• Die Betrachtung der Fertigungskette, in die das jeweilige Bearbeitungsverfahren eingebunden ist, ist hinsichtlich der Effizienzsteigerung von erheblicher Bedeutung. Einflüsse aus vorgeschalteten Bearbeitungsprozessen sind ebenso zu berücksichtigen wie die Auswirkungen der verwendeten Bearbeitungs- u. Hilfsstoffe auf die Folgeprozesse.
• Eine ganzheitliche Prozessbetrachtung zeigt Zusammenhänge in der Produktion auf und eröffnet ein großes Potenzial zur Prozessoptimierung, sowohl in ökologischer als auch in ökonomischer Hinsicht.

Beispiele:

• Auf Halbzeugen oder Vorprodukten aufgetragene Korrosionsschutzmittel können negative Einflüsse auf die Wirkung von Kühlschmierstoffen und damit die Bearbeitungsqualität haben und zu kurzen Badstandzeiten, zusätzlichen Hautbelastungen bei den Mitarbeitern und zu einem erhöhtem Abfallaufkommen führen.
• Die eingesetzten Kühlschmierstoffe werden über die Werkstücke aus dem Prozess ausgetragen und haben damit wiederum erhebliche Auswirkungen auf den Folgeprozess, sei es ein Reinigungsprozess oder ein weiterer Prozess zur Oberflächenbehandlung.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

• gemeinsame modulare Basis verringert die Lagerhaltung, vereinfacht die Bereitstellung und senkt die Kosten
• hinzu kommen Skalierbarkeit und Investitionssicherheit

Maßnahmen zur Reduzierung von Umweltrisiken und hilfsstoffbedingte Abfällen:

• Vorratsgebinde für Öle, Kühlschmierstoffe usw. sollten immer über Auffangwannen gelagert werden, auch um Tropfverluste zuverlässig aufzufangen.
• Jedes Gebinde eindeutig kennzeichnen.
• Die Anzahl der eingesetzten Produkte sollte so gering wie möglich gehalten werden.
• Die Austragsverluste sollten möglichst gering gehalten werden.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

Die Blechwarenfabrik Limburg GmbH ist Hersteller von Stahlverpackungen für sogenannte chemisch-technische Füllgüter wie Farben, Lacke und Lasuren. Die Produktion war über die Jahre gewachsen und der Produktionsprozess entsprechend ineffizient gestaltet. Die Fertigung lief über vier Stockwerke. Material wurde mithilfe von Gabelstaplern transportiert und Höhenunterschiede wurden über Aufzüge bewältigt. Demnach war ein hoher und fehlerbehafteter logistischer Aufwand vonnöten, um den Materialtransport bewerkstelligen zu können.

Zur Lösung dieser Herausforderungen entschied sich das Unternehmen für den Bau eines neuen Standorts. Dabei wurde der Materialfluss als eines der zentralen Themen optimiert. Im gesamten Produktionsprozess werden keine Gabelstapler oder manuellen Lager mehr eingesetzt. Die Produktionslinien werden durch ein fahrerloses Transportsystem (FTS) automatisch mit Rohmaterialien bestückt. Am Ende jeder Endfertigungslinie befinden sich Palettierroboter, die Fertigwaren nach Kundenbestellung palettieren. Anschließend werden die Fertigwaren von den fahrerlosen Transportfahrzeugen abgeholt und in den Warenausgang transportiert, wo diese nach einem Haubenstretchverfahren entweder direkt versendet oder im vollautomatischen Hochregallager eingelagert werden. Eingelagerte Fertigwaren werden im Hochregallager in einem sogenannten chaotischen Verfahren vollautomatisch von Regalbediengeräten in den vier Gängen verteilt. Dies bedeutet, dass die Waren keinen eindeutig zugewiesenen Standort im Hochregallager haben, sondern von außen betrachtet zufällig in den Gängen verteilt werden. Lediglich Gitterboxen werden immer in den unteren Reihen gelagert, da diese ein hohes Gewicht aufweisen. Davon abgesehen orientiert sich die KI-gestützte Verteilung an verfügbarem Platz und der Minimierung der Fahrwege, die mittels einer Priorisierung im angewandten Algorithmus optimiert und an die fahrerlosen Transportfahrzeuge übermittelt werden.

