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KMU-innovativ – Innovationen für die Produktion von morgen Projektporträts der 15. Auswahlrunde mit Laufzeit 2015–2017
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Inhaltsverzeichnis
Vorwort 2
KMU-innovativ – schnell und einfach 4
Einzelprojekte produzierender Unternehmen 6
Automatisch vermehren, smart wachsen, mehr ernten (AuDeCUt)............................................................................6
Messung unter Druck (HybridMess) ..................................................................................................................................8
Nahtlos in die Nanowelt (SeleNA) .................................................................................................................................. 10
Kooperationen zweier produzierender Unternehmen 12
Der Roboter blickt durch (RoboTom).............................................................................................................................. 12
Kooperationen mehrerer produzierender Unternehmen 14
Automatisiertes Flechten für den Leichtbau (AuFaWe).............................................................................................. 14
Automatisch reparieren mit dem Laser (AutoLas) ....................................................................................................... 16
Metallischer Leichtbau wird noch leichter (DWT)....................................................................................................... 18
Ultrakurze Laserpulse flexibel übertragen (FASULAM).............................................................................................. 20
Erfolgreich produzieren in dynamischen Auftragsnetzen (JobNet40) ..................................................................... 22
Kaltgasspritzen industrieller Gleitschichten (KaSpriGleit) ........................................................................................ 24
Mikrooptiken nach Maß (LithURep) ............................................................................................................................... 26
Unter Strom: Sanfte Bearbeitung härtester Metalle (SIREKA) ................................................................................. 28
Impressionen vom BMBF-Kongress Produktionsforschung 2016 30
Impressum 33
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Vorwort Der ausgeprägte deutsche Mittelstand ist einer der wichtigsten Konjunktur-, Produktivitäts- und Innovationsmotoren Deutschlands. Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) schaffen 83 Prozent der betrieblichen Ausbildungsplätze und beschäftigen rund 16 Millionen Menschen. Die mehrheitlich familiengeführten Unternehmen können meist besser langfristige Innovationstrategien verfolgen als große Kapitalgesellschaften. Mit ihren häufig auf Nischenmärkte ausgerichteten Produkten agieren sie dadurch global äußerst erfolgreich und stellen zahlreiche Weltmarktführer.
Diese Spitzenposition kann nur durch ständige Anstrengungen in Forschung und Entwicklung gehalten werden. Dadurch können KMU ihre Wettbewerbsfähigkeit stärken und weiteres Wachstum erzielen. Eine effiziente Produktion und innovative Produkte sind hierfür der Schlüssel.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt mit der Förderinitiative KMU-innovativ kleine und mittlere Unternehmen in wichtigen Zukunftsbereichen wie der Produktion. Diese Initiative ist ein wesentlicher Bestandteil unseres Zehn-Punkte-Programms „Vorfahrt für den Mittelstand“, mit dem wir unsere Unterstützung in den kommenden Jahren noch weiter ausbauen werden.
Das BMBF hat den Zugang zur Förderung für KMU deutlich vereinfacht und die Verfahren beschleunigt. So werden die zehnseitigen Projektskizzen innerhalb von zwei Monaten begutachtet, und die Projekte können in der Regel bereits sechs Monate nach dem Einreichungsstichtag starten.
Mit den Projektporträts bieten wir Ihnen einen Überblick über aktuell geförderte KMU-innovativ-Projekte aus der Produktionsforschung. Sie zeigen das breite thematische Spektrum sowie die unterschiedlichen Herangehensweisen, sei es als Eigenforschung oder in der Zusammenarbeit mit Forschungseinrichtungen, auf. Wir möchten damit kleine und mittlere Unternehmen auch dazu motivieren, eigene innovative Ideen möglicherweise im Rahmen eines KMU-innovativ-Projektes zum Durchbruch zu verhelfen.
Prof. Dr. Johanna Wanka Bundesministerin für Bildung und Forschung
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4 KMU-INNOVATIV – INNOVATIONEN FÜR DIE PRODUKTION VON MORGEN
KMU-innovativ – schnell und einfach
Produktion und produktionsnahe Dienstleistungen erzielen mehr als die Hälfte der gesamten Wirtschaftsleistung in Deutschland. Forschung, Entwicklung und Qualifizierung nehmen dabei eine Schlüsselrolle ein. Wird heute in diese Bereiche investiert, führt dies zu neuen Arbeitsplätzen und zu einem sicheren Lebensstandard in der Zukunft. Besondere Bedeutung haben hier kleine und mittlere Unternehmen (KMU). Im Rahmen der Hightech-Strategie 2020 verfolgt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit der Fördermaßnahme KMU-innovativ das Ziel, das Innovationspotenzial kleiner und mittlerer Unternehmen zu stärken. Die Initiative ist breit gefächert und innerhalb der Programmlinie „Forschung für die Produktion von morgen“ themenoffen.
Vorfahrt für Spitzenforschung im Mittelstand Ein wichtiger Innovationsmotor ist die enge Vernetzung zwischen Wissenschaft und Wirtschaft. Deren Zusammenarbeit zu stärken und Abläufe zu straffen ist eines der spezifischen Ziele von KMU-innovativ. Gerade KMU, die in der Regel wenig eigenes Forschungspersonal haben, sind auf den wissenschaftlichen Input von außen angewiesen.
Mit der Fördermaßnahme KMU-innovativ bekommen KMU ein Instrument an die Hand, das durch seine themenoffene Gestaltung und kurze Bearbeitungsdauer die Innovationskraft kleiner und mittlerer Produktionsunternehmen in Deutschland nachhaltig stärkt.
Bisherige Erfolgsbilanz Bei KMU-innovativ in der Programmlinie „Forschung für die Produktion von morgen“ starteten seit August 2007 rund 210 Projekte erfolgreich. Ausschlaggebend für die Förderung waren unter anderem die Kriterien Exzellenz der Idee und Verwertung der Ergebnisse.
Ziele, beispielhafte Ergebnisse und Anwendungspotenziale der Projekte und weiter gehende Informationen sind unter www.produktionsforschung.de/kmu-innovativ zu finden.
Gegenstand der Förderung Gefördert werden risikoreiche industrielle Forschungsvorhaben und vorwettbewerbliche Entwicklungsvorhaben, die technologieübergreifend und anwendungsbezogen sind. Die FuE-Vorhaben müssen dem Bereich der Produktionssysteme und -technologien zuzuordnen und für die Positionierung des Unternehmens am Markt von Bedeutung sein.
Unterstützt werden themenübergreifend Forschungsund Entwicklungsvorhaben, die auf folgende Anwendungsfelder bzw. Branchen ausgerichtet sind: Grundstoffindustrie, Maschinen- und Anlagenbau, Fahrzeugbau, Elektro- und Informationstechnik, Medizin-, Mess-, Steuer- und Regelungstechnik, Optik, Dienstleistung und andere Bereiche der gewerblichen Wirtschaft. Beispielhaft werden folgende Themen beziehungsweise Fragestellungen mit einbezogen: Fertigungstechnologien und Prozessketten Flexibilität der Produktion Innovationsfähigkeit für neue Technologien und
Dienstleistungsfunktionen Kompetenzen und Qualifikationen Virtualisierung der Produktentstehung
Verfahren Im Rahmen von KMU-innovativ gestaltet das BMBF den Zugang zu Fördermöglichkeiten so einfach wie möglich. Die folgenden sechs Schritte führen von Ihrer Idee zur Umsetzung des Forschungsvorhabens: 1. Sie kontaktieren den Lotsendienst KMU-innovativ
bei der Förderberatung „Forschung und Innovation“ des Bundes.
2. Sie reichen die Ideenskizze ihres Projektes zu einem der beiden Stichtage (15. April und 15. Oktober) ein.
3. Ihre Skizze wird innerhalb von zwei Monaten begutachtet.
4. Wenn Ihre Skizze positiv begutachtet wurde, stellen Sie einen Förderantrag.
5. Über Ihren Antrag wird innerhalb von zwei Monaten entschieden.
6. Sie verwirklichen mit KMU-innovativ Ihr Forschungsvorhaben.
Förderkriterien Wichtige Kriterien für eine positive Förderentscheidung sind Exzellenz der Idee, Innovationsgrad, Qualifikation der Partner, Verwertung der Ergebnisse und die Bedeutung des Beitrags zur Lösung aktueller gesellschaftlich relevanter Fragestellungen.
Die Bewertungskriterien im Detail können Sie den Förderrichtlinien zu KMU-innovativ unter www.produktionsforschung.de entnehmen. Eingereichte Projektvorschläge stehen untereinander im Wettbewerb.
