SFB 489:  Prozesskette zur Herstellung präzisionsgeschmiedeter Hochleistungsbauteile

• Fachliche Zuordnung: Maschinenbau und Produktionstechnik ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung von 2000 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5483994

• Erstellungsjahr: 2015

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Etablierte Fertigungsverfahren und Prozessabläufe zeichnen sich durch hohe Zuverlässigkeit und hohe Effizienz aus. Diese Fertigungsverfahren sind bereits in einem hohen Maße optimiert und besitzen ein geringes technologisches Optimierungspotential. Die Einbeziehung von alternativen Prozessvarianten und Substitutionsmaßnahmen bei den Bemühungen, eine Effizienz- und Qualitätssteigerung zu realisieren, sind oftmals die einzige Möglichkeit, um signifikante und nachhaltige Erfolge zu erzielen. Des Weiteren verspricht die Verknüpfung von technologischen, logistischen und wirtschaftlichen Betrachtungsweisen eine Offenlegung von weiteren bisher verdeckten Optimierungspotentialen. Ziel des Sonderforschungsbereiches 489 war die grundlegende Entwicklung und Qualifikation neuer technologischer, logistischer und wirtschaftlicher Verfahren zur Herstellung von Hochleistungsbauteilen innerhalb der Prozesskette Präzisionsschmieden. Im Mittelpunkt stand die Verkürzung der Prozesskette, die unter anderem auf der Integration der Wärmebehandlung in die Prozesskette und der Substitution der spanenden Weichbearbeitung durch die Präzisionsschmiedetechnik beruhte. Zudem wurde eine umfassende technologische, logistische und wirtschaftliche Betrachtung der Prozesskette angestrebt, um die umfangreichen Wechselwirkungen der Teilprozesse und darüber hinaus die technischen, logistischen bzw. wirtschaftlichen Wechselwirkungen vollständig zu erfassen und so bisher nicht genutzte Optimierungspotentiale zu nutzen. Die gratfreie hochpräzise Warmmassivumformung (Präzisionsschmieden) erlaubt die Fertigung von endkonturnahen Schmiedeteilen, die lediglich einer abschließenden Hartfeinbearbeitung unterzogen werden müssen. Der Sonderforschungsbereich 489 hat sich die Entwicklung und übergreifende Betrachtung einer Prozesskette auf Basis dieser Schmiedetechnologie zur Herstellung von Hochleistungsbauteilen zur Aufgabe gemacht. Um die Wirtschaftlichkeit von Umformprozessen für Bauteile mit sehr hohen Dauerfestigkeitsanforderungen gewährleisten zu können, wurden neuartige Werkzeugtechnologien und verschleißreduzierende Verfahren für Schmiedegesenke im Rahmen des Sonderforschungsbereiches erforscht. Die im SFB 489 betrachtete Prozessvariante des Präzisionsschmiedens sah eine integrierte Wärmebehandlung vor, die den Einsatz von Vergütungsstählen erlaubt und technische sowie wirtschaftliche Vorteile gegenüber der herkömmlichen Fertigung von Schmiedeteilen birgt. Die kostenintensive spanende Weichbearbeitung wurde in der Prozesskette des SFB 489 durch die erzielten Toleranzen beim Präzisionsschmieden nahezu vollständig substituiert. Prozesse zur Fertigung von Hochleistungsbauteilen sind angewiesen auf prozessintegrierte und prozessbegleitende Messtechniken, die eine Qualitätsdatenerfassung für jedes hergestellte Bauteil ertauben. Die Entwicklung entsprechender Messtechniken und Verfahren zur automatisierten Prozesssteuerung und Qualitätsoptimierung bildete einen weiteren Schwerpunkt der Forschungstätigkeiten des Sonderforschungsbereiches 489. Die Entwicklung von logistischen und wirtschaftlichen Bewertungs- und Entscheidungsstrategien sowie die Betrachtung von technologischen und logistischen bzw. wirtschaftlichen Abhängigkeiten der einzelnen Fertigungsprozesse untereinander, rundeten die übergreifenden Untersuchungen der Prozesskette zur Herstellung von präzisionsgeschmiedeten Hochleistungsbauteilen ab.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Härtung von Vergütungsstahl mit Sprüh-Abschreckung. Grundlagenuntersuchungen zum Einfluss von Abstand. Druck und Volumenstrom auf das Härteergebnis. HTM 58 (2003) 2, S. 61-68
  Van Well, M.; Bernard, M.; Philipp, K.; Reimche, W.; Bach, Fr.-W.
  
• Innovative Ansätze in der Massivumformung als Marktchance. Reinhart, G.; Zäh, M. F. (Hrsg.): Marktchance Individualisierung. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag 2003
  Doege, E.; Silbernagel, C ; Dähndel, H.
  
• Precision Forging of Crankshafts. WGP: Production Engineering. Research and Development, 10 (2003) 2, S. 29-34
  Specker, A.; Doege. E.; Hustedt, P.; Altmann H.-C.; Dähndel, H.; Meyer, E.
  
• Use of Fringe Projection in the Testing of Precision-Forged Gearwheels. 8th International Symposium on Measurement an Quality Control in Production, 12.-15.10.2004, Erlangen, VDI-Berichte 1860, (2004), S. 427-436
  Meeß, K.; Kästner, M.; Böttner, T.; Seewig, J.
  
• Logistische Positionierung von One-piece flow Prozessen. ZWF, München: Cart Hanser Verlag, 100 (2005) 3, S. 99-103
  Nyhuis, P.; Vogel, M.
  
• Schleifen von Stahl-Keramik-Verbunden mit Diamantschleifscheiben. Hoffmeister, H.-W. (Hrsg.): Jahrbuch, Schleifen, Honen, Läppen und Polieren : Verfahren und Maschinen, 62. Ausgabe, 2005, S. 108-116
  Denkena, B.; Reichstein, M.; Karyazin, A.
  
• Ceramic-Metal Composites in Forging Applications. Proceedings of the 3rd International Soldering and Brazing Conference IBSC2006, ASM International, Materials Park, OH 44073-0002, S. 73-78, ISBN: 0-87170-838-8
  Bach, Fr.-W.; Möhwald, K.; Deißer, T. A.
  
• Kontinuierliches Wälzschleifen von Verzahnungen mittels keramisch gebundener Werkzeuge aus CBN. Industrie Diamanten Rundschau (IDR), 40 (2006) 1, S. 54-59
  Denkena, B.; Reichstein, M.; Catoni, F.
  
• Schwingungsdiagnostische Beurteilung des Lauf- und Verschleißverhaltens von Zahnradgetrieben unter Anwendung moderner Mess- und Analysetechniken. VDI-Schwingungstagung "Schwingungen in Antrieben 2006", VDI-Berichte 1968 (2006), S. 251-274
  Scheer, C.; Reimche, W.; Bach. Fr.-W.
  
• A PVD Joining Hybrid Process for Manufacturing Complex Metal Composites. AWS Welding Journal, Special Section „Brazing and Soldering Today", 2007, S. 373-378
  Bach, Fr.-W.; Deißer, T. A.; Holländer, U.; Möhwald, K.; Nicolaus M.
  
• Derivation of Strategic Logistic Measures for Forging Systems. Ohlhager, J.; Persson, F. (Hrsg.): Advances in Production Management Systems, IFIP TC 5, WG 5.7 Conference on Advances in Production Management Systems, 17.-19.09.2007, Linköping, Sweden, 246 (2007) 1, Boston: Springer US, S. 27-34
  Nyhuis, P.; Wriggers, F. S.; Busse, T. D.
  
• Manufacturing of Ceramic Reinforced High Precision Forging Dies. 4th International Conference and Exhibition on Design and Production of Machines and Dies/Molds. 21.-23.06.2007, Cesme. Turkey
  Denkena, B.; Kramer. N.; Behrens, B.-A.; Bistron, M.; Bach, Fr.-W.; Möhwald, K.; Deißer. T. A.
  
• Optische Multisensortechnik zur Geometrieerfassung präzisionsgeschmiedeter Bauteile. VDI-Berichte 1996 (2007). S. 89-100
  Kästner, M.; Gillhaus, R.; Seewig. J.; Reithmeier, E.
  
• Werkzeugkonzept für das Präzisionsschmieden einer Zweizylinderkurbelwelle. STAHL, Verlag Stahleisen, (2007) 3, S. 18-19
  Specker, A.; Müller, S.
  
• Zerstörungsfreie Bestimmung von Härtekennwerten zur Qualitätssicherung von Hochleistungsbauteilen in der Fertigung. HTM Härterei-Technische Mitteilungen, 62 (2007) 6. S. 265-273
  Bernard, M.; Reimche, W.; Bach, Fr.-W.
  
• Randschichtvergüten von Zahnwellen mittels Wasser-Luft-Sprühkühlung. HTM 63 (2008) 1. S. 22-26
  Krause, C ; Hassel, T.; Frolov, I.; Gretzki, T.; Kästner. M.; Seewig. J.; Bormann. D.; Bach. Fr.-W.
  
• Manufacturing of reinforced high precision forging dies. Steel Research International, 80 (2009) 12, S. 878-886
  Behrens, B.-A.; Bach, Fr.-W.; Denkena, B.; Moehwald, K.; Deisser, T. A.; Kramer, N.; Bistron, M.
  
• Manufacturing surface hardened components of 42CrMo4 by water-air spray cooling. Steel research international, 80 (2009) 12, S. 906-915
  Gretzki, T.; Krause, C.; Frolov, I.; Nicolaus, M.; Hassel, Th.; Bach, Fr.-W.; Kästner, WI.; Abo-Namous, O.; Reithmeier, E.
  
• New Developments in Non-destructive Testing for Quality Assurance in Component Manufacturing, Steel research int. 80 (2009) 12, 8. 916-928
  Bernard, M.; Scheer, C ; Böhm, V.; Reimche, W.; Bach, Fr.-W.
  
• Process Design an Tooling Configuration for Precision Forging of High Performance Components. Steel Research International, 80 (2009) 12, S. 869-877
  Behrens, B.-A.; Odening, D.; Müller, S.; Lücke, M.
  
• Präzisionsschmieden. Bausch, T. (Hrsg.): Innovative Zahnradfertigung. Verfahren, Maschinen und Werkzeuge zur kostengünstigen Herstellung von Stirnrädern mit hoher Qualität. 4., aktualisierte Auflage. Renningen: Expert 2009 (Kontakt & Studium, Bd. 175) ISBN 978-3-8169-2908-6
  Behrens, B.-A.
  
• Wirtschaftliche Gestaltung von Schmiedeprozessketten. Productivity Management, 14 (2009), S. 27-30
  Henjes, J.; Selaouti, A.; Kennemann, M.
  
• Technologische und logistische Optimierung von Schmiedeprozessketten. ZWF - Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 105 (2010) 12, S. 1069-1073
  Denkena, B.; Nickel. R.; Nyhuis, P.; Henjes, J.; Kennemann. M.; Selaouti, A.
  
• Acoustic Process Monitoring during Transient Precision Forging of High Strength Components. Metallurgical and Mining Industry, 3 (2011) 7, S. 91-97, UDK 621.773, ISSN 2076-0507
  Böhm, V.; Bruchwald, O.; Reimche, W.; Bach, Fr.-W.; Odening, D.; Behrens, B.-A.
  
• Advanced Fault Diagnosis by Vibration and Process Parameter Analysis. COMADEM 2001, 14th International Congress and Exhibition on Condition Monitoring and Diagnostic Engineering Management, 4.-6.9.2001. Manchester, UK
  Südmersen, U.; Pietsch, O.; Scheer, C.; Reimche, W.; Bach, Fr.-W.
  
• Economic surface hardening by spray cooling HTM-Journal of Heat Treatment and Materials, 66 (2011) 5, S. 290-296
  Gretzki, T.; Rodmann, D., Wolf, L; Dalinger, A.; Krause, C ; Hassel, T.; Bach. Fr.-W.
  
• Flashless Forging of a Two-Cylinder Crankshaft with Secondary Form Elements. In: Forging, Penton Media Inc., 21 (2011) 1. S. 14-17
  Meyer, M.; Lücke. M.; Nickel, R.; Behrens, B.-A.
  
• Messunsicherheitsanalyse miftels virtueller Streifenprojektionstechnik auf Grundlage von Polygonmodellen. TM Technisches Messen (2011) 2, S. 60-68
  Haskamp, K.; Kästner, M.; Gillhaus, R.; Reithmeier, E.
  
• Simulation-based dimensioning of manufacturing process chains. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, (2011) 4, S. 9-14
  Denkena, B.; Henjes, J.; Henning, H.
  
• Investigation of the surface residual stresses in spray cooled induction hardened gearwheels. International Journal of Materials Research, 103 (2012) 1, S. 73-79
  Rodman, D.; Krause, C ; Nürnberger, F.; Bach, Fr.-W.; Gerdes, L; Breidenstein, B.
  
• Investigations on die roughness of hot forming tools. 9th International Tooling Conference, 11.-14.09.2012, Leoben, S. 437-446, ISBN 978-3-9011384-52-3
  Behrens, B.-A.; Bouguecha, A.; Kammler, M.; Klassen, A.
  
• Modeling the relationship between hardness and spray cooling parameters for pinion shafts using a neuro-fuzzy model strategy. Journal of Heat Treatment and Materials, 67 (2012) 1, S. 39-47
  Yu, Z.; Kuznietsov, K.; Mozgova, I.; Böhm, V.; Gretzki, T.; Nürnberger, F.; Schaper, M.; Reimche, W.
  
• Nachweis von lokalen Schädigungen an Hochleistungsbauteilen mit Hochfrequenz Wirbelstromtechniken und Induktions-Thermografie. DGZfP e.V. (Hrsg.): Berichtsband-CD zur DACH-Jahrestagung 2012
  Reimche, W.; Frackowiak, W.; Bruchwald, O.; Böhm, V.; Bach. Fr.-W.
  
• Zeitbereichsanalyse transienten Umformverhaltens zur Qualitätsbewertung beim Präzisionsschmieden von Hochleistungsbauteilen. DGZfP e.V. (Hrsg.): Berichtsband-CD zur DACH-Jahrestagung 2012
  Reimche, W.; Böhm, V.; Bach, Fr.-W.; Odening, D.; Behrens, B.-A.
  
• Schutzrecht DE102011109135 A1 (2013-02-07). Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover. Pr.: DE201110109135 2011-08-02 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils und kombiniertes Umformwerkzeug dafür
  Behrens, B.-A.; Hübner. S.; Vucetic, M.
  
• Prozesskette Präzisionsschmieden. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag 2014, ISBN 978-3-642-34663-7, ISBN 978-3-642-34664-4 (eBook)
  Bach, Fr.-W.; Kerber, K.
  
• Schutzrecht EP2567756 A3 2014-08-20). DE 102011112519 2011-09-07 - Vorrichtung zum Aufbringen eines Mediums auf ein Objekt und Verfahren zur Detektion von Abweichungen eines Sprühfeldes
  Behrens. B.-A.; Frischkorn, C.; Hoven, N.; Luken, I.; Wesnigk, T.