-Mail: [email protected] Internet: www.innobrake.de

ProjektpartnerTechnische Universität Bergakademie Freiberg

HerausgeberBundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)Referat Ressourcen und Nachhaltigkeit, 53170 Bonn

Redaktion und GestaltungProjektträger Jülich (PtJ),Forschungszentrum Jülich GmbH

DruckereiSchloemer & Partner GmbH, Düren

BildnachweisSHEET CAST Technologies GmbH

Bonn, Berlin 2012 Gedruckt auf chlorfrei gebleichtem Papier

Leichtbau-Bremsscheibe mit überlegenen Eigenschaften

Das Bauteilgewicht der SHEET CAST Disc ist bis zu 3 kg geringer als für einteilig gegossene Brems-scheiben. Da die ungefederten, rotierenden Massen deutlich reduziert werden, steigen Komfort und Fahrdynamik spürbar. Die Leichtbau-Bremsscheibe nutzt die federnde Materialeigenschaft des Stahls, um ein verbessertes thermisches Verhalten zu erzielen. Der Reibring kann sich bei Erwärmung ungehindert ausdehnen, unangenehmes Brems-rubbeln wird vermieden und somit der Verschleiß verringert. Die SHEET CAST Disc verbindet die Gewichts- und Leistungsvorteile mehrteiliger Bremsscheiben mit einfacher und kostengünstiger Herstellung.

Ausgezeichnetes Einsparpotenzial für die Fahrzeugindustrie

Allein die Kraftfahrzeugindustrie mit einem Jahresbedarf von ca. 500 Mio. Bremsscheiben könnte durch den Einsatz der SHEET CAST Disc ca. 500.000 t Gusseisen einsparen. Die erwartete Verlängerung der Lebensdauer um bis zu 30 % macht den Einsatz insbesondere auch für den Nutz- und Schienenfahrzeugmarkt interessant. Dafür wurde das SHEET CAST Disc-Konzept mit dem Stahl-Innovationspreis 2009 in der Kategorie „Stahl in Forschung und Entwicklung“ ausge-zeichnet.

Stand: April 2012

Automatisierte Demontage und Recycling von Lithium-Ionen-Traktionsakkumulatoren (Li-WERT)KMU-innovativ

Nachdem über 125 Jahre der Verbrennungs-motor vorherrschte, steht die automobile Antriebstechnik aktuell vor tief greifenden Veränderungen. Neue Entwicklungen basie-ren auf Elektroantrieben oder Hybriden unter Einbeziehung elektrischer Antriebe. Der Lithium-Ionen-Traktionsakku wurde als Speichermedium für die Antriebsenergie zur Serienreife geführt. Bereits heute werden die Recycling-Verfahren für die neuartigen Traktionsakkus erforscht, die zukünftig vermehrt zur Verwertung anfallen. Im Ver - bundprojekt Li-WERT werden Verfahren zur automatisierten Demontage und selektiven Aufbereitung entwickelt, um die wertvollen Bestandteile der Lithium-Ionen-Traktionsak-kus zurückzugewinnen. Das Projekt wird im Rahmen der Förderinitiative „KMU-innova-tiv“ durchgeführt. Die Initiative unterstützt kleine und mittlere Unternehmen bei der Entwicklung innovativer Technologien und Dienstleistungen für eine verbesserte Res-sourcen- und Energieeffizienz.

Akkumulatoren auf der Basis von Lithium-Verbin-dungen sind noch relativ jung. Aufgrund ihrer technischen Eigenschaften (z. B. kein Memory-Effekt, geringe Selbstentladung, hohe Energiedich-te) haben sie jedoch schnell weite Verbreitung gefunden. Für den Bereich der Elektromobilität wird erwartet, dass sich das weltweite Marktvolu-men für Lithium-Ionen-Akkus in den nächsten Jahren vervielfacht. Aufgrund der vergleichsweise kurzen Zeit der Nutzung von langlebigen Lithium-Ionen-Akkus gibt es bisher wenig Erfahrung mit

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dem Recycling. Herkömmliche Batterie-Recycling-verfahren können aufgrund der Unterschiede in Bauart und Chemismus nicht zum Einsatz kommen. Hier setzt das Verbundprojekt Li-WERT an, in dem Wissenschaftler der BTU Cottbus gemeinsam mit sächsischen Unternehmen aus den Bereichen Recycling- und Robotertechnik ein automatisiertes Demontage- und Aufbereitungsverfahren für Lithium-Ionen-Traktionsakkus entwickeln.