Das Ergebnis der Umstellung auf vollautomatische Transporte und Lagerung im Gegensatz zu der manuellen Variante ist ein geordneter effizienter Prozess. Es treten weniger Transportschäden auf. Dies trägt in Kombination mit allen weiteren optimierten Prozessen des neuen Standorts unter anderem dazu bei, dass jährlich rund 100 t Weißblech eingespart werden können. Des Weiteren wird die Unfallgefahr durch menschliches Versagen auf ein Minimum reduziert. [VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH (2021)]

Maßnahmen:

• M6: Einführung und Verwendung von Ortungs- und Lokaliserungssysteme

Eingesparte betrieblich materielle Ressourcen:

• Material
  

Quelle(n):

• VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH (2021): Potenziale der schwachen künstlichen Intelligenz für die betriebliche Ressourceneffizienz. VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH [aufgerufen am: 27.01.2023], verfügbar unter: [S. 119ff] Link

• Verbundprojekt zur Gestaltung von Dienstleistungen  (z.B. eine frühzeitige Beschaffung von Langläuferersatzteilen oder eine Einplanung der Pressen- bzw. Werkzeugwartung in auslastungsarme Zeiträume) basierend auf "intelligenten" Presse-Werkzeugsystemen.
• Die Ergebnisse des Verbundprojektes sowie das Anwendungspotenzial "intelligenter" Presse-Werkzeugsysteme können wie folgt zusammengefasst werden:
• Vermeidung von Ausfallzeiten (z.B. durch Ventilverschleiß, Pumpenausfall oder Werkzeugbruch)
• Aufdeckung brachliegender Leistungsreserven bei den eingesetzten Pressen und Werkzeugen
• Verkürzung der Reaktionszeiten auf Ausfälle und Minimierung von Stillstandszeiten
• Verbesserte Planbarkeit von Instandhaltungsintervallen und -kapazitäten
• Verlegung von Instandhaltungsmaßnahmen in produktionsfreie/ auslastungsarme Zeiträume
• Minimierung des Diagnose-Aufwands durch Online-Zugriff
• Optimiertes Ersatzteilmanagement
• Es wird erwartet, dass die derzeit ungenutzten Reserven bzgl. der Verfügbarkeit des Presse-Werkzeugsystems in Summe zu ca. 85% erschlossen werden können.

Durch optimierte Transfereinrichtungen lassen sich einfach und schnell Produktionssteigerungen erzielen.

•  Die Automatisierung der Justagevorgänge bewirkt eine effizientere und ressourcenschonendere Produktion, indem im Produktionstakt justiert und somit Nacharbeit eingespart wird.
• Die Produktionsanlaufzeit kann stark verkürzt werden.

• auf diese Weise wird der Reibungsfluss stark reduziert und damit ein gutes Nachfließen des Blechwerkstoffs ermöglicht. Der Einsatz von Ziehfolie ist jedoch kostenintensiv und mit hohem Aufwand verbunden. Kostengünstiger ist der Einsatz von Kunststoff als Werkzeugwerkstoff.
• Kaltaufschweißungen werden verhindert und der Schmiermitteleinsatz reduziert.

Quelle(n):

• Doege, E. und Behrens B.-A. (2010): Handbuch Umformtechnik. Grundlagen, Technologien, Maschinen. 2. Auflage, Springer Verlag, Berlin Heidelberg ; S. 453

Bei der spanenden Metallbearbeitung ist das Einsatzspektrum der Trockenbearbeitung bzw. Minimalmengen-Schmierung (MMS) mit all seinen Vorteilen schon weit entwickelt. Bei Umformprozessen ist das Erfahrungsspektrum noch nicht so vielfältig aber es lohnt sich die betrieblichen Einsatzmöglichkeiten zu prüfen.

