Aktuelles Förderprojekt

Energieeffiziente Hochtemperaturprozesse für große und geometrisch komplexe Bauteile (HTPgeox)

Motivation

Blick in einen Tunnelofen für den Brand von Sanitärkeramik
© Keramischer OFENBAU
Blick in einen Tunnelofen für den Brand von Sanitärkeramik

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.

Zielsetzung

Oberflächenbewertung bei komplexen Geometrien: Technische Keramikteile (links oben), Detailaufnahme mit Oberflächendefekt (rechts oben), Screenshot der Software von Meprovision (unten)
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Oberflächenbewertung bei komplexen Geometrien: Technische Keramikteile (links oben), Detailaufnahme mit Oberflächendefekt (rechts oben), Screenshot der Software von Meprovision (unten)

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.

Lösungsweg

Übersicht der Arbeitspakete im Gesamtprojekt
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Übersicht der Arbeitspakete im Gesamtprojekt
  • Detaillierte In-situ-Charakterisierung der keramischen Massen (V&B)
  • FE-Modellierung und Validierung der jeweiligen Prozesskinetik
  • Simulationen zum Bauteilverhalten in Abhängigkeit vom Temperaturverlauf T(t)
  • Erarbeitung und Validierung energetisch optimierter Brennzyklen
  • Untersuchungen (FE-Simulation) zum Einfluss von Mischbesatz oder behinderter Wärmeübertragung in der realen Ofensituation
  • Simulationen zur Unterstützung der Fehleranalyse bei aufgetretenen, mit Ofenabweichungen korrelierten Bauteilfehlern

Projektdaten

Projektlaufzeit 01.06.2020 - 31.05.2024
Zuwendungsgeber Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
Fördersumme HTL 477.000 Euro
Projektpartner Fraunhofer-Zentrum HTL
Villeroy & Boch AG
Keramischer Ofenbau GmbH
Meprovision GmbH & Co. KG
Projektkoordination Fraunhofer-Zentrum HTL
Projektleitung am HTL Dr. Gerhard Seifert