Weitere Informationen
Bundesministerium für Bildung und ForschungReferat Produktion und Dienstleistung; Zukunft der ArbeitHerr Dr. Helmut BossyE-Mail: [email protected]
Förderberatung ,,Forschung und Innovation“ des Bundes Lotsendienst für UnternehmenTel.: 0800 2623-009 (kostenfrei)E-Mail: [email protected]
Projektträger Karlsruhe (PTKA)Produktion, Dienstleistung und Arbeit Karlsruher Institut für Technologie (KIT)Herr Dipl.-Ing. Edwin SteinebrunnerPostfach 3640, 76021 KarlsruheTel.: 0721 608-26567E-Mail: [email protected]
KMU-INNOVATIV – SCHNELL UND EINFACH 5
6 KMU-INNOVATIV – INNOVATIONEN FÜR DIE PRODUKTION VON MORGEN
Einzelprojekte produzierender Unternehmen
Automatisch vermehren, smart wachsen, mehr ernten (AuDeCUt)
Für industrielle Anwendungszwecke werden zunehmend Zier- und Nutzpflanzen mit definierten Eigenschaften, wie hoher Ölgehalt oder bestimmte Resistenzen, benötigt. Mehr und mehr werden diese Pflanzen in Laboratorien unter sterilen Bedingungen als Klone über Gewebekultur produziert. Die Vermehrung von Pflanzen in vitro, also im „Reagenzglas“, ist eine der Schlüsselindustrien für den Ausbau der Biotechnologie. Diese setzt auf nachwachsende Rohstoffe als natürliche Ressourcen, um nachhaltige Produkte herstellen zu können. Ein Engpass ist die Versorgung mit „maßgeschneiderten“ Pflanzensetzlingen. Dabei geht es vor allem darum, Setzlinge in kurzer Zeit automatisiert, in sehr großer Stückzahl zu produzieren. Damit können biogene Rohstoffe in Deutschland angebaut, vermehrt und wettbewerbsfähig am Markt zur Verfügung gestellt werden.
Nachhaltige Produktion
Aufgaben und Ziele Ziel des KMU-innovativ-Projekts AuDeCUt ist die Entwicklung und der Aufbau eines anpassungs- und reaktionsfähigen Produktionssystems, das eine maschinelle Bearbeitung von Pflanzenklonen unter sterilen
Bedingungen ermöglicht. Das Projekt der Automatisierung der in vitro Pflanzenproduktion orientiert sich an der „Hayek-Swatch-Idee“, Produkte höchster Qualität („made in Germany“) in maximaler Stückzahl und zeitlicher Flexibilität zum niedrigsten Marktpreis anbieten zu können.
Technologie und Methodik Im Zentrum des Forschungsprojekts stehen die Zerlegung der Arbeitsprozesse bei der Nachzucht von Klonen in der Pflanzenproduktion, die Erforschung der Automatisierung der Prozessschritte, die Entwicklung und Programmierung von Algorithmen und die anschließende Verkettung zur Prozessautomatisierung. Unter Einsatz von Robotik müssen die Pflanzen – also unregelmäßige, dreidimensionale Objekte – erkannt und die Bearbeitungsschritte Entnehmen und Schnei
den sicher und in hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden. Das Ersetzen der bislang ausschließlich manuellen Bearbeitung von Pflanzen durch eine automatisierte Produktion bildet dabei den innovativen Kern. Bei der manuellen Bearbeitung der Pflanzen kann es, bedingt durch den Eintrag von Verunreinigungen (Kontaminationen), zu Ausfällen in der Setzlingsproduktion kommen. Da die Robotik in einer Reinraumanlage konstruiert werden soll, können bei der automatisierten Bearbeitung Kontaminationen größtenteils vermieden werden. Die prototypische
Automatisierung ermöglicht es damit, weitgehend homogene Setzlinge mit definierten Eigenschaften in den gewünschten Stückzahlen zu günstigen Preisen zu produzieren.
7 EINZELPROJEKTE PRODUZIERENDER UNTERNEHMEN
Anwendungen und Ergebnisse Bei erfolgreicher Umsetzung des Projekts kann eine stabile Wettbewerbsfähigkeit deutscher in vitro Pflanzenproduktion sichergestellt werden. Es wird möglich sein, ausgelagerte arbeitsintensive Produktionsschritte an den Standort Bremen zurückzuholen und somit die Produktion von lebenden Produkten in Deutschland für volatile Absatzmärkte zu sichern. Darüber hinaus können verstärkt Pflanzensetzlinge für industrielle Anwender in der Bioökonomie zur Verfügung gestellt werden. Das flexible Produktionssystem kann zukünftig auch in die Lebensmittelindustrie und Pharmazie oder ganz konkret für Schlüsselkunden wie Baumschulen übertragen werden.
Projektpartner und -aufgaben
Bock Bio Science GmbH, Bremen Pflanzenproduzent: Prozessentwicklung und Automatisierung der In-vitro-Pflanzenproduktion, Programmentwicklung und Robotererprobung
Projekt Automatisierte Bearbeitung von in vitro Pflanzen (AuDeCUt)
Koordination Bock Bio Science GmbH Frau Dr. Claudia Brinkmann Butendieker Landstraße 49 A 28357 Bremen Tel.: 0421 27868-0 E-Mail: [email protected]
Projektvolumen 1.151 Tsd. Euro (davon 691 Tsd. Euro BMBF-Förderung)
Laufzeit 01.04.2015 bis 31.03.2017
Projektlink www.produktionsforschung.de/projekt/audecut
Programmlinie Forschung für die Produktion von morgen
BMBF-Referat Produktion und Dienstleistung; Zukunft der Arbeit
Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Ansprechpartner Frau Dipl.-Ing. Martina Göttel Tel.: 0721 608-28561 [email protected]
Optimierte, manuelle Bearbeitung von in vitro Pflanzen
8 KMU-INNOVATIV – INNOVATIONEN FÜR DIE PRODUKTION VON MORGEN
Messung unter Druck (HybridMess)
Ohne Druckluft ist ein industrieller Fertigungsprozess heute kaum noch vorstellbar. Die pneumatische Energie zählt jedoch zugleich zu den teuersten Energieformen und ist in produzierenden Unternehmen für einen erheblichen Teil der betrieblichen Energiekosten verantwortlich. Allein die mehr als 62.000 in Deutschland installierten Druckluftanlagen verbrauchen jährlich ca. 14 Mrd. kWh Strom. Bestehende Einsparpotenziale – die sich vor allem durch die Beseitigung von Leckagen ergeben – können bislang kaum erschlossen werden, da es an geeigneten Messsystemen mangelt. Zwar sind die Sensoren und Auswerteeinheiten, die für die Volumenstrommessung der Druckluft eingesetzt werden, kontinuierlich verbessert worden und inzwischen von guter Qualität. Das eigentliche Problem kann aber mit den gegenwärtigen Messsystemen nicht gelöst werden, da diese entweder kalorimetrisch oder per Differenzdruck messen und damit jeweils nur Teilbereiche zuverlässig erfassen.
Aufbau der Messapparatur
Aufgaben und Ziele Im KMU-innovativ-Projekt HybridMess wird eine Messapparatur entwickelt, die es ermöglichen soll, die Input-/Output-Größen in der Erzeugung und Verwendung von Druckluft äußerst genau zu messen und miteinander zu vergleichen. Auf dieser Basis kann eine kontinuierliche Effizienzüberwachung von Druckluftsystemen erfolgen, und Leckagen im System können unmittelbar aufgedeckt werden.
Technologie und Methodik Kern der Entwicklung ist die Kombination des Differenzdruck- und des kalorimetrischen Messverfahrens in einer Messapparatur: Eine um 90° drehbare kugelförmige Venturimessdüse, die zugleich den thermischen Sensor zur kalorimetrischen Messung beherbergt, ermöglicht eine hybride, sehr genaue Volumenstrommessung auf kleinstem Raum. Der mechanische und elektronische Messaufbau wird zudem so ausgeführt, dass dieser manipulationssicher und
9 EINZELPROJEKTE PRODUZIERENDER UNTERNEHMEN
eichfähig ist. Relevante Standards werden berücksichtigt, und namhafte Anlagenhersteller, Endanwender und Energiedienstleister sowie Prüfzentren und Energieagenturen wirken im Projekt assoziiert mit.
Anwendungen und Ergebnisse Mit der Lösung wird es erstmalig möglich, die tatsächlich hergestellte und verbrauchte Druckluft zuverlässig, genau und kontinuierlich zu messen und somit Transparenz herzustellen. Dies ist die Grundlage für Effizienzsteigerungen und Verbrauchsbewusstsein. Der Einsatz des Messsystems wird zu einer signifikanten Senkung von Energieverbrauch und -kosten in praktisch allen Druckluft verwendenden Industriezweigen führen und damit zur Entlastung der Umwelt beitragen.
