Abgeschlossenes Förderprojekt

Die Herstellung von Keramiken und Sintermetallen ist aufgrund der erforderlichen Hochtemperaturprozesse sehr energieintensiv, sodass sich durch eine optimierte Prozessführung große Mengen an Primärenergie einsparen lassen. Für große und geometrisch komplexe Bauteile ist es besonders herausfordernd, schnellere und energiesparende Prozesse zu entwickeln, ohne dabei am Ende durch erhöhte Ausschussraten durch Sinterverzug oder Bauteilrisse die Gesamteffizienz zu verringern. Da der Ansatz von Industrie 4.0 – das Werkstück meldet laufend aktiv seinen Zustand an ein automatisiertes Prozesskontrollsystem – bei Temperaturen von > 1000°C nicht umsetzbar ist, müssen Alternativen für eine digitalisierte Unterstützung der optimierten Prozesssteuerung gefunden werden.

Am Beispiel von Sanitärkeramiken soll eine Methodik entwickelt und getestet werden, mit der die Herstellung der Bauteile durch das Zusammenwirken verschiedener digitaler Verfahren im Hinblick auf Energieeffizienz und Produktqualität optimiert werden kann. Zum Einsatz kommen sollen die prädiktive Simulation des Bauteilverhaltens im Prozess (HTL), das kontinuierliche Monitoring der Ofenparameter, die industrielle Bildverarbeitung zur Dokumentation der Setzraster und der Aufbau einer Einzelstückverfolgung (Industriepartner). Am Ende soll das Energieeinsparpotenzial der Gesamtmethodik aufgezeigt werden.

Im Teilprojekt des Fraunhofer-Zentrums HTL wurden folgende Ergebnisse erzielt:

• Charakterisierung des Materialverhaltens im Thermoprozess mittels In-Situ-Messungen
• Implementierung der gemessenen Kinetik in Thermoprozessmodellen (Entbinderungs- und Sintermodell) → Erarbeitung von energetisch optimierten Brennzyklen für kleine Proben
• Untersuchung der lokalen Wärmeübertragung mittels Strömungssimulationen zur Erken- nung von resultierenden, kritischen Temperaturgradienten im Bauteil
• Entwicklung eines modulares, skriptgesteuertes FE-Modell der Wärmebehandlung im Tun- nelofen im Werk Mettlach zur Kopplung mit dem Thermoprozessmodell
• Abgleich der erzielten Sinterergebnisse bei unterschiedlichen Heizkurven am Beispiel der WC-Schüsseln im Vergleich zur Simulation