Robotergreifarm mit separiertem Lithium-Zellenblock

Intelligente Logistik führt zur Minimierung von Gefahren

Für die Logistik und die Lagerung von Lithium- Traktionsakkus müssen spezielle Anforderungen berücksichtigt werden, z. B. der Schutz gegen Kurzschluss und Vorkehrungen für eventuell auslaufende Elektrolytflüssigkeit. Das im Projekt entwickelte Behältersystem ist mechanisch stabil, flexibel zu transportieren und aus einem Material gefertigt, das chemisch unempfindlich gegen Elektrolyten ist. Das weitgehend automatisierte Li-WERT-Konzept basiert auf dem Einsatz moderner

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ProjekttitelLi-WERT - Entwicklung eines innovativen Verfahrens zur gefahrlosen Demontage und stofflichen Verwertung von Lithium-Ionen-Batterien aus Fahrzeugen(Förderkennzeichen 033R058A, 033R058B, 033R058C, 033R058D)

Laufzeit01.01.2011 – 31.12.2012


KontaktBrandenburgische Technische UniversitätLehrstuhl AufbereitungstechnikJens Markowski (Projektkoordinator)Siemens-Halske-Ring 8, 03046 CottbusTelefon: 0355 69-4623, Telefax: 0355 69 2929E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerERLOS Europa-Recycling und Logistiksysteme GmbH, ZwickauRTT Robotertechnik TRANSFER GmbH, ZittauNickelhütte Aue GmbH




BildnachweisBTU Cottbus, Lehrstuhl Aufbereitungstechnik


Industrierobotertechnik für das Handling und die Demontageprozesse, wodurch die Gefährdung des Betriebspersonals deutlich reduziert wird.

Automatisierte Demontage und Aufbereitung der Wertstoffe

Die selektive Demontage und angepasste Aufberei-tung ermöglichen eine umfassende Rückgewin-nung der einzelnen Fraktionen. Nach Öffnung des Gehäuses und anschließender Tiefentladung werden die Akkus bis zur Zellenebene vollständig demontiert. Von den Zellen werden die Anoden, Katoden sowie die Separatorschicht getrennt mechanisch bzw. nass-chemisch aufbereitet. Die abgereinigte Katodenbeschichtung, ein Gemisch aus Kobalt, Mangan und Nickel, ist in pelletierter Form gut transport-, lager- und verarbeitungsfähig. Das Akkugehäuse und die anderen metallischen Komponenten (z. B. Lithium-Verbindungen) werden separiert und an spezialisierte Verwer-tungsbetriebe abgegeben. Die Prozesskette ist modular aufgebaut und bietet ein hohes Maß an Flexibilität, um z. B. teildemontierte Systeme oder neue Batterieformen in den Prozess einzubringen.

Vollständige Verwertung ohne Reststoffe

Der Lithium-Traktionsakku wird mit der Li-WERT-Technologie so aufbereitet, dass keine Reststoffe zur Entsorgung anstehen. Die pelletierten Katoden-beschichtungen und die anderen separierten Metalle (überwiegend Edelstahl, Kupfer und Aluminium) sind als Einsatzmaterial im Hütten-betrieb gefragt. Leiterplatten und Steckkontakte sind ebenfalls begehrte Sekundärrohstofflieferan-ten. Das im Aufbereitungsprozess anfallende Kunststoffgemisch wird aufgrund des hohen Heizwertes und einer geringen Schadstoffbelastung zu Ersatzbrennstoffen weiterverarbeitet. Nach Abschluss des Projektes soll die Li-WERT-Techno-logie in einer Pilotanlage umgesetzt werden.

Stand: April 2012

Ressourceneffiziente Wertschöpfungsnetzwerke durch betriebsübergreifende Planung (green4SCM)KMU-innovativ

In vernetzten Zulieferketten muss man oft über den Tellerrand des eigenen Unter-nehmens hinaus schauen, um die größten Ressourceneffizienzpotenziale zu heben. Mit dem „Supply Chain Management“ (SCM) werden Geschäftsprozesse in Wertschöpfungsnetzwerken überbetrieblich koordiniert und synchronisiert. Im Projekt green4SCM wird hierfür eine zentrale web-basierte SCMPlanungsplattform entwickelt, um den Ressourceneinsatz in Zulieferketten gemein-sam zu planen und zu optimieren. Das Projekt wird im Rahmen der Förderinitiative „KMU-innovativ“ durchgeführt. Die Initiative unter stützt kleine und mittlere Unternehmen bei der Entwicklung innovativer Techno logien und Dienstleistungen für eine verbesserte Ressourcen und Energieeffizienz.