Projektpartner und -aufgaben
Postberg + Co. GmbH, Kassel Messtechnikunternehmen: Messtechnikentwicklung, Eichfähigkeit, Kombination verschiedener Messverfahren und Bau einer prototypischen Lösung
Projekt Entwicklung eines manipulationssicheren hybriden Messsystems zur Erschließung von Effizienzpotenzialen in Druckluftsystemen in Echtzeit (HybridMess)
Koordination Postberg + Co. GmbH Herr Dipl.-Ing. Peter Otto Emilienstraße 37 34121 Kassel Tel.: 0561 506-30975 E-Mail: [email protected]
Projektvolumen 650 Tsd. Euro (davon 390 Tsd. Euro BMBF-Förderung)
Laufzeit 01.04.2015 bis 31.03.2017
Projektlink www.produktionsforschung.de/projekt/ hybridmess
Programmlinie Forschung für die Produktion von morgen
BMBF-Referat Produktion und Dienstleistung; Zukunft der Arbeit
Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Ansprechpartner Herr Dr. Michael Große Tel.: 0721 608-25192 [email protected]
Kalibrierteam im Einsatz
10 KMU-INNOVATIV – INNOVATIONEN FÜR DIE PRODUKTION VON MORGEN
Nahtlos in die Nanowelt (SeleNA)
Mikro- und nanostrukturierte Oberflächen haben breite Anwendungsfelder in Bereichen der Beleuchtungs-, Bildschirm- und Solarindustrie, wie z. B. die Entspiegelung von Displays oder Lichteinfangstrukturen für Solarzellen. Das Wirkprinzip beruht auf der Oberflächenstrukturierung in einer Größenordnung bis hin zu wenigen Hundert Nanometern. Nanostrukturierte
Oberflächen bewirken Veränderungen optischer, elektrischer, biologischer oder fluidmechanischer Eigenschaften. Für den Einsatz dieser Technologie ist die industrielle Vervielfältigung mittels Prägewalzen von großer Bedeutung. Hiermit können Mikro- und Nanostrukturen in großflächigem Maßstab auf technische Folien übertragen werden. Bisher werden die Prägewalzen durch Aufspannen eines ebenen Prägewerkzeuges auf eine Trägerwalze hergestellt. Dadurch ergibt sich aber eine störende Nahtstelle, die im anschließenden Produktionsprozess bei jeder Umdrehung mit abgeformt wird. Durch diese Unterbrechung der Mikro-/ Nanostruktur auf der Prägewalze sind diese Nanofolien bisher nur als Bogenware verfügbar.
Machbarkeitsstudie: Nanostrukturierung auf zylindrischer Oberfläche
Aufgaben und Ziele In dem KMU-innovativ-Projekt SeleNA wird eine Fertigungstechnik für nahtlose mikro- und nanostrukturierte Prägewalzen entwickelt und aufgebaut. Durch dieses Produktionsverfahren wird die industrielle Herstellung von nahtlosen Prägewalzen ermöglicht.
Technologie und Methodik Die Herstellung der neuartigen Oberflächenstrukturen auf der zylindrischen Oberfläche geschieht mittels Laserinterferenzlithografie: Die Mikro- oder Nanostrukturen werden mit Laserstrahlung in eine Fotolackschicht geschrieben, also in einen Lack, der sich ähnlich wie Fotopapier unter Lichteinwirkung chemisch verändert. Während diese Technik für ebene Flächen etabliert ist, wird für zylindrische Oberflächen eine neuartige, dynamische Belichtungstechnologie entwickelt, die es erlaubt, Mikro- und Nanostrukturen nahtlos auf dem kompletten Rundlauf des Zylinders zu erzeugen. In einem zweiten Schritt wird die Übertragung der Fotolackstruktur in Metall mittels eines neu
11 EINZELPROJEKTE PRODUZIERENDER UNTERNEHMEN
zu erarbeitenden Oberflächenbeschichtungsverfahrens der Rund-Galvanisierung erfolgen. Die Herstellung von nahtlos nanostrukturierten Prägehülsen wird im Projekt abschließend prototypisch erprobt.
Anwendungen und Ergebnisse In Zusammenarbeit mit Folienherstellern wird die Technologie rasch zum Einsatz kommen und so eine preiswerte Massenproduktion von nahtlos nanostrukturierter Folie realisiert. Diese dient als Grundstoff für Weiterentwicklungen von Produkten wie Displays, Beleuchtungselementen und Solarpanels. Darüber hinaus kann diese neuartige Technologie einen Beitrag zur Weiterentwicklung von transparenten und leitenden Oberflächen leisten.
Projektpartner und -aufgaben
temicon GmbH, Freiburg Mikropräzisionswerkzeughersteller: Entwicklung und Herstellung nahtloser mikrostrukturierter Prägewalzen für Endlosfolien
Projekt Nahtlose Prägewalzen zur Herstellung nanostrukturierter Endlosfolien (SeleNA)
Koordination temicon GmbH Herr Dr. Jörg Mick Wiesentalstraße 29 79115 Freiburg Tel.: 0761 4799-552 E-Mail: [email protected]
Projektvolumen 750 Tsd. Euro (davon 450 Tsd. Euro BMBF-Förderung)
Laufzeit 01.04.2015 bis 31.03.2017
Projektlink www.produktionsforschung.de/projekt/selena
Programmlinie Forschung für die Produktion von morgen
BMBF-Referat Produktion und Dienstleistung; Zukunft der Arbeit
Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Ansprechpartner Frau Dipl.-Ing. Martina Göttel Tel.: 0721 608-28561 [email protected]
Großformatige Mikro- und Nanostruktur im Fotolack
12 KMU-INNOVATIV – INNOVATIONEN FÜR DIE PRODUKTION VON MORGEN
Kooperationen zweier produzierender Unternehmen
Der Roboter blickt durch (RoboTom)
Der moderne Automobil- und Karosseriebau zeichnet sich u. a. durch eine Kombination aus einer Vielzahl verwendeter Materialien und verschiedensten Verbindungstechniken aus. Neben den klassischen Verbindungstechniken, wie Schweißen und Nieten, sind das vor allem moderne Formen des Klebens, Heftens und Lötens. Eine Rohkarosse aktueller Bauart weist 5.000 bis 6.000 Verbindungsstellen auf, die zumindest prozessbegleitend vollständig geprüft und bewertet werden müssen. Zurzeit werden überwiegend zerstörende Verfahren zur Prüfung verwendet, was neben dem erhöhten Arbeitsaufwand und dem Wertverlust einer vollständig gefertigten Karosse vor allem auch den Nachteil birgt, dass sich durch die Probenpräparation wesentliche Eigenschaften des Prüflings ändern. Die Computertomographie (CT) ist eine aus der medizinischen Bildgebung bekannte, zerstörungsfreie Prüfmethode, die sich teilweise bereits im industriellen Umfeld für kleine Bauteile etabliert hat.
CT-System zur Prüfung von Karosserie-Baugruppen
Aufgaben und Ziele Im KMU-innovativ-Projekt RoboTom wird ein CT-System entwickelt, welches in Kombination mit der Flexibilität eines Robotersystems die vollständige, zerstörungsfreie Erfassung der Verbindungstechnik einer Rohkarosse ermöglicht. Das neuartige Verfahren soll kurze Messzeit, höchste Qualität und Reproduzierbarkeit gewährleisten.
Technologie und Methodik Das KMU-innovativ-Projekt zielt darauf ab, hochauflösende Computertomographie und industrielle Robotik hochflexibel und nahtlos zu verbinden. Dabei kommt das CT-System nicht wie bislang stationär zum Einsatz, sondern soll mit einem Robotersystem kombiniert zur Prüfung komplexer Rohkarossen betrieben werden. Der Forschungsfokus liegt dabei auf der Entwicklung abgestimmter und geeigneter Prüfstrategien hinsichtlich Anzahl, Art und Größe der notwendigen Roboter zum Erreichen aller Prüfpositionen. Darüber hinaus
13 KOOPERATIONEN ZWEIER PRODUZIERENDER UNTERNEHMEN
werden verfügbare Röntgenkomponenten, wie z. B. Röntgenröhren und Detektoren, in verschiedener Kombination auf Eignung untersucht und in ein Demonstratorsystem integriert und erprobt.
Anwendungen und Ergebnisse Die Entwicklung von RoboTom bedeutet einen deutlichen Fortschritt in der automatisierten Überwachung von Produktionsprozessen im Automobilbau. Konstruktive Anpassungen an andere Produktionsprozesse, wie beispielsweise in der Fahrzeugbau-, Luft- und Raumfahrtindustrie, sind möglich. So sind die technischen Erfolgsaussichten aufgrund der bisherigen Rückmeldungen aus der Industrie als sehr gut zu beurteilen.