Die Einsatzmengen sind in der Regel im Vergleich zu spanenden Bearbeitungsverfahren gering, da der Auftrag direkt auf die Materialoberfläche, meist in dünnen Schichten erfolgt. Ein vollständiger Verzicht auf Schmierstoffe (trockene Umformung) ist meist nur bei geringen Materialstärken bzw.geringen Umformgraden möglich.

Die Vorteile der Minimalmengen-Schmierung bzw. der Trockenbearbeitung:

•    bis zu 95 % reduzierten Schmierstoffeinsatz
•    Reduzierung des Reinigungsaufwands von Produkten, Maschinen und der Umgebung bis teilweise zur vollständigen Vermeidung von Reinigungs- und Entfettungsprozessen
•    Steigerung der Effizienz (Erhöhung der Qualität, Reduzierung des Ausschusses
•    verbesserte Arbeitsplatzqualität
•    vermiedene Entsorgungskosten für verbrauchte oder ausgeschleppte Schmierstoffe

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

Der Einsatz von beschichteten Feinblechen im Presswerk führt nicht nur zu einem verbesserten Korrosionsschutz, sondern auch zu einer Verminderung der Fertigungskosten innerhalb der Prozesskette durch Vereinfachung oder Entfall von Fertigungsschritten. Des Weiteren wirkt sich die Beschichtung positiv beim Tiefziehen aus, indem die Reibung herabgesetzt wird. Dadurch vergrößert sich beim Tiefziehen der Arbeitsbereich und die Umformbarketi des Werkstoffs kann besser genutzt werden.

Im Anlieferungszustand sind Bleche mit einer Transport- oder Korrosionschutzbeölung versenden. Im Automobilebau wird bei Automobilbauteilen die Korrosionschutzbeölung entfernt und eine neue, für den Umformvorgang im Presswerk benötigte Schmierstoffschicht aufgebraucht. Diese wird vor dem Fügeprozess durch Reinigungstauchbäder, welche aufwendig entsorgt werden müssen, entfernt.
Durch den Einsatz von organisch beschichteten Blechen, wie z.B. Dünnfilmversiegelungen, ergeben sich folgenden Vorteile:

• Reduzierung/Vereidigung umweltbelastender Reinigungsprozesse
• Reduzierung/Einsparung von sekundären Korrosionsschutzmaßahmen (Hohlraumkonservierung und Nahtabdichtungen)
• Einsparung/Reduzierung von Schmier- und Reinigungsmitteln
• Die für den Umformvorgang erforderliche Schmierschicht kann in dem Lack einbracht werden
• Verkürzung der Prozesskette

Da der Decklack sich durch Umformung optisch beispielsweise in Fabre und Glanzgrad verändern kann, werden in der Automobilindustrie meist Bleche mit organischer Vorbeschichtung eingesetzt. Der Decklack wird dann anschließend auf das fertige Bauteil aufgebracht.
Die Oberflächenbeschichtung der Bleche erfolgt kontinuierlich im Bandbeschichtungsverfahren (Coil Coating).
Organisch beschichtete Belche zeigen sehr gutes Umformverhalten, Infolge der guten tribologischen Eigenschaften der organischen Beschichtungssysteme wird der Blecheinzug erleichtet, Ferner werden die Grenzziehverhältnisse durch den Einsatz organisch beschichteter Feinbelche gesteigert.

Wichtige Anforderungen an die organische Beschichtung sind:

• Oberflächen- und Korrosionsschutz bei Transport und Lagerung
• Schutz vor galvanischer Korrosion
• Guter Haftgrund für den Lack
• Fehlerfreie Applikation in Bandbeschichtungsanlangen
• Hohe Kratzfestigkeit und gute Dehnfähigkeit.