Die Warenproduktion findet heute regelmäßig in globalen Wertschöpfungsnetzen statt, in denen Unternehmen verschiedener Verarbeitungsstufen durch Informations- und Warenflüsse verknüpft sind. Um diese komplexen Produktionsnetzwerke zu steuern, hat sich das „Supply Chain Manage-ment“ (SCM) bewährt, mit dem Geschäftsprozesse überbetrieblich koordiniert werden. Damit sollen z.B. bedarfsgerechte Anlieferung, Senkung der Lagerbestände und effiziente Produktionssteue-rung erreicht werden. Ziel des Projektes green4SCM ist die Konzeption und prototypische Entwicklung einer zentralen, service-orientierten und web- basierten SCM-Planungsplattform, die den Ressour-cen- und Energiebedarf in die Planung integriert. Damit wird eine unternehmensübergreifende Optimierung des Ressourcen- und Energieeinsatzes in Wertschöpfungsnetzwerken ermöglicht.

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Software zur Optimierung der Produktions-planung

Die green4SCM-Projektpartner untersuchen, wie umweltrelevante Kennzahlen in den betrieblichen Informationssystemen abgebildet werden können. Auf dieser Basis soll mittels intelligenter Planungs-algorithmen in einer computergestützten Simula-tionsumgebung eine Optimierung der Produktions-pläne im Hinblick auf den Energie- und Ressourcen - einsatz erreicht werden. Ein Modul zur Energie-datenerfassung soll Echtzeitdaten zum Energiever-brauch integrieren. Interaktive Auftragssteue-rungsmethoden und innovative Visualisierungs - techniken unterstützen den Anwender in seiner Entscheidungsfindung und zeigen direkt die Auswirkungen auf den Ressourcenbedarf an. Die software4Production GmbH entwickelt die Infra-struktur und die Software-Plattform für green4SCM. Bei der Entwicklung der Planungsalgorithmen wird die software4Production GmbH vom Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der Technischen Universität München unterstützt.

Module der green4SCM-Software-Plattform

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Projekttitelgreen4SCM: Nachhaltige Optimierung des Ressourcen-/ Energieeinsatzes in Wertschöpfungsnetzwerken mittels einer zentralen, Service-orientierten und web-basierten SCM-Planungsplattform(Förderkennzeichen 033R049A, 033R049B)

Laufzeit01.05.2010 – 30.04.2012


Kontaktsoftware4production GmbHDr.-Ing. Joachim BerlakLichtenbergstr. 8, 85748 Garching bei MünchenTelefon: 089 54842-420, Telefax: 089 54842429E-Mail: [email protected]: www.green4scm.de

ProjektpartnerTechnische Universität München




BildnachweisSoftware4Production GmbH / TU München


Ressourceneinsatz betriebsübergreifend reduzieren

Mit dem green4SCM-Prototypen wird eine web-basierte Software-Plattform bereit gestellt, die eine unternehmensübergreifende Transparenz des Energie- und Ressourcenbedarfs als Grundlage für die gemeinsame Planung schafft. Mit der unterneh-mensinternen Planung des Energie- und Ressourcen-einsatzes wird der Grundstein für eine betriebsüber-greifende Optimierung gelegt. Primäre Nutzer der green4SCM-Plattform sollen kleine und mittelstän-dische Industriebetriebe sein. Diese werden damit zur übergreifenden Planung und Optimierung einzelner oder vernetzter Lieferketten befähigt.

Ein exzellenter Ansatz – nicht nur für die Automobilindustrie

Der Einsatz der green4SCM-Plattform liefert den Unternehmen visualisierte Kennzahlen zum Energie- und Ressourcenverbrauch und entspre-chende Hinweise, wie z.B. durch intelligente Maschinenbelegungsstrategien der Ressourcen-einsatz verringert werden kann. Das ist insbeson-dere in der Automobilindustrie, die von mittelstän-dischen Zulieferketten geprägt ist, ein innovativer Ansatz zur unternehmensübergreifenden Steige-rung der Ressourceneffizienz. Dafür wurde die software4Production GmbH 2010 mit einem Innova-tionspreis des „Network of Automotive Excellence“ (NoAE), einem Expertennetzwerk für die Automo-bil- und Zulieferindustrie in Europa, ausgezeichnet.

Stand: April 2012

Reststoffe aus Shredderrückständen als Quelle hochwertiger Kunststoffprodukte (Poly-Ressource)KMU-innovativ

In den vergangenen Jahrzehnten wurden Stahl, Glas, Holz und andere Werkstoffe mit steigendender Tendenz durch Kunststoffe ersetzt. Der Bedarf an hochwertigen Kunst-stoffen für technische Produkte ist weiterhin stark steigend. Die fossilen Rohstoffe für die Kunststoffproduktion, insbesondere Erdöl, sind jedoch begrenzt. Deshalb richtet sich der Fokus aktueller Forschungsarbeiten auf Möglichkeiten, aus Abfällen Kunststoffe wiederzugewinnen und einer hochwertigen Verwertung zuzuführen. Ziel des Verbund-projekts „Poly-Ressource“ ist die Gewinnung technischer Kunststoffprodukte aus Shredder - leichtfraktionen, die bei der Verwertung von Elektroaltgeräten und Altautos anfallen. Das Projekt wird im Rahmen der BMBF-Förder-maßnahme „KMU-innovativ“ durchgeführt. Diese Fördermaßnahme unterstützt kleine und mittelgroße Unternehmen bei der Entwicklung innovativer Technologien und Dienstleistungen für eine verbesserte Ressourcen- und Energieeffizienz.

Im Bereich des Kunststoffrecyclings bestehen in Deutschland und in Europa noch sehr hohe Poten-ziale. Trotz immer knapper werdender Erdölvorräte beträgt die auf das Produktionsvolumen bezogene Recyclingquote nur etwa 13 %. Ein wesentlicher Grund dafür ist die große Heterogenität der Kunst-stoffabfälle. Die Zerkleinerung im Shredder ist der Anfang der üblichen Behandlung von z. B. Altfahr-zeugen oder Elektroaltgeräten, um in erster Linie wertvolle Metall-Fraktionen abzutrennen. Daneben fällt bei der Fraktionierung eine Shredderleichtfrak-

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tion an, die ein Gemisch aus einem Großteil der Kunststoffe und anderen Materialien enthält. Bislang wird die Shredderleichtfraktion überwie-gend energetisch verwertet. Die kunststoffreichen Fraktionen enthalten viele verschiedene Kunststoff-typen (Polymere) mit unterschiedlichen Eigenschaf-ten und Störstoffe (z. B. Schwermetallpigmente und Flammschutzmittel). Solche komplexen Mischun-gen von Altkunststoffen können bislang kaum für hochwertige technische Anwendungen genutzt werden.

Neue Kunststoff-Quelle: Shredderfraktion aus Elektroaltgeräten, Altautos und Verbundmaterialien

Ein raffiniertes Aufbereitungskonzept für eine schwierige Mischung

Im Projekt „Poly-Ressource“ wird ein mehrstufiges technologisches Konzept entwickelt, das durch Kombination von mechanischen und chemischen Verfahren die Rückgewinnung sortenreiner technischer Kunststoffe aus Shredder-Rückständen ermöglicht. Poly-Ressource setzt auf eine mechani-sche Shreddernachbehandlung, um den Material-strom zur selektiven Extraktion verschiedener Kunststofffraktionen zu optimieren. Die Störstoffe werden durch ein lösungsmittelbasiertes Recycling-verfahren aus den Kunststofffraktionen eliminiert.

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FördermaßnahmeKMU-innovativ:Technologiefeld „Ressourcen- und Energieeffizienz“Anwendungsbereich „Ressourceneffizienz“

ProjekttitelPolymere Reststoffe aus Shredderrückständen der Elektroaltgeräte-Verwertung als Quelle hochwertiger Kunststoffprodukte (Poly-Ressource)(Förderkennzeichen 033R047A, 033R047B, 033R047C)

Laufzeit01.09.2010 – 31.08.2012


KontaktFraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVVDr. Andreas Mäurer Giggenhauser Str. 35, 85354 FreisingTelefon: 08161 491-330, Telefax: 08161 491-331E-Mail: [email protected]: www.ivv.fraunhofer.de

ProjektpartnerLÖMI GmbHSAT Recyclingtechnik GmbH




BildnachweisFraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV


Dabei wird das vom Fraunhofer-Institut für Verfah-renstechnik und Verpackung IVV in Kooperation mit Crea Cycle GmbH entwickelte CreaSolv®-Verfahren 1 eingesetzt. Anschließend erfolgt eine polymertechnische Veredelung der Zwischenpro-dukte und eine abschließende Trocknung. Die große Herausforderung des Projekts besteht dabei in der Vernetzung der unterschiedlichen Technologien und der Entwicklung eines tragfähigen Konzepts für die industrielle Umsetzung mit den beteiligten Unternehmen. Die Einzelprozesse werden im kleintechnischen Maßstab aufeinander optimiert, auf industriellen Aggregaten umgesetzt und in einer Pilotanlage aufgebaut. Diese Anlage soll im Vergleich zur Produktion neuer Kunststoffe aus Erdöl 85 % des Energieaufwandes in der Kunststoff-produktion einsparen.

Gute Vermarktungsaussichten für hoch-wertige Kunststoffe

Ein solches innovatives Verfahren für die Herstel-lung hochwertiger Kunststoffe aus gemischten Altkunststoffen erwartet ein sehr hohes Markt-potenzial. Wenn das geplante Poly-Ressource- Verfahren in den nächsten 10 Jahren erfolgreich großtechnisch umgesetzt werden kann, so könnte mit dem Recycling von Polyethylen (PE), Polypro-pylen (PP) und Polystyrol (PS)-Kunststoffen europa-weit ein Marktwert von über 2 Milliarden Euro erschlossen werden. Zur industriellen Umsetzung planen die Projektpartner die Einbeziehung weiterer interessierter Unternehmen als Koopera-tionspartner.

1 CreaSolv® ist eine eingetragene Marke der CreaCycle GmbH, Grevenbroich

Stand: April 2012

Gießen mit gezielt einstellbarer Porosität (GimgeP)KMU-innovativ

In jedem Bereich des täglichen Lebens begegnen wir Gussteilen. Egal ob Auto, Haus-halt oder Spielzeug, nirgends sind sie weg-zudenken. Entwickler und Konstrukteure nutzen die Möglichkeiten, die das Verfahren Gießen bietet, um neue Produktideen zu realisieren. Der Grund: Das Gießen von Metallen ist der kürzeste Weg vom Rohstoff zum Endprodukt. Im Verbundprojekt GimgeP werden neue Verfahren zur Herstellung poröser Guss-Leichtbauteile entwickelt, mit denen der Material- und Energieeinsatz erheblich reduziert wird. Das Projekt wird im Rahmen der Förderinitiative „KMU-innovativ“ durchgeführt. Die Initiative unterstützt kleine und mittlere Unternehmen bei der Entwicklung innovativer Technologien und Dienstleistungen für eine verbesserte Res-sourcen- und Energieeffizienz.

„Der größte Feind des Gießers ist der Lunker“ – per Definition bezeichnet ein Lunker ein Volumen-defizit, also „eine hohle Stelle“ in einem Gussteil. In Jahrhunderte langer Entwicklung hat es das Gießereiwesen geschafft, den Lunker als Gussfehler zu beseitigen. Das Ziel lautet generell, möglichst poren- und lunkerfreie Bauteile zu erzeugen. Auf der anderen Seite entwickelte sich mit dem Augen-merk auf Leichtbau eine Technologie, die sich mit dem kompletten Gegensatz, also porösen Bauteilen beschäftigt. Die Herausforderung besteht darin, die Vorteile der beiden Ansätze so zu kombinieren, dass man ressourceneffiziente Leichtbau-Gussteile mit definierten Eigenschaften für ein breites Anwendungsspektrum herstellen kann. Dieses Ziel verfolgen die Verbundpartner im Projekt GimgeP,

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um durch die Integration von Porenstrukturen in Gussbauteile die Einsparung von Rohstoffen und Energie zu erreichen.

Porös gegossenes Aluminium

Schäumen von Metallen aus einem Guss

Die Substitution von massiven Bereichen im Inneren der Gussbauteile durch ein aus Gasblasen generier-tes Schaumgefüge soll bis zu 20 % des eingesetzten Materials einsparen. Damit verbunden sind entspre-chende Einsparungen der notwendigen Energie für Herstellung und Aufschmelzen des Gusswerkstoffs und sekundäre Einsparungen durch den Leicht-baueffekt der erzeugten Produkte während der späteren Nutzung. Weitere positive Eigenschaften der Metallschäume sind z. B. eine sehr gute Vibra-tionsdämpfung und ein gutes Crash-Absorptions-verhalten. Die porösen Strukturen sollen in her-kömmliche Gussteile gezielt eingebracht werden, so dass Material eingespart werden kann, ohne Funktion und Geometrie der Bauteile zu beeinträch-tigen. Die dabei angestrebten Resultate gleichen der Knochenstruktur des Menschen, in der eine geschlossene und tragende Außengeometrie durch die Spongiosa, eine schwammartige Zellularstruktur, gestützt wird.

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ProjekttitelGießen mit gezielt einstellbarer Porosität (GimgeP)(Förderkennzeichen 033R046A, 033R046B, 033R046C, 033R046D)

Laufzeit01.09.2009 – 31.03.2012


KontaktFraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWUChristian HannemannReichenhainer Str. 88, 09126 ChemnitzTelefon: 0371 5397-1972, Telefax: 0371 5397-1796E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerHZD Havelländische Zink-Druckguß-GmbH & Co. KG Hermann Sieg GmbH Elektromotorenwerk Grünhain GmbH


Redaktion und GestaltungProjektträger Jülich (PtJ)Forschungszentrum Jülich GmbH


BildnachweisFraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Christian Hannemann


Ein intelligentes Gießverfahren für vielfältige Anwendungsbereiche

Am Markt existieren vielfältige Lösungen für die Herstellung metallischer Schäume. Bislang ist die Kombination mit Gießen und Gasen nur in Form des Umgießens vorab geschäumter Einlegeteile realisiert, deren Verarbeitung zu Serienteilen teuer und die Handhabung schwierig ist. Die in GimgeP angedachte Technologie entspricht einem neuen Lösungsansatz, bei dem an der grundsätzlichen Technologie des Gießverfahrens festgehalten wer-den soll, um eine breite Akzeptanz und Anwend-barkeit in der Gießereiindustrie zu gewährleisten. Dabei konzentriert man sich bei den Entwicklungen am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU und den beteiligten Gießerei-Unternehmen zunächst auf die Werkstoffe Alumi nium, Kupfer und Zink.

Auf Basis der Projektergebnisse sollen neuartige Gießerei-Verfahren für die Produktion von Leicht-bauteilen eingeführt werden. Man geht davon aus, dass bis zu 30 % des Gießereimarktes für die GimgeP-Technologie interessant sind. Typische Einsatzfelder sind die Fahrzeugindustrie und der Maschinenbau, bei denen durch die Ressourceneinsparung eine maßgebliche zusätzliche Wertschöpfung für die Kunden realisiert wird.

Stand: April 2012

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Ressourceneffizienz durch wölbstrukturierte, 3D-schalenförmige, metallische LeichtbauteileKMU-innovativ

Leichtbau bietet ein hohes Potenzial zur Steigerung der Ressourceneffizienz, weil gleichzeitig Material und Energie eingespart werden. Ein innovativer Leichtbau-Ansatz ist die Entwicklung wölbstrukturierter Materia-lien. Durch die versteifenden Strukturen können dünnwandige Bauteile mit bis zu 30 % Materialeinsparung hergestellt werden. Im Verbundprojekt 3D-Wölbstrukturen werden effiziente Verfahren zur Herstellung von 3D-schalenförmigen Metallbauteilen entwickelt. Das Projekt wird im Rahmen der Förderini-tiative „KMU-innovativ“ durchgeführt. Die Initiative unterstützt kleine und mittlere Unternehmen bei der Entwicklung innovati-ver Technologien und Dienstleistungen für eine verbesserte Ressourcen- und Energie-effizienz.

Die Natur kommt bei der Bildung von Strukturen mit einem Bruchteil der Energie und viel geringe-rem Materialeinsatz aus als die gängigen techni-schen Produktionsverfahren. Aus den effizienten Produktionsmethoden der Natur können Erkennt-nisse gewonnen werden, die sich in technische Leichtbau-Anwendungen übertragen lassen. Die Dr. Mirtsch GmbH verfolgt gemeinsam mit ihren Projektpartnern das Ziel, wölbstrukturierte und neuartige tiefe 3D-strukturierte Materialien hoch versteifend und zugleich besonders werkstoffscho-nend herzustellen und anzuwenden. Durch wölb-strukturierte und tiefe 3D-strukturierte Metall-Bau-teile sollen vorteilhafte Produkteigenschaften, wie z. B. geringes Gewicht, hohe Stabilität und eine gleichmäßige Crash-Energieabsorption, mit verringertem Materialeinsatz erreicht werden.

Innovative Fertigungstechnik für stabile und leichte Bauteile

Die patentierte Wölbstrukturierungstechnik der Dr. Mirtsch GmbH arbeitet auf Grundlage eines bionischen Selbstorganisationsprinzips und ist damit besonders material- und oberflächenscho-nend. Die Wölbstrukturierungstechnik ist bisher ausschließlich auf ebene oder 2D-gekrümmte Bauteile beschränkt und soll im Projekt für 3D- schalenförmige Blechteile weiterentwickelt werden, um tiefere Strukturen mit hohen Plastifi-zierungsreserven zu erreichen. Dadurch werden Defizite der konventionellen Umformtechnik zur Herstellung von dreidimensional gekrümmten und durch Nebenformelemente versteiften Bauteilen überwunden und Bauteile mit geringem Gewicht und hoher Crash-Sicherheit z. B. im Automobil-bereich ermöglicht. Bei der sekundären Umfor-mung von wölbstrukturierten Blechen wird die Dr. Mirtsch GmbH vom Institut für formgebende Fertigung an der Technischen Universität Dresden unterstützt.

3D-wölbstrukturierte Schale aus Lochblech für den Einsatz in Nutz-fahrzeugen

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ProjekttitelRessourceneffizienz und verbesserte Produkteigenschaf-ten durch Herstellung wölbstrukturierter, 3D-scha-lenförmiger, metallischer Leichtbauteile (3D Schalen-Wölbstruktur)(Förderkennzeichen 033R035A, 033R035B, 033R035C, 033R035D)

Laufzeit01.08.2009 – 31.12.2012


KontaktDr. Mirtsch GmbHProf. Dr. Frank MirtschRuhlsdorfer Str. 95, Gebäude 101, 14532 StahnsdorfTelefon: 03329 6995-76, Telefax: 03329 6995-36E-Mail: [email protected]: www.woelbstruktur.de

ProjektpartnerTechnische Universität DresdenUmformtechnik Stendal UTS GmbH & Co. KGFriedrich Graepel Aktiengesellschaft




BildnachweisDr. Mirtsch GmbH


Einsatzmöglichkeiten im Fahrzeugbau

Die Integration wölbstrukturierter und neuartiger 3D-strukturierter Materialien in bestehende Prozessketten erfordert prinzipiell keine neuen Maschinen. Durch die strukturgerechte, patentierte Weiterverarbeitung wird sichergestellt, dass die vorteilhaften Gebrauchseigenschaften der Wölb-strukturen erhalten oder sogar verbessert werden. Gemeinsam mit den Verbundpartnern Umform-technik Stendal UTS GmbH & Co. KG und Friedrich Graepel AG werden Demonstratoren von sicher-heitsrelevanten Karosseriebauteilen für Personen-kraftfahrzeuge und komplexen, gelochten Blechtei-len für Nutzfahrzeuge, Land- und Baumaschinen im Projekt entwickelt. Die mehrdimensionale Verstei-fung soll auch bei höherfesten Stahlwerkstoffen und Leichtbaulegierungen, die zunehmend im Fahrzeugbau zur Anwendung kommen, realisier-bar sein.

Ein ausgezeichneter Leichtbau-Ansatz

Das Leichtbaupotenzial strukturierter Feinbleche auf Basis der Wölbstrukturierungstechnik der Dr. Mirtsch GmbH konnte bereits an einigen praktischen Beispielen nachgewiesen werden. Hierzu zählen die blendfreie, leichte HEXAL- Leuchte von Siteco, die Softwand-Trommel für Miele-Waschmaschinen, die leichte raumsparende Rückwand des Daimler SLK und strukturierte Fassaden im Baubereich, wie das von der Böhme-Haustechnik GmbH rollgeformte und installierte 6000 m² große Dach des Sportpalastes in Odessa aus lackiertem Aluminiumband, für das die Dr. Mirtsch GmbH mit dem Deutschen Material-effizienzpreis ausgezeichnet wurde.

Stand: April 2012

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