Projektpartner und -aufgaben
RayScan Technologies GmbH, Meersburg Anlagenhersteller: Entwicklung und Erprobung eines Computertomographiesystems
Fraunhofer Institut für integrierte Schaltungen, ISS-EZRT, Fürth Forschungseinrichtung: Algorithmenentwicklung für die Bildrekonstruktion
Projekt Robotergestützte Computertomographie zur schnellen lokalen Tomographie großer Baugruppen (RoboTom)
Koordination RayScan Technologies GmbH Herr Dr.-Ing. Michael Krumm Klingleweg 8 88709 Meersburg Tel.: 07532 4320-61 E-Mail: [email protected]
Projektvolumen 959 Tsd. Euro (davon 562 Tsd. Euro BMBF-Förderung)
Laufzeit 01.05.2015 bis 30.04.2017
Projektlink www.produktionsforschung.de/projekt/robotom
Programmlinie Forschung für die Produktion von morgen
BMBF-Referat Produktion und Dienstleistung; Zukunft der Arbeit
Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Ansprechpartner Herr Dipl.-Ing. Andreas Gässler Tel.: 0721 608-24240 [email protected]
Messanordnung zur lokalen Röntgenprüfung der Verbindungstechnik einer Rohkarosserie
14 KMU-INNOVATIV – INNOVATIONEN FÜR DIE PRODUKTION VON MORGEN
Kooperationen mehrerer produzierender Unternehmen
Automatisiertes Flechten für den Leichtbau (AuFaWe)
Die Flechttechnologie findet immer stärker Anwendung in der Herstellung von Halbzeugen für Faserverbundwerkstoffe (FVK). Ein entscheidender Faktor der Produktivität von Flechtmaschinen ergibt sich aus den relativ langen Stillstandszeiten beim Wechsel der leergelaufenen Spulen der Flechtmaschinen. Durch das hohe Automatisierungspotenzial des Prozesses können z. B. endkonturnahe Verstärkungstextilien für Faserverbundapplikationen im internationalen Wettbewerb konkurrenzfähig hergestellt werden. FVK-Bauteile wie Crashelemente und A-Säulen in der Karosserie oder auch Antriebswellen für den Automobilbau können so automatisiert produziert werden.
Automatisierung in der Produktion von Faserverbundwerkstoffen
Aufgaben und Ziele Im KMU-innovativ-Projekt AuFaWe wird daher ein automatisierter Wechsel der Spulen entwickelt und validiert. Ansatz ist die Zusammenstellung bestehender Technologien aus der Automatisierungs- und Textiltechnik zur Umsetzung im automatisierten Spulenwechsel. Adressiert werden das Handling der Spulen im Rahmen der gegebenen Maschinenkinematik sowie das Schneiden, Fügen und Handling der biegeschlaffen Flechtfasern.
15 KOOPERATIONEN MEHRERER PRODUZIERENDER UNTERNEHMEN
Technologie und Methodik Um sowohl für neuartige als auch für schon bestehende Flechtmaschinen einsetzbar zu sein, wird die Wechseleinheit modular in das Anlagenkonzept integriert. Die Einzeltechnologien werden erarbeitet, kombiniert und müssen in die komplexe Mechanik integriert werden. Ein zentraler Forschungsaspekt ist die Sicherstellung der zuverlässigen Funktionsweise der automatisierten Lösung. Durch die modulare Ausführung werden ein breites Einsatzspektrum und der Marktzugang für alle Anwendungsfelder und Maschinenkonzepte des Flechtens gewährleistet. Die technische Herausforderung ist dabei der extrem geringe Bauraum in der Flechtmaschine und die komplexe Maschinendynamik, auf die das Wechselsystem abzustimmen ist. Zur technischen und wirtschaftlichen Gesamtvalidierung wird die Anlage prototypisch entwickelt und erprobt.
Anwendungen und Ergebnisse Das KMU-innovativ-Projekt AuFaWe trägt dazu bei, die wirtschaftliche Konkurrenzfähigkeit des Flechtverfahrens als Produktionsverfahren für eine breite Zahl von technisch relevanten Anwendungsfeldern in Deutschland zu sichern. Im Ergebnis soll die Produktivität durch Spulenwechsel um 50 v. H. erhöht werden. Die Partner kombinieren dafür auf einzigartige Weise Kompetenzen im Bereich der Automatisierung, Konstruktion und des Spezialgerätebaus, der Anwendung des Prozesses und dem Know-how in der textilen Produktionskette sowie dem Zugang zu Netzwerken und Märkten im Bereich Automobil, Leichtbau, Textil und Medizin.
Projektpartner und -aufgaben
Maschinenbau u. Konstruktion GmbH Elmshorn, Kiebitzreihe Maschinenbau: Roboter- und Handling-Systeme, Fertigungsautomation, Ultraschallschneiden, Sondermaschinenbau
Barthels-Feldhoff GmbH & Co. KG, Wuppertal Textilherstellung: Entwicklung und Produktion technischer Textilien und Halbzeugen
RWTH Aachen, Institut für Textiltechnik (ITA), Aachen Forschungseinrichtung: Produktionsforschung, Verfahrensentwicklung und Validierung
Projekt Automatischer Fadenspeicherwechsel zur Steigerung der Produktivität von Flechtmaschinen (AuFaWe)
Koordination Maschinenbau u. Konstruktion GmbH Elmshorn Herr Heiko Schlüter Sandkamp 10 25368 Kiebitzreihe Tel.: 04121 4568-24 E-Mail: [email protected]
Projektvolumen 950 Tsd. Euro (davon 570 Tsd. Euro BMBF-Förderung)
Laufzeit 01.04.2015 bis 31.03.2017
Projektlink www.produktionsforschung.de/projekt/aufawe
Programmlinie Forschung für die Produktion von morgen
BMBF-Referat Produktion und Dienstleistung; Zukunft der Arbeit
Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Ansprechpartner Frau Dipl.-Ing. Ulrike Kirsten Tel.: 0351 463-31411 [email protected]
16 KMU-INNOVATIV – INNOVATIONEN FÜR DIE PRODUKTION VON MORGEN
Automatisch reparieren mit dem Laser (AutoLas)
Industriell eingesetzte Formwerkzeuge verschleißen bei ihrer Nutzung an Kanten und Funktionsflächen und verlieren damit ihre Funktionsfähigkeit. Mit dem Laser-Auftragschweißen steht ein Reparaturverfahren zur Verfügung, solche Werkzeuge und andere Bauteile mit komplex strukturierten Kanten zu reparieren. Die Komplexität der Geometrie macht es aber häufig unmöglich, die Anlagen dafür manuell zu programmieren. Alternativ können die Programme durch manuelles Anfahren und Abspeichern der Positionen, das sogenannte „Teachen“, erstellt werden, allerdings ist dieses Vorgehen sehr personal-, zeit- und somit kostenintensiv. Für diesen Anwendungsfall des Laserauftragschweißens stehen derzeit keine geeigneten softwareunterstützten Werkzeuge zur Verfügung.
Aufgaben und Ziele Das Forschungsvorhaben AutoLas entwickelt eine vollständige und wirtschaftliche Prozesskette zur Wiederherstellung von komplex strukturierten Kanten durch Laser-Auftragsschweißen mit einem hohen Automatisierungsgrad speziell für die Anforderungen von kleinen und mittelständischen Unternehmen des Werkzeugbaus.
Entgasungsstopfen mit Freiflächen
Technologie und Methodik In der neuen Prozesskette werden verschlissene Werkzeuge zunächst optisch erfasst. Danach werden die erfassten Geometriedaten genutzt, um in einem neu zu entwickelnden Softwaremodul in einem CAD-System die Werkzeugbahnen ohne den Zwischenschritt einer Flächenmodellierung direkt zu berechnen. Um einen hohen Automatisierungsgrad zu erreichen, werden als weitere Funktionalitäten die automatische Erkennung und Filterung der Scandaten zur Bestimmung des Schweißbereiches, die automatische Ausrichtung des Bauteils und die Berücksichtigung weiterer prozessbedingter Grenzen in die neue Lösung integriert. Weitere Aspekte sind der automatisierte Abgleich der Scandaten mit der gewünschten Sollgeometrie („best fit Function“) sowie die automatische Umschaltung auf alternative Bearbeitungsstrategien für den Fall, dass zulässige physikalische Beschleunigungswerte überschritten werden.
Anwendungen und Ergebnisse Die zu erwartenden Forschungsergebnisse sollen in vorhandene technische Systemlösungen integriert werden. Die neue Prozesskette wird durch eine vorhandene Software zur Planung der Messtechnik der
Flächenmodellierung und eine angepasste Pulver-Düsentechnologie ergänzt und praktisch erprobt. Durch die neu entwickelte Prozesskette wird der Aufwand für die Reparatur von Formwerkzeugen erheblich gesenkt und unterstützt damit sowohl Werkzeughersteller als auch Anwender erheblich.