Quelle(n):

• Doege, E. und Behrens B.-A. (2010): Handbuch Umformtechnik. Grundlagen, Technologien, Maschinen. 2. Auflage, Springer Verlag, Berlin Heidelberg ; S. 453

Bei der konventionellen Beölung wird in der Regel zu viel Schmierstoff aufgetragen, weil die Auftragssysteme keine genaue Dosierung ermöglichen. Die Folge ist ein (zu) hoher Ölverbrauch (Verlustschmierung) sowie Folgekosten durch die Ölverschleppung einschließlich der damit verbundenen Umweltrisiken.

Bei geringen Umformgraden ohne besondere Anforderungen an die Werkstückoberfläche kann häufig auf eine Schmierung verzichtet werden. Bei Forderungen nach langen Werkzeugstandzeiten wird dann häufig doch auf Schmierstoffe zurückgegriffen. Dabei ist die Qualität des Werkzeugs und insbesondere der Werkzeugoberfläche von ebenso hoher Bedeutung für deren Standzeit. Mittels CVD (chemical vapour deposition)- und PVD (physical vapour deposition)-Verfahren beschichtete Werkzeuge weisen z. B. erheblich bessere Standzeiten auf und bieten gute Voraussetzungen für die Realisierung der Trockenbearbeitung bzw. Minimalmengen-Schmierung (MSS).
Die Wahl der Kühlschmierstoffe und die richtige "Schmierstrategie" kann bei diesen und ähnlichen Prozessen eine entscheidende Rolle bezüglich der Wirtschaftlichkeit und der Prozesssicherheit haben.

Lässt sich keine wirtschaftliche Trockenumformung realisieren, so kann für den Schmierstoffbedarf bei der Blechumformung ein Richtwert von 1 – 5 g/m² herangezogen werden.

Tiefziehöle sind Gefahrstoffe und verlangen entsprechend vorkehrende Maßnahmen beim Transportieren, Lagern und Anwenden.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

Bei vielen Anwendungen der Blechbearbeitung werden nur Teilbereiche des Materials umgeformt, oft auch mit unterschiedlicher Intensität. Dementsprechend ist eine Schmierung vorwiegend an den hoch belasteten Bereichen erforderlich. Durch eine selektive Beölung kann der Schmierstoff genau an den Stellen aufgetragen werden, an denen er benötigt wird. Hier sind MMS-Systeme von Vorteil, da mit ihnen auch Teilbereiche des zu bearbeitenden Vormaterials beölt werden können. Sprühsysteme weisen für diesen Anwendungsbereich die größte Flexibilität auf, da die Düsen einzeln und mit kurzen Reaktionszeiten ansteuerbar sind.
Mit Einschränkungen bezüglich der Flexibilität können auch Walzenbeöler eingesetzt werden. Insbesondere bei großflächigen Anwendungen lassen sich so große Mengen an Schmierstoff und somit auch Reinigungsaufwand einsparen.

Mit gut eingestellten Systemen lassen sich Ölmengen ab ca. 1 g/m² auftragen.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

Eine noch relativ neue Entwicklung sind Trockenschmierstoffe (auch „Hot Melts“ genannt) als Alternative zu Schmierstoffen auf Ölbasis. Die meist pastenförmigen Schmierstoffe auf Molybdänsulfid-Basis (MoS2) können sowohl über Walzensysteme als auch über Sprühsysteme (mit Erwärmung) in sehr dünnen Schichten aufgetragen werden.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

• Durch den Einsatz von Trockenschmierstoffen (sog. „Hot Melts“) kann die Wirtschaftlichkeit in den Prozessketten der blechumformenden Industrie gesteigert werden.
• durch den Einsatz von Hot Melts konnten im Rahmen eines Verbundprojektes anhand seriennaher Versuche folgende Ergebnisse erzielt werden: 
• Schmierstoffreduktion von bis zu 80%
• der Wegfall von Nebentätigkeiten wie Ölen oder Säubern führt zu einer Produktivitätssteigerung beim Tiefziehen von ca. 30 %; Einsparungen in den nachfolgenden Prozessschirrten (insbesondere bei der Entfettung)
• exzellente Biegeeigenschaften, riefen- und kratzerlose Oberfläche sowie ein sauberer Arbeitsplatz
• Senkung der Ausschussquote

