Konstruktionsbasierte Ressourcenschonung im Anlagen- und Maschinenbau

Projektlaufzeit:                  01.05.2014 – 30.04.2015

Das Technologie-Institut für Metall und Engineering“ (TIME) mit Sitz in Wissen/ Sieg beschäftigt sich in umfangreichem Maße mit der Anwendungsforschung und Entwicklung für und mit kleine und mittelständische Unternehmen. Dabei stehen F&E-Arbeiten an metallischen Werkstoffen im Vordergrund, andere Werkstoffe, wie Keramik oder Kunststoffe werden jedoch ebenso betrachtet.
TIME beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit den Themen

  • Simulation/Konstruktion/Analyse (speziell konstruktionsbegleitende Dimensionierung durch FEM-basierte Struktur- bzw. Modalanalysen)
  • Schweißen (inklusive der Automatisierung von Schweißprozessen)
  • Engineering/Prototyping (auch auf Grundlage der Ergebnisse aus FEM-Simulationen).

TIME hat die Aufgabe vorwiegend klein- und mittelständische Unternehmen bei der technologischen Weiterentwicklung Ihrer Produkte und Prozesse zu unterstützen, um ihre Wettbewerbsfähigkeit gegenüber Großunternehmen und im globalen Wettbewerb zu erhalten und zu fördern.

Im Bereich des Anlagen- und Maschinebaus ist festzustellen, dass Kaufentscheidungen von Investoren in zunehmendem Maße auf der Grundlage der Lebenszykluskosten getroffen werden, das heißt auf Basis der Kosten, die eine Anlage von der Beschaffung bis zu ihrer Verschrottung verursacht. Bei den Lebenszykluskosten macht der Energieverbrauch der Anlagen über deren Nutzungsdauer einen großen Anteil aus und ist daher bei der Kaufentscheidung von zunehmender Bedeutung.
Der Energieverbrauch von Anlagen und Maschinen ist dabei eng mit den zubewegenden Massen verknüpft. Gelingt es, die Masse von z.B. Maschinenkomponenten oder bewegten Vorrichtungen und Spannmitteln zu reduzieren, wird der Energieverbrauch der Maschinen und Anlagen deutlich sinken. Dies ist besonders vor dem Hintergrund von Bedeutung, dass Produktionsanlagen häufig über 24 Stunden an 7 Tagen der Woche betrieben werden und sich somit Energieeinsparung beim Anlagenbetrieb zu erheblichen Einsparung bei Gesamtenergieverbrauch und Anlagenbetriebskosten aufsummieren.

Mit dem Ziel das Leichtbaupotential für Komponenten des Anlagen- und Maschinenbaus in möglichst umfangreichen Maße auszuschöpfen, soll im Rahmen des nachfolgend beschriebenen Projektes bei TIME die vorhandene Kompetenz auf dem Gebiet der FEM basierten Simulation um eine Komponente zur Nutzung der Konstruktionsbionik erweitert werden. Die Bionik verbindet dabei Biologie und Technik mit dem Ziel durch Abstraktion, Übertragung und Anwendung von Erkenntnissen, die an biologischen Vorbildern gewonnen werden, technische Fragstellungen zu lösen.
Zur zeit- und kosteneffektiven Projektbearbeitung soll zum Einen auf die bei TIME vorhandenen Kompetenzen in den Bereichen Simulation und Prototyping und zum Anderen auf die fertigungstechnische Kompetenz des Bereiches „Moderne Fertigungstechniken (MFT)“ aufgebaut werden. Da die überwiegende Zahl der Anlagen- und Maschinen bauenden Unternehmen zu den klein- und mittelständischen Unternehmen gehört, sind die Ergebnisse der Vorhabens besonders für diese Gruppe von Bedeutung. Da KMUs häufig über keinen eigenen F&E-Bereich verfügen, kann die Beantwortung der sowohl technologisch wie auch wirtschaftlich begründeten Fragestellungen vor allem von kleinen und mittelständischen Unternehmen nicht selbständig geleistet werden.

Das Vorhaben soll einen Beitrag zum konstruktionsbasiertem Leichtbau im Anlagen- und Maschinenbau leisten. Da es für die Realisierung des Leichtbaus im Anlagen – und Maschinenbau eine Vielzahl von Möglichkeiten und Einflussgrößen gibt, wird innerhalb des Vorhabens der Konstruktionsleichtbau unter besonderer Berücksichtigung bionischer Aspekte im Fokus der Arbeiten stehen. An einem konkreten Demonstrationsbauteil sollen die Möglichkeiten zum Leichtbau im Anlagen- und Maschinenbau aufgezeigt werden. Auf dieser Basis soll eine Abschätzung des sich daraus ergebenden Einsparpotentials sowohl bzgl. des Materialeinsatzes bei Produktion und Fertigung als auch bzgl. der Energieeinsparung beim Betrieb einer gewichtsreduzierten Fertigungsanlage erfolgen.
Neu ist in diesem Zusammenhang die geplante Kombination aus bionisch basierter Konstruktion und FEM- basierter Optimierung an einem konkreten Demonstratorbauteil aus dem Anlagen- und Maschinenbau in Verbindung mit der Darlegung der möglichen Massereduktion und der Abschätzung des Energieeinsparpotentials. Aus dem Umstand, dass sowohl das Thema „Leichtbau im Anlagen- und Maschinenbau“ als auch das Themengebiet „Bionik“ in RLP derzeit noch nicht an Forschungseinrichtungen besetzt ist, ergibt sich ein großes Potential für Kooperationen mit Hochschulen auf der F&E-Seite wie auch der Umsetzung von Leichtbaulösungen bei Unternehmen des Anlagen- und Maschinenbaus auf der anderen Seite. Durch beide Aspekte kann ein bedeutsamer Beitrag zum Technologie-Transfer in Forschung-und Lehre einerseits und in KMUs andererseits geliefert werden.

Hervorzuheben ist in diesem Zusammenhang die Kombination von

  • Bündelung der Kompetenzen auf den Gebieten Simulation/Konstruktion/Analyse und Moderner Fertigungstechnik
  • Anwendungsforschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Konstruktionsbionik,
  • Leichtbau im Analgen- und Maschinenbau
  • unmittelbarer Technologietransfer an einem Demonstrator
  • Know-how-Transfer durch Veröffentlichungen, Seminare und Vorträge speziell in KMUs

Ralf Polzin

Ansprechpartner

Dr.-Ing
Ralf Polzin
Geschäftsführer

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