17 KOOPERATIONEN MEHRERER PRODUZIERENDER UNTERNEHMEN
Projektpartner und -aufgaben
LBBZ – Laser Bearbeitungs- und Beratungszentrum NRW GmbH, Geilenkirchen Anwender: Erprobung der entwickelten Technologien
LUNOVU Integrated Laser Solutions GmbH, Aachen Systemintegration der optischen Messtechnik und Verbesserung der optischen Geometrieerfassung
IXUN Lasertechnik GmbH, Aachen Anwender: Erprobung der entwickelten Technologien an einer Roboteranlage
Mabotic Robotics & Automation, Leverkusen Ingenieurdienstleister: Zerspanungsstrategieplanung und Sensorintegration
Fraunhofer Institut für Lasertechnik, ILT, Aachen Forschungseinrichtung: Weiterentwicklung der CAx Technologie und des Laser-Auftragsschweißverfahrens
Projekt Automatisierte Prozesskette für das Laser-Auftragsschweißen bei klein- und mittelständischen Unternehmen (AutoLas)
Koordination LBBZ – Laser Bearbeitungs- und Beratungszentrum NRW GmbH Herr Dipl.-Ing. Phys. Ulrich Petschke Gutenbergstraße 29 52511 Geilenkirchen Tel.: 02451 91117-20 E-Mail: [email protected]
Projektvolumen 1.006 Tsd. Euro (davon 586 Tsd. Euro BMBF-Förderung)
Laufzeit 01.09.2015 bis 31.08.2017
Projektlink www.produktionsforschung.de/projekt/autolas
Programmlinie Forschung für die Produktion von morgen
BMBF-Referat Produktion und Dienstleistung; Zukunft der Arbeit
Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Ansprechpartner Herr Dr.-Ing. Michael Große Tel.: 0721 608-25192 [email protected]
Laserauftragsschweißen zur Oberflächenveredelung
18 KMU-INNOVATIV – INNOVATIONEN FÜR DIE PRODUKTION VON MORGEN
Metallischer Leichtbau wird noch leichter (DWT)
Leichtmetallguss-Erzeugnisse werden in Deutschland bislang überwiegend aus Aluminiumwerkstoffen gefertigt. Magnesium ist im Vergleich zu Aluminium ein Drittel leichter und nicht von einer Rohstoffverknappung betroffen. Damit der Werkstoff Magnesium für Druckgießprozesse in die industrielle Anwendung kommt, gilt es, die dazu erforderlichen Fertigungsprozesse, wie hohe thermische Belastungen, geforderte Bauteilqualitäten sowie Reaktionsgeschwindigkeiten im Millisekundenbereich, zu beherrschen.
Anlage zum Druckgießen von Bauteilen
Aufgaben und Ziele Ziel des KMU-innovativ-Projekts DWT ist es, beim Druckgießen von Magnesium das Abkühlverhalten in
der Werkstoffform so zu regeln, dass geometrisch komplexe und hochbeanspruchbare Magnesiumbauteile produziert werden können. Dabei sollen die während der Abkühlung im gegossenen Bauteil ausbildenden Werkstoffeigenschaften gezielt beeinflusst werden.
Technologie und Methodik Im Projekt wird zur optimalen Temperaturführung der Werkzeugform die Kontur in Form eines innovativen Schalenaufbaus gewählt. Ein derartiger Aufbau der Werkzeugform soll einen geregelten Abkühlprozess durch die optimale Anordnung konturnaher Kühlkanäle ermöglichen. Ein Lösungsansatz ist es beispielsweise, die bisher nur geradlinig herstellbaren und damit nicht
19 KOOPERATIONEN MEHRERER PRODUZIERENDER UNTERNEHMEN
konturfolgenden einzelnen Kühlbohrungen durch ein Netz konturnaher Kühlkanäle mit dem Ziel der Prozessverkürzung zu ersetzen. Die Herstellung der Werkstoffform erfolgt durch einzelne Schalenelemente, die durch das sogenannte Metall-Pulver-Auftragsverfahren erzeugt werden. Zur Gewährleistung der Zuverlässigkeit des Druckgießprozesses und der Arbeitssicherheit wird zusätzlich ein System zur frühzeitigen Erkennung von Rissbildungen im Werkzeug erarbeitet.
Anwendungen und Ergebnisse Die erzielten Ergebnisse erlauben die Serienfertigung geometrisch anspruchsvoller Magnesiumgussteile und tragen zur Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit für die Magnesiumdruckgussindustrie bei. Durch die sichere Prozessbeherrschung wird sowohl die Qualität der Gussteile als auch die Energieeffizienz des Prozesses erhöht. Die Ergebnisse des KMU-innovativ-Projekts werden am Beispiel eines Elektronikgehäuses in der automobilen Anwendung validiert und können für vielfältige Leichtbaulösungen im Fahrzeugbau und der Luftfahrtindustrie Anwendung finden.
Projektpartner und -aufgaben
KDS Radeberger Präzisions-, Formen- und Werkzeugbau GmbH, Großröhrsdorf Werkzeugbauer: Effiziente Realisierung eines neuartigen Werkzeugaufbaus
ONI Temperiertechnik Rhytemper GmbH, Großröhrsdorf Steuerungstechnikunternehmen: Entwicklung einer impulsgesteuerten Druckgusswerkzeug-Temperierung
MAGNETECH GmbH, Neukirch/Lausitz Magnesiumdruckgusshersteller: Erprobung eines prototypischen Druckgusswerkzeugs
Zentrum für angewandte Forschung und Technologie e.V., Dresden Forschungseinrichtung: Konstruktiv und thermisch optimiertes Design für ein Druckgusswerkzeug
Projekt Optimiertes Druckgießen mittels neuartiger Werkzeugtechnik (DWT)
Koordination KDS Radeberger Präzisions-, Formen- und Werkzeugbau GmbH Herr Dipl.-Ing. Thomas Schubert Richard-Thieme-Straße 6 01900 Großröhrsdorf Tel.: 0359 5233-233 E-Mail: [email protected]
Projektvolumen 992 Tsd. Euro (davon 550 Tsd. Euro BMBF-Förderung)
Laufzeit 01.05.2015 bis 30.04.2017
Projektlink www.produktionsforschung.de/projekt/dwt
Programmlinie Forschung für die Produktion von morgen
BMBF-Referat Produktion und Dienstleistung; Zukunft der Arbeit
Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Ansprechpartner Herr Dipl.-Ing. (FH) Rene Stich Tel.: 0351 463 31427 [email protected]
20 KMU-INNOVATIV – INNOVATIONEN FÜR DIE PRODUKTION VON MORGEN
Ultrakurze Laserpulse flexibel übertragen (FASULAM)
Sogenannte Ultrakurzpuls-Laser (UKP-Laser) erlauben durch die extrem kurze Wechselwirkung zwischen Laserpuls und Werkstück die Bearbeitung praktisch jedes Materials ohne thermische Beeinflussung (sogenannte kalte Bearbeitung). Damit sind mikrometergenaue Ergebnisse beim Schneiden und Strukturieren von Oberflächen oder Markieren möglich, die mit anderen Technologien unerreichbar sind. Eine wesentliche Rolle bei der Etablierung dieser Technologie in industriellen Anwendungen spielt die Übertragung der Laserpulse zum Werkstück. Dazu werden Lichtleitkabel benötigt, die eine sichere und flexible Übertragung und Vertei-
lung des Laserstrahls auf verschiedene Bearbeitungsstationen, z. B. Industrieroboter oder Bearbeitungsmaschinen, erlauben. Die um Größenordnungen höheren Pulsleistungsdichten der Ultrakurzpuls-Laser würden die heute üblicherweise für klassische Laser verwendeten Quarzfasern sofort zerstören. Alternativ bieten sich mikrostrukturierte Hohlkernfasern, sogenannte „photonische Kristallfasern“, an. In diesen wird das Laserlicht zu mehr als 99 v. H. in Luft geführt, sodass sich auch Pulse hoher Energie sicher übertragen lassen.
Designstudie UKP Lichtleitkabelstecker
Aufgaben und Ziele Ziel des KMU-innovativ-Projekts FASULAM ist es, für den Transport von Ultrakurzpuls-Laserstrahlung ein industrietaugliches Lichtleitkabel auf Basis von mikrostrukturierten Fasern einschließlich der notwendigen adaptiven Optik für die Einkopplung des Laserstrahls in das Kabel zu entwickeln und für dieses einen robusten Produktionsprozess zu gestalten.
Technologie und Methodik Erstmalig wird eine Hohlkernfaser entwickelt, die besonders auf eine robuste Fertigung hin optimiert ist
und in Kombination mit einer neuartigen Anlagentechnik zur Preform- und Faserherstellung die wirtschaftliche Produktion qualitativ hochwertiger Hohlkernfasern ermöglichen wird. Dazu werden verschiedene Faserstrukturen untersucht und im Hinblick auf optische Leistung und Herstellbarkeit bewertet. Parallel dazu wird eine innovative Halte- und Bearbeitungstechnologie für die wenige 100 µm dicken Fasern entwickelt, um diese prototypisch in ein industrietaugliches Lichtleitkabel integrieren zu können. Dadurch wird die Mikrostruktur der Faser in kontrollierter Atmosphäre geschützt und kann mit einer adaptiven Optik zur Einkopplung des Laserstrahls für den robusten Einsatz optimiert werden.