• Jährliche Einsparung von ca. 57.000 kg Ziehöl (bei einem Materialdurchsatz von 50.000 t) durch Umstellung auf Sprühbeölung an den Pressenlinien, Walzenbeölung mit Abquetschtechnik an den Coil- und Transferanlagen und partielle Befettung
• Bei der Weiterverarbeitung der Pressteile fiel dementsprechend bei den vorgeschalteten Waschprozessen nur eine stark reduzierte Ziehölmenge zur Entsorgung an.
• Durch das Logistiksystem mit standardisierten Transportbehältern wird als Verpackungsmaterial, wenn überhaupt erforderlich, Wellpappe aus Recyclingpapier gegenüber Spezialverpackungsmitteln aus Kunststoff u.a. Einmalverpackungen verwendet.
• Der jährliche Gesamtenergieverbrauch an elektrischer Energie des Presswerkes konnte um 1/3 reduziert werden (Druckluft wird mit einer Kompressoranlage mit 4 leistungsabgestuften Verdichtern erzeugt. Dadurch wird eine gleichmäßige Drucklufterzeugung erreicht und es entstand ein Minimum an Leerlauf bei den Verdichtern. In der Verdichteranlage entstehende Wärme wird mittels Wärmetauscher wieder entzogen und in das Hallenheizungssystem eingeleitet.
  Ein Luftumwälzungssystem an der Hallendecke verhindert eine Schichtbildung im Hallenklima und die Warmluftkonzentration im oberen Hallenbereich wird wieder nutzbar gemacht. Bei der Aufwärtsbewegung der Pressen wird elektrische Energie in das Versorgungsnetz zurück gespeist.)

•  Mögliche Alternative zu konventionellen Kühlschmierstoffe auf Mineralölbasis: Eine Wasser-Biopolymer-Lösung, die die Kühlwirkung von Wasser und die Schmierwirkung eines mineralölbasierten Schmierstoffes aufweist.
• Die Wasser-Biopolymer-Lösung kommt ohne Biozide aus und Energie kann gespart werden, da die Fluide vielfach ohne Kühlung eingesetzt werden können.
• Bearbeitete Metallteile müssen nicht von öligen Schmierstoffen befreit werden.
• Laut Hersteller lässt sich die Wasser-Biopolymer-Lösung mit etwa 90 % geringerem Energieaufwand als mineralölbasierte Kühlschmierstoffe herstellen und es werden etwa 75 % weniger versauernde Schadstoffe emittiert.

• Ökologisch unbedenkliche Schmierstoffe auf Pflanzenöl- oder Esterbasis sind zum Tiefziehen von aluminiumwalzplattiertem Stahlband besser geeignet als unlegierte Mineralöle.
• Auch bei umweltfreundlichen Schmierstoffen auf einen sparsamen Einsatz zu achten.

Pressen einer neuen Generation mit dezentralen „Twin-Servo“-Antrieben gewährleisten eine größere außermittige Belastung und dadurch mehr Freiheitsgrade zur Gestaltung des Umformprozesses. Sie sind kippsteif, werkzeugschonend und wartungsfreundlich bei geringerem Hallenflächenbedarf.

• auf diese Weise wird der Reibungsfluss stark reduziert und damit ein gutes Nachfließen des Blechwerkstoffs ermöglicht. Der Einsatz von Ziehfolie ist jedoch kostenintensiv und mit hohem Aufwand verbunden. Kostengünstiger ist der Einsatz von Kunststoff als Werkzeugwerkstoff.
• Kaltaufschweißungen werden verhindert und der Schmiermitteleinsatz reduziert.

Quelle(n):

• Doege, E. und Behrens B.-A. (2010): Handbuch Umformtechnik. Grundlagen, Technologien, Maschinen. 2. Auflage, Springer Verlag, Berlin Heidelberg ; S. 453

• Ein Energiemanagementkonzept für mechanische Pressen und Servopressen schließt „intelligente“ Lösungen bei periodischen Lastzyklen ein und trägt dazu bei, die Effektivität der Gesamtanlage zu steigern.
• Durch den gezielten Einsatz von Antriebskomponenten kann bei hohen Leistungsspitzen, die sich aus Arbeitslastzyklen ergeben, Energie in Speichermotoren oder Kondensatorbänken gepuffert und an anderer Stelle wieder eingesetzt werden. Obwohl hohe Leistungen über einen Zwischenkreis gespeichert und bewegt werden, bleiben Netzbelastung und Einspeiseeinheit dennoch klein.

Quelle(n):

• Springer-VDI-Verlag GmbH & Co. KG (2017): VDI-Z, Integrierte Produktion [online]. Springer-VDI-Verlag GmbH & Co. KG, verfügbar unter: ; 1/2-2013; S. 68 Link

Durch eine optimierte Prozesssteuerung kann Ausschuss vermieden und die Materialeffizienz gesteigert werden.
Durch eine feinfühlige Prozesssteuerung muss erreicht werden, dass die durch den Innendruck verursachte Wanddickenverringerung bei der Umformung, durch Nachschieben von Material durch die Axialstempel, nicht in kritische Bereiche kommt, aber andererseits die Axialkraft so limitiert wird, dass unerwünschte Falten oder Knickungen vermieden werden.

Quelle(n):

• Tschätsch, H. und Dietrich, J. (2008): Praxis der Umformtechnik: Arbeitsverfahren, Maschinen, Werkzeuge. 9. Auflage, Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden, Vieweg Praxiswissen ; S. 184

Durch die Kombination von Umform- und Fügevorgängen in der Presse oder flexible Fertigungsstrategien für Bauteile mit geringen Stückzahlen können Prozessschritte und damit verbundenen Ressourcenaufwendungen eingespart werden.

Quelle(n):

• Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ [InnoCaT®] (2015): Ergebnisse. Innovationsallianz. Green Carbody Technologies – InnoCaT®. Innovationsallianz Green Carbody, auch verfügbar als PDF unter: [abgerufen am: 11. Nov. 2016]; S. 29, 34 Link

Reduzierung der Ausfallmenge durch eine kontinuierliche Prozessüberwachung und –regelung und somit gesteigerte Materialeffizienz (Ermittlung aller relevanter Werkstoffkennwerte, optische Bauteilbewertung,etc.)

Quelle(n):

• Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ [InnoCaT®] (2015): Ergebnisse. Innovationsallianz. Green Carbody Technologies – InnoCaT®. Innovationsallianz Green Carbody, auch verfügbar als PDF unter: Link

Leichtbauprodukte zeichnen sich insbesondere durch ihre hohe Ressourceneffizienz während der Nutzungsphase aus.
Für die Realisierung metallischer Leichtbaustrukturen rückt die Fertigungstechnik - u.a. das Umformen - in den Vordergrund.

Das Umformen neuer Werkstoffe bedeutet für Stahl, Aluminium und Magnesium verringerte Duktilität bei steigenden Umformkräften. Lösungen liegen hier bei der Verwendung von Wirkmedien etwa bei der Hochdruckblechumformung, durch erhöhte Umformtemperaturen zum Beispiel beim Tiefziehen von Stahlblechen oder Biegen von Magnesiumprofilen und bei der Verkürzung von Prozessketten.

Quelle(n):

• Karlsruher Institut für Technologie (2017): Portal Produktionsforschung [online]. Karlsruher Institut für Technologie, verfügbar unter: ; (Projektträger Karlsruhe; Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)): www.produktionsforschung.de/themenfelder/UCM01_000203?TF_ID=28 Link

Zieheinrichtungen im Pressentisch werden für Blechhalterkräfte in der Ziehstufe benötigt. Diese sehr hohe Energie wird in der Regel komplett in Wärme umgesetzt. Eine Servo-Presse mit Energierückgewinnung aus dem Ziehkissen wurde am IFU in Stuttgart vor kurzem aufgestellt. Erste Messungen an dieser in Europa einzigartigen Maschine haben eine Energierückgewinnung von bis zu 70% ergeben und zeigen damit das enorme Potential dieser neuen Technologie auf.

Quelle(n):

• Universität Stuttgart, Institut für Umformtechnik (2017): Energierückgewinnung mittels Servotechnik [online]. Universität Stuttgart, verfügbar unter: ; http://www.uni-stuttgart.de/ifu/Forschung/Forschungsgebiete/Blechumformung/Energierueckgewinnung_mittels_Servotechnik/index.html Link

Durch innovative Software zur Programmierung, Analyse und Simulation von mehrstufigen Pressen können komplette Presslinien simuliert und auf Kollisionsfreiheit überprüft werden

Quelle(n):

• Springer-VDI-Verlag GmbH & Co. KG (2017): VDI-Z, Integrierte Produktion [online]. Springer-VDI-Verlag GmbH & Co. KG, verfügbar unter: ; 1/2-2013; S. 68 Link

Durch Warmumformstraßen können im Presswerk, ausgestattet mit parallelen Rollenherd-Öfen, die auf 930°C erhitzten Platinen in nur einem Prozessschritt umgeformt und im nu 5,5s auf 180°C heruntergekühlt werden.
Aus dem schon technisch beherrschbaren Warmumform-Prozess soll zukünftig außerdem der Beschnitt am „heißen“ Teil möglich sein.

Quelle(n):

• Springer-VDI-Verlag GmbH & Co. KG (2017): VDI-Z, Integrierte Produktion [online]. Springer-VDI-Verlag GmbH & Co. KG, verfügbar unter: ; 1/2-2013; S. 82 Link

• Entwicklung einer durchgehenden In-Line-Überwachung der Fertigung zur Vermeidung von Fehlern bzw. zur sicheren Aussortierung fehlerbehafteter Bauteile
• Der Werkstoff-In-Line-Test ermöglicht die Reduzierung der Ausschussquote um ca. 50% durch frühzeitiges und gesteuertes Eingreifen bei Schwankungen der Werkstoffparameter.
• Die Einschnürungserkennung verhindert die Weitergabe fehlerbehafteter Bauteile an die Montage und somit Folgekosten. Zu erwarten sind Einsparungen zwischen 5 T Euro per anno und 10 T Euro per anno auf ein Bauteil bezogen.
• Die optimierten Fertigungsbedingung führen ferner zur Erhöhung der Flexibilität in der Fertigung, schnelleren Ramp-up’s sowie wirtschaftlicher Fertigung (insbesondere von Derivaten).

• Große Verlustleistung bei Pressen mit Ziehkissen: Kissenenergie wird in Wärme umgewandelt und geht dem Prozess verloren. Hohe Kühlleistungen sind die Folge.
• Bei einem Projekt der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies" (InnoCaT  2) konnten Einsparung von bis zu 30% Energie durch Reduzierung der Verlustenergien an Umformmaschinen (Hauptformgebung Ziehen) mit alternativen Lösungen in der Zieh- bzw. Kissentechnik, des Maschinenaufbaus und der Gestaltung der Bewegungsabläufe erreicht werden.

• Der Sitzquerträger wurde bisher auf einer sechsstufigen Transferpresse mittels Tiefziehen umgeformt. Die Umgestaltung für eine einzige Umformstufe mit anschließender, flexibler Fertigung auf Blechbearbeitungsmaschinen ermöglicht eine wirtschaftliche Fertigung bei sinkenden Stückzahlen. Die Gleichwertigkeit im Crashverhalten wird durch Fallturm-Versuche an Realbauteilen abgesichert.
• Das Werkzeugmaterial konnte um 90 % und die Prozessenergie um 50 % reduziert sowie der Blechausnutzungsgrades von 60 % auf 77 % erhöht werden.
• Darüber hinaus konnte Erhöhung der Flexibilität in der Fertigung, schnellere Ramp-up‘s, wirtschaftliche Fertigung (insbesondere von Derivaten)

• Durch ein Projektes der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies" (InnoCaT  2) konnte nachgewiesen werden, dass bei der Methodenplanung der Ansatz „Formschlagen“, ausgehend von den definierten Parametern, zu einer signifikanten Verringerung der Ankonstruktion führt.
• Die Ergebnisse des Projektes zeigen, dass eine Massereduzierung von 198g/Satz und eine Energiereduzierung von 0,5 kWh/Satz möglich sind.

• Entwicklung eines Verfahrens zum Kaltumformen und Bau einer neuartigen Transferpresse für die Großserienproduktion
• Vermeidung von Fügeprozessen durch variabel steuerbare Geschwindigkeiten von Innen- und Außenmatritze
  
• Material- und Gewichtseinsparungen von bis zu 60 %
• CO₂-Einsparung von 394,1 t/a bei einer Produktionsmenge von 700.000 Bauteilen pro Jahr
  

Die neu entwickelten, universell einsetzbaren Sensorelemente und Sensoren für Umformwerkzeuge können die Lage bzw. den Ausformungsgrad der Bauteile während der Umformprozesse unter Produktionsbedingungen überwachen.
Das ermöglicht:

• Kostengünstigere umformtechnische Fertigung durch Vermeidung von Ausschuss
• Erschließung neuer Märkte für die Unternehmen der Umformtechnik durch die prozesssichere Verarbeitung hoch- und höchstfester Werkstoffe sowie die Erweiterung der Verfahrensgrenzen für umformtechnisch hergestellte Bauteile,
• Kosteneinsparungen durch verkürzte Einfahrzeiten beim Prototyping von IHU-Prozessen,
• Kosteneinsparungen durch verkürzte Taktzeiten bei IHU-Prozessen

Umformwerkzeuge mit integrierter Dünnschichtsensorik zur Prozessregelung können vor allem beim Tiefziehen sowie beim Innenhochdruck-Umformen eingesetzt werden. Dort können die Ausschussraten um ca. 10% gesenkt werden. Für eine Stückzahl von 500.000 Bauteilen p.a. kann das eine Kostenersparnis von bis zu 450.000 EUR bedeuten. Darüber hinaus kann solche Sensorik beim hydromechanischen Tiefziehen sowie in der Massivumformung Anwendung finden.

• multifunktionales Dünnschichtsystem, das in den Hauptbelastungszonen sitzt und den Prozess sensibel und hochdynamisch überwacht
• gewährleistet eine langzeitstabile Erfassung und Überwachung der Produktion und vermindert somit Ausschuss

•  Die Schichtdicke des Ziehöls kann präzise und fein und somit ressourceneffizient eingestellt werden.
• Das innovative Konzept vereinigt in einem Applikator Mechanik und Elektronik: Dies ermöglicht bei ähnlichen Abmessungen wie gewohnt eine Veränderung der Ausflussrate von 0 bis 100 % in weniger als 10 ms sowie die Überwachung von Temperatur und Ausflussrate. Die Applikatoren sind deshalb besonders geeignet für den Einsatz mit Roboter- und Handlingsystemen.

• Mit Hilfe des Physical Vapour Deposition (PVD)- Verfahrens beschichtete Werkzeuge für die Umformung neuartiger hochfester Bleche.
• Derartige Bleche ermