CERAHEAT4.0

Erschließung von Ressourcen- und Energieeffizienzpotentialen für faserverbundkeramische Hochtemperatur-Leichtbausysteme durch digitale Transformation bestehender Fertigungsstrukturen

Großunternehmen, kleine und mittlere Unternehmen – sie alle stehen vor der Herausforderung, der zunehmenden Bedeutung von Nachhaltigkeit und Klimaneutralität Rechnung zu tragen. Das Ziel des Projekts CERAHEAT4.0 ist, Unternehmen eine ökologische Produktion zu ermöglichen, speziell auch dem Mittelstand, für den es bisher noch mit hohen Kosten verbunden ist, die dafür notwendige Expertise zu beschaffen. Konkret geht es um den Aufbau eines instanzbasierten Prozessmonitorings für eine spezifische Technologie: Ceramic Matrix Composites (CMCs). Schon heute leisten CMCs einen wichtigen Beitrag zur Bereitstellung von Leichtbaustrukturen. Besondere Wachstumsmärkte sind beispielsweise die Entwicklung von Leichtbaubremssystemen für PKW/LKW und Hochgeschwindigkeitszüge, die Halbleiterindustrie sowie die Luft- und Raumfahrt mit Turbinen- und Satellitenkomponenten.

Zweck des Prozessmonitorings ist, eine Basis für valide Qualitätsaussagen zum jeweiligen Produkt zu schaffen. Erst dann ist eine Ressourcenoptimierung möglich, da die Prozessketten in der Produktion starken Wechselwirkungen unterliegen, einen hohen Energiebedarf aufweisen und gleichzeitig die Produktqualität garantiert werden muss. Um für jedes Produkt bzw. jedes CMC-Bauteil die jeweiligen Maschinen zu verbessern und so die Effizienz steigern, plant das Projektteam, digitale Zwillinge einzusetzen. Beispiele sind die Presse bei der Formgebung, Öfen und Bearbeitungsmaschinen. Gleichzeitig können mit Hilfe des digitalen Zwillings die Prozessketten insgesamt optimiert werden.

Die Vision des Projektteams ist ein digitaler, integrativer Prozess zur Herstellung von CMC-Strukturen. Wenn einzelne Fertigungssektoren gekoppelt und datenbasierte, intelligente Steuerungselemente implementiert sind, ist es möglich, Wirkzusammenhänge entlang der gesamten Prozesskette zu erfassen – und damit Potentiale zur Ressourceneinsparung aufzudecken. Durch eine intelligente Anpassung der Prozessparameter kann der Energieverbrauch über die gesamte Prozesskette um bis zu 40 Prozent gesenkt werden. Hauptfaktor dabei sind Einsparungen bei den energieaufwendigen, thermischen Prozessen und der effiziente Einsatz von Roh- und Hilfsstoffen sowie Werkzeugen. Eine wesentliche Rolle spielt auch das frühzeitige Erkennen bzw. die Vermeidung von Ausschuss. Das konkrete CO₂-Äquivalent für die Gesamtbilanz der Einsparungen und deren Einfluss auf das Produkt wird über eine Lebenszyklusanalyse (LCA) ermittelt.

Aufgrund des unternehmensübergreifenden Projektansatzes können die Ergebnisse in einer Vielzahl von Branchen zur Anwendung kommen. Da für Datenberechnungen, etwa zu den erwartbaren Energieeinsparungen, konkrete Erkenntnisse aus Pilotanlagen zur Verfügung stehen, ist eine erweiterbare Skalierung hin zur Serie eine realistische Option. Aus der damit verbundenen Reduzierung von Herstellungskosten können sich nicht zuletzt Wettbewerbsvorteile für deutsche Anbieter auf dem internationalen Markt ergeben.

Konsortium:

• Engineered Ceramic Materials GmbH (Konsortialführer)
• Brembo SGL Carbon Ceramic Brakes GmbH
• Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH
• Inno-focus digital GmbH
• IILS mbH
• Technische Hochschule Augsburg
• Universität Augsburg
• Universität Stuttgart

Assoziierter Partner

• Composite United e. V.