Anwendungen und Ergebnisse Durch die mikrostrukturierten Fasern kann die Laserstrahlung zukünftig sicher und flexibel dorthin gebracht werden, wo sie gebraucht wird. Damit wird der Laser als Bearbeitungswerkzeug wesentlich flexibler einsetzbar und kann bisherige Verfahrensgrenzen überwinden. Das eröffnet neue Anwendungsgebiete von Laserbearbeitungsverfahren in praktisch allen Branchen der Industrie, allen voran in der Halbleiterindustrie, der Medizintechnik, der Fotovoltaik und im Präzisionswerkzeugbau.
21 KOOPERATIONEN MEHRERER PRODUZIERENDER UNTERNEHMEN
Projektpartner und -aufgaben
PT Photonic Tools GmbH, Berlin Hersteller optischer Komponenten: Entwicklung von Technologien, Bearbeitungsprozessen und Fertigungsmitteln zur Herstellung eines Strahlführungssystems inklusive Stecker, Kabel
F & T Fibers and Technology GmbH, Berlin Sonderfaserhersteller: Prozess- und Anlagenentwicklung für die Herstellung von mikrostrukturierten Fasern
Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie im Forschungsverbund Berlin e.V., Berlin Forschungseinrichtung: Fertigungsoptimiertes Faserdesign und Modellierung der optischen Eigenschaften
Projekt Faserbasierte Strahlführung für Ultrakurz puls-Laser in der Materialbearbeitung (FASULAM)
Koordination PT Photonic Tools GmbH Herr Dr. Max Funck Johann-Hittorf-Straße 8 12489 Berlin Tel.: 030 6392-7800 E-Mail: [email protected]
Projektvolumen 1.211 Tsd. Euro (davon 700 Tsd. Euro BMBF-Förderung)
Laufzeit 01.04.2015 bis 31.03.2017
Projektlink www.produktionsforschung.de/projekt/fasulam
Programmlinie Forschung für die Produktion von morgen
BMBF-Referat Produktion und Dienstleistung; Zukunft der Arbeit
Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Ansprechpartner Herr Dr.-Ing. Michael Große Tel.: 0721 608-25192 [email protected]
Justierung des UKP-Laserstrahls in die Lichtleitfaser
22 KMU-INNOVATIV – INNOVATIONEN FÜR DIE PRODUKTION VON MORGEN
Erfolgreich produzieren in dynamischen Auftragsnetzen (JobNet40)
Insbesondere in der Luftfahrtbranche sind kleine und mittlere Unternehmen mit hohen Anforderungen an ihre Produktionsplanung und -steuerung (PPS) konfrontiert. Dies liegt vornehmlich daran, dass sowohl bei den Flugzeugherstellern als auch bei den Zulieferern viele Aufträge an andere Unternehmen weitervergeben werden. Dies sind häufig sogenannte Lohnfertiger, die selbst für kleinere Aufträge Ange-
bote abgeben müssen und dadurch eine noch höhere Flexibilität benötigen, um die Bedarfsschwankungen der Kunden auszugleichen. Daher muss die PPS flexibel auf neue Auftragslagen reagieren können. Jedoch sind in kleinen und mittelgroßen Unternehmen heutzutage vorwiegend zentral orientierte PPS-Systeme im Einsatz. Die Feinplanung erfolgt durch Prioritätsregeln und einfache Berechnungsmethoden. Danach erfolgen Eingriffe in die Arbeitsabläufe nur noch manuell durch Produktionsplaner, die zentral am Leitstand auf Basis der Betriebs- und Maschinendatenerfassung ggf. abweichende Steuerungsentscheidungen treffen. Eine flexible Reaktion auf Auftragsschwankungen ist somit systemseitig nur sehr begrenzt möglich.
Entscheidungstool für eine optimierte Produktionsplanung und -steuerung
Aufgaben und Ziele Ziel des KMU-innovativ-Projekts JobNet40 ist die Entwicklung und Erprobung eines Entscheidungstools für die situationsgerechte Auswahl von Planungs- und Steuerungsverfahren für kleine und mittlere Lohnfertiger. Die Grundidee besteht in der kontinuierlichen Anpassung der zugrunde gelegten Entscheidungsregeln zur Produktionsplanung, abhängig von der jeweiligen
Auftragssituation. Dadurch können zukünftig neue Potenziale in der PPS, z. B. kürzere Durchlaufzeiten oder eine höhere Liefertermintreue, erschlossen werden.
Technologie und Methodik Zur Erreichung der Zielstellung werden auf Basis der vorliegenden Auftragsszenarios verschiedene PPS-Verfahren anhand eines Anforderungskatalogs qualitativ bewertet, um potenziell geeignete Verfahren auszuwählen. Diese werden dann simulativ an realen Produktionsprozessen sowie den unternehmensspezifischen Anforderungen, wie z. B. logistischer Zielerreichung, überprüft und detailliert bewertet. Anschließend wird mithilfe der durch Simulation gewonnenen
Erkenntnisse das Entscheidungstool konzeptioniert und entwickelt. Zur Evaluierung wird das Entscheidungstool während des laufenden Betriebs parallel zum bestehenden System erprobt.
Anwendungen und Ergebnisse Ergebnis des Projekts ist ein softwareunterstütztes Instrument zur situationsgerechten Auswahl von Planungs- und Steuerungsverfahren. Mit dem Entscheidungstool können Unternehmen, insbesondere Lohnfertiger, dynamisch und flexibel geeignete PPS-Verfahren in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Auftragssituation auswählen. Das Entscheidungstool wird dabei modular gestaltet, sodass durch die Erwei
23 KOOPERATIONEN MEHRERER PRODUZIERENDER UNTERNEHMEN
terung einzelner Module auch eine Branchenübertragbarkeit, wie z. B. auf Lohnfertiger im Maschinen-und Anlagenbau sowie im Automobilbau, möglich ist.
Projektpartner und -aufgaben
BIBA – Bremer Institut für Produktion und Logistik GmbH, Bremen Forschungseinrichtung: Innovative PPS-Methoden, Entwicklung des simulationsbasierten Entscheidungstools
Quast Praezisionstechnik GmbH, Hamburg Komponenten- und Anlagenbauer: Bewertung adaptiver PPS-Verfahren aus Sicht eines mittelgroßen Unternehmens
FMM Finkenwerder Metall- und Maschinenbau OHG, Hamburg Metall- und Maschinenbauer: Bewertung adaptiver PPS-Verfahren aus Sicht eines KMU
Projekt Entscheidungstool zur adaptiven Gestaltung von PPS-Methoden für Lohnfertiger in dynamischen Auftragsnetzen der Luftfahrtbranche (JobNet40)
Koordination BIBA – Bremer Institut für Produktion und Logistik GmbH Herr Dennis Lappe Hochschulring 20 28359 Bremen Tel.: 0421 218-50121 E-Mail: [email protected]
Projektvolumen 768 Tsd. Euro (davon 447 Tsd. Euro BMBF-Förderung)
Laufzeit 01.06.2015 bis 31.05.2017
Projektlink www.produktionsforschung.de/projekt/jobnet40
Programmlinie Forschung für die Produktion von morgen
BMBF-Referat Produktion und Dienstleistung; Zukunft der Arbeit
Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Ansprechpartner Frau Dipl.-Des. Christiane Peters Tel.: 0721 608-25277 [email protected]
Einsatz des Entscheidungstools in realen Produktionsprozessen
24 KMU-INNOVATIV – INNOVATIONEN FÜR DIE PRODUKTION VON MORGEN
Kaltgasspritzen industrieller Gleitschichten (KaSpriGleit)
Weniger Reibung in Produktionsanlagen, Motoren, Getrieben usw. steigert den Wirkungsgrad und damit die Wirtschaftlichkeit dieser Systeme. Der daraus resultierende reduzierte Energieeinsatz verbessert die Gesamtenergiebilanz und verringert den Schadstoffausstoß erheblich. Ein vielversprechender Lösungsansatz ist die Verbesserung der Gleiteigenschaft durch optimierte Produktionslösungen für die direkte Beschichtung von tribologisch hochbeanspruchten Bauteilgleitflächen, wobei auf separate Gleitlagereinsätze (Buchsen und Lagerschalen) verzichtet werden kann. Eine zusätzliche Motivation für diese Entwicklung ist die EU-Richtlinie 2011/65/EU-RoHS II, nach der die bisher eingesetzten bleihaltigen Gleitschichten durch bleifreie Alternativwerkstoffe ersetzt werden sollen. Gleitelemente, wie z. B. Gleitlager in Verbrennungsmotoren, Reibflächen in Hydraulikpumpen oder Gleitschichten für verschleißreduzierende Werkstückoberflächen, werden bislang unter hohem Aufwand in Komponentenbauweise her
gestellt und anschließend in Bauteile oder Grundkörper integriert. Die dabei angewendeten Verfahren, wie Aufschmelzen oder Verlöten, sind zeit- und kostenintensiv sowie unter Qualitätsgesichtspunkten nicht für alle Werkstoffkombinationen realisierbar.
Kaltgasspritzpistole mit gekühlter Düse zur Zylinderbeschichtung
Aufgaben und Ziele Ziel des KMU-innovativ-Projekts KaSpriGleit ist es, hochreibfeste Metallschichten für Gleitanwendungen zu erforschen und diese mittels ebenfalls zu entwickelnder Kaltgasspritzverfahren direkt auf die Bauteile aufzuspritzen.
Technologie und Methodik Arbeitsschwerpunkte sind die Entwicklung und Herstellung von geeigneten Bronzepulvern für die Gleitschichtherstellung und die Erarbeitung des Kaltgasspritzprozesses für unterschiedliche Beschichtungspulver. Dabei sollen zum einen verschiedene Bronzen
KOOPERATIONEN MEHRERER PRODUZIERENDER UNTERNEHMEN
zu Schichten für Gleitanwendungen verarbeitet und zum anderen Bleipartikel durch funktionalisierte Nanopartikel ersetzt und erprobt werden. Die Beschichtungsprozesse sind dahin gehend zu qualifizieren, dass die neuartigen Pulver direkt auf die Bauteile aufgetragen werden können und damit das Auflöten auf massive Buntmetall- oder Stahlplatten entfallen kann. Dabei stehen optimierte Gleiteigenschaften und hohe Abriebbeständigkeit der Gleitschichten im Fokus der Entwicklungsarbeiten sowie deren prototypische Umsetzung.
Anwendungen und Ergebnisse Das neuartige Beschichtungsverfahren soll zunächst an Gleitschichten für Hydraulikzylinder, Gleitleisten und Wellen getestet und bei erfolgreichen Ergebnissen auf weitere Anwendungen übertragen werden. Einsatzmöglichkeiten sind bei allen Anwendungen gegeben, bei denen metallische Bauteile an- oder ineinander-gleiten, wie z. B. Kolben- und Zylindersysteme sowie Hydraulikpumpen und Verbrennungsmotoren.
Projektpartner und -aufgaben
BÖGRA Technologie GmbH, Solingen Bronzespezialist: Produktion von Reib- und Gleitkomponenten
TLS Technik GmbH & Co. Spezialpulver KG, Bitterfeld Pulverhersteller: Materialverdüsung und Pulverentwicklung
Putzier Oberflächentechnik GmbH, Leichlingen Beschichter, Anwender: Spritztechnische Fertigung von Bauteilkomponenten
Helmut-Schmidt-Universität, Institut für Werkstofftechnik, Hamburg Hochschule: Technologieentwicklung Kaltgasspritzen
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, IPA, Stuttgart Forschungseinrichtung: Entwicklung von Nanokompositpulvern
Projekt Kaltspritzen industrieller Gleitschichten (KaSpriGleit)
Koordination BÖGRA Technologie GmbH Herr B.-Eng. Patrick Hoppe Georgestraße 5–7 42719 Solingen Tel.: 0212 381-174 E-Mail: [email protected]
Projektvolumen 1.075 Tsd. Euro (davon 630 Tsd. Euro BMBF-Förderung)
Laufzeit 01.06.2015 bis 31.05.2017
Projektlink www.produktionsforschung.de/projekt/kasprigleit
Programmlinie Forschung für die Produktion von morgen
BMBF-Referat Produktion und Dienstleistung; Zukunft der Arbeit
Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Ansprechpartner Herr Dipl.-Ing. Rüdiger Sehorz Tel.: 0721 608-25287 [email protected]
Aluminium-Bronze-beschichteter Testkörper
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26 KMU-INNOVATIV – INNOVATIONEN FÜR DIE PRODUKTION VON MORGEN
Mikrooptiken nach Maß (LithURep)
Die Anwendung von Licht geht mit Beginn dieses Jahrhunderts, dem „Jahrhundert des Photons“, weit über den klassischen Anwendungsfall als Beleuchtung hinaus. Längst wird Licht in Form von Laserstrahlen in Glasfaserkabeln zur Signalübertragung oder in der Industrie für die Bearbeitung von metallenen Werkstücken eingesetzt. Mittels neuartiger Lichtquellen und optischer Komponenten wird sich das Einsatzgebiet weiter rasant erweitern. Eine wesentliche Rolle bei den optischen Komponenten spielen dabei mikrostrukturierte Flächen, sogenannte diffraktive optische Elemente (DOE). Diese werden aufgrund ihrer wesentlich geringeren Abmessungen anstelle von Linsen in
Beleuchtungssystemen von Displays, bei der Strahlformung in der Lasermaterialbearbeitung oder für die strukturierte Beleuchtung in der elektronischen Bilderkennung eingesetzt.
Optisch funktionale Strukturen, hergestellt mittels Zwei-Photonen-Polymerisation
Aufgaben und Ziele Ziel des KMU-innovativ-Projekts LithURep ist, eine durchgängige Prozesskette zur Massenproduktion von hochwertigen DOEs zu entwickeln. Basierend auf einer Masterstruktur der gewünschten Mikrostrukturen, welche mit der sogenannten Zwei-Photonen-Litho
graphie (2PL) hergestellt werden, soll ein großflächiger Stempel produziert werden. Dieser dient zur Fertigung von DOEs, indem die abgebildeten Strukturen mittels eines UV-härtenden Polymers vervielfältigt werden.
Technologie und Methodik Die wesentliche Innovation besteht in der Erschließung der Zwei-Photonen-Lithographie für die Massenproduktion individueller Mikrostrukturen über den Schritt der Abformung zur Herstellung eines Stempels. Der Vorteil der Zwei-Photonen-Lithographie gegenüber anderen Strukturierungsverfahren liegt in der in allen drei Dimensionen hohen Struk
turtreue, verbunden mit der Möglichkeit, nahezu beliebige Krümmungen, Steigungen oder Freiformflächen darzustellen. Dies erhöht die Effizienz und Multifunktionalität der Strukturen, minimiert Abbildungsfehler und verringert Bauraum und Gewicht. Neben der Erschließung der Prozesskette wird zudem ein neuartiges fotosensitives Polymer für die ZweiPhotonen-Lithographie entwickelt. Das neuartige Material soll eine hohe Strukturgüte und präzise Entformbarkeit für die Herstellung des Stempels gewährleisten und so zur Optimierung der Prozesskette beitragen.
Anwendungen und Ergebnisse Die Entwicklung der beabsichtigten Prozesskette eröffnet neue Möglichkeiten beim Design mikrooptischer Elemente bei gleichzeitig wirtschaftli
cher Produktion im industriellen Maßstab. Durch die individuelle Gestaltung der Mikrostrukturen können unterschiedliche Funktionen, wie Bündelung und Formung des Laserstrahls, in einer einzigen Optik vereint werden. Die im Projekt zunächst prototypisch gefertigten Optiken können sehr breit im rasant wachsenden Photonikmarkt zum Einsatz kommen. Speziell in der Produktion, wo zunehmend Laser zur Bauteilbearbeitung eingesetzt werden, eröffnen sich Einsatzmöglichkeiten für nahezu alle Branchen.
27 KOOPERATIONEN MEHRERER PRODUZIERENDER UNTERNEHMEN
Projektpartner und -aufgaben
HoloEye Photonics AG, Berlin Hersteller von optischen Instrumenten: Definition, Design und Demonstrator
Temicon GmbH, Dortmund Hersteller von mikrostrukturierten Werkzeugen: Herstellung der Abformwerkzeuge, Optimierung des Fertigungsprozesses
micro resist technology Gesellschaft für chemische Materialien spezieller Photoresistsysteme mbH, Berlin Hersteller von chemischen Materialien: Entwicklung des Polymersystems
Fraunhofer Institut für Produktionstechnik, IPT, Aachen Forschungseinrichtung: Entwicklung der Masterstrukturen mit Zwei-Photonen-Lithographie
Projekt Herstellung nanostrukturierter Masterwerkzeuge mittels 3D-Laserlithographie für die UV-Replikation diffraktiver optischer Elemente (LithURep)
Koordination HoloEye Photonics AG Herr Dr. Andreas Hermerschmidt Albert-Einstein-Straße 14 12489 Berlin Tel.: 030 6392-3667 E-Mail: [email protected]
Projektvolumen 1058 Tsd. Euro (davon 612 Tsd. Euro BMBF-Förderung)
Laufzeit 01.05.2015 bis 30.04.2017
Projektlink www.produktionsforschung.de/projekt/lithurep
Programmlinie Forschung für die Produktion von morgen
BMBF-Referat Produktion und Dienstleistung; Zukunft der Arbeit
Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Ansprechpartner Herr Dr.-Ing. Michael Große Tel.: 0721 608-25192 [email protected]
Lithographielabor am Fraunhofer IPT
28 KMU-INNOVATIV – INNOVATIONEN FÜR DIE PRODUKTION VON MORGEN
Unter Strom: Sanfte Bearbeitung härtester Metalle (SIREKA)
Das elektrochemische Abtragen (ECM) wird beispielsweise in der Automobiltechnik zum Entgraten der Gehäuse von Einspritzpumpen eingesetzt. Dieses Fertigungsverfahren basiert auf dem Auflösen eines metallischen Werkstücks an dessen Grenzfläche zu einer leitfähigen Flüssigkeit unter dem Einfluss von elektrischem Strom. Im Gegensatz zu anderen abtragenden Verfahren ermöglicht es einen kontaktlosen und damit verschleißfreien und sanften Abtrag an
Werkstücken beliebiger Härten, bis in kleinste Maßstäbe und mit schädigungsfreien Oberflächen. Für die präzise Werkstückbearbeitung werden die dafür wesentlichen Einflüsse der Elektrodengestaltung und Prozessführung heute durch schrittweises Herantasten an die geforderten Ergebnisse mittels „Versuch und Irrtum“ empirisch bestimmt. Dieses Vorgehen ist zeitaufwendig und produziert eine Vielzahl von nicht verwertbaren Ausschussteilen.
Simulationsmodell von Werkzeugelektrode und Werkstück bei der EC-Bearbeitung
Aufgaben und Ziele Ziel des KMU-innovativ-Projekts SIREKA ist die Entwicklung einer Software, mit der die Festlegung von Elektrodengeometrie und Prozessführung möglichst ohne empirische Versuchsreihen ermöglicht werden soll. Neben den damit erzielbaren Effizienzsteigerungen erlaubt die Software auch nicht spezialisierten Anwendern, ECM-Simulationen durchzuführen. Dies ermöglicht zukünftig den Einsatz des elektrochemischen Abtragens
in Unternehmen, die das Verfahren aufgrund seiner Komplexität bislang noch nicht anwenden konnten.
Technologie und Methodik Hierzu wird erstmals eine Simulationssoftware entwickelt, die auf Daten des realen Auflösungsverhaltens der Werkstücke basiert. Diese Daten werden in Experimenten mithilfe einer neuartigen Analysevorrichtung systematisch ermittelt. Die Qualität der Simulationsergebnisse bezüglich einer für die Produktion idealen Prozessführung und Elektrodengestaltung kann so wesentlich verbessert werden. Die Elektrode wird anschließend mittels direkter Übernahme der Simulationsdaten generativ gefertigt. Erst diese generative Fertigung ermöglicht dabei die Realisierung der geforderten Elektrodengeometrien für optimale Stromzuführung und gewünschten Materialabtrag. Das innovative Simulationsverfahren wird von zwei Anwendern aus der Automobil- und Konsumgüterbranche begleitet.
Anwendungen und Ergebnisse Neben Einsparungen bei der Prozessauslegung von bis zu 30 v. H. bei Energie, Material und Arbeitszeit wird eine deutliche Qualitätssteigerung bei den abgetragenen Formen erwartet. Die Kopplung von Simulation und Elektrodenfertigung beschleunigt zudem die Anlagen- und Vorrichtungsentwicklung und damit die Einführung neuer Produkte bei den Anwendern. Die Ergebnisse können in einer Vielzahl von weiteren
29 KOOPERATIONEN MEHRERER PRODUZIERENDER UNTERNEHMEN
Anwendungen und Branchen zum Einsatz kommen, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrttechnik sowie in der Medizin-, Mikrosystem- und Energieindustrie, kurz gesagt überall dort, wo präziseste Oberflächen und Strukturen gefordert sind.
Projektpartner und -aufgaben
SITEC Industrietechnologie GmbH, Chemnitz Sonderanlagenbau: Entwicklung einer Analysevorrichtung, Anwendung der Werkzeugelektroden in EC-Anlagen
CFX Berlin Software GmbH, Berlin Softwareentwickler: Entwicklung und Erprobung eines Softwaredemonstrators inkl. Schnittstellen zur generativen Fertigung
alphacam GmbH, Schorndorf Werkzeugbauer: Entwicklung, generative Fertigung und Galvanisierung von Elektroden mit integrierter Kontaktierung
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik, IWU, Chemnitz Forschungseinrichtung: Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen und Validierung der Softwarefunktionen
Projekt Simulationsunterstützte ressourceneffiziente Auslegung und Realisierung des elektrochemischen Abtragens (SIREKA)
Koordination SITEC Industrietechnologie GmbH Herr Dipl.-Wirt.-Ing. Robin Schulze Bornaer Straße 192 09114 Chemnitz Tel.: 0371 4708-359 E-Mail: [email protected]
Projektvolumen 1.232 Tsd. Euro (davon 719 Tsd. Euro BMBF-Förderung)
Laufzeit 01.04.2015 bis 31.03.2017
Projektlink www.produktionsforschung.de/projekt/sireka
Programmlinie Forschung für die Produktion von morgen
BMBF-Referat Produktion und Dienstleistung; Zukunft der Arbeit
Projektträger Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Ansprechpartner Herr Dipl.-Ing. Peter Schneider Tel.: 0721 608-29070 [email protected]
Materialcharakterisierung für das elektrochemische Abtragen
30 KMU-INNOVATIV – INNOVATIONEN FÜR DIE PRODUKTION VON MORGEN
Impressionen vom BMBF-Kongress Produktionsforschung 2016
Eröffnung des Kongresses durch Staatssekretär Dr. Georg Schütte
Führung des Staatssekretärs Dr. Georg Schütte durch die Ausstellung
31 IMPRESSIONEN VOM BMBF-KONGRESS PRODUKTIONSFORSCHUNG 2016
Ausstellung der KMU-innovativ-Projekte
Sitzungstelegramm im Podium: Wichtige Botschaften und Erkenntnisse aus den parallelen Sitzungen
32 KMU-INNOVATIV – INNOVATIONEN FÜR DIE PRODUKTION VON MORGEN
Innovationen für den Mittelstand grafisch festgehalten
Networking im Rahmen des Kongresses
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Impressum Herausgeber Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Referat Produktion und Dienstleistung; Zukunft der Arbeit 11055 Berlin
Bestellungen schriftlich an Publikationsversand der Bundesregierung Postfach 48 10 09, 18132 Rostock E-Mail: [email protected] Internet: www.bmbf.de oder per Tel.: 030 18 272 272 1 Fax: 030 18 10 272 272 11
Stand Januar 2017
Druck BMBF
Gestaltung W. Bertelsmann Verlag, Bielefeld; Christiane Zay
Bildnachweis ANNEGRET HULTSCH FOTOGRAFIE: S. 30, 31, 32, © Bock Bio Science, Bremen: S. 6, 7, Fraunhofer IPT (Design: Holeye Photonics AG): S. 26, Fraunhofer IPT: S. 27, Fraunhofer IWU: S. 29, Fraunhofer IWU Chemnitz/CFX Software GmbH: S. 28, gerenme/Getty Images: S. 2/3, Helmut-Schmidt-Universität und BÖGRA GmbH: S. 24, 25, Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University: S. 14, IXUN Lasertechnik GmbH: S. 16, 17, JELBA Werkzeug & Maschinenbau GmbH & Co. KG: S. 5, MAGNETECH GmbH: S. 18, Postberg + Co. GmbH, www.postberg.com: S. 8, 9, Presse- und Informationsamt der Bundesregierung, Steffen Kugler: Vorwort (Porträt Prof. Dr. Johanna Wanka) S. 2, PTKA, T. Ehrhardt: S. 32 unten, PT Photonic Tools GmbH, www.photonic-tools.de: S. 20, 21, Quast Praezisionstechnik GmbH: S. 22, 23, RAS AG: Titel, RayScan Technologies GmbH: S. 12, 13, temicon GmbH: S. 10, 11.
Text Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Diese Druckschrift wird im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unentgeltlich abgegeben. Sie ist nicht zum gewerblichen Vertrieb bestimmt. Sie darf weder von Parteien noch von Wahlwerberinnen/Wahlwerbern oder Wahlhelferinnen/Wahlhelfern während eines Wahlkampfes zum Zweck der Wahlwerbung verwendet werden. Dies gilt für Bundestags-, Landtags- und Kommunalwahlen sowie für Wahlen zum Europäischen Parlament. Missbräuchlich ist insbesondere die Verteilung auf Wahlveranstaltungen und an Informationsständen der Parteien sowie das Einlegen, Aufdrucken oder Aufkleben parteipolitischer Informationen oder Werbemittel. Untersagt ist gleichfalls die Weitergabe an Dritte zum Zwecke der Wahlwerbung. Unabhängig davon, wann, auf welchem Weg und in welcher Anzahl diese Schrift der Empfängerin/dem Empfänger zugegangen ist, darf sie auch ohne zeitlichen Bezug zu einer bevorstehenden Wahl nicht in einer Weise verwendet werden, die als Parteinahme der Bundesregierung zugunsten einzelner politischer Gruppen verstanden werden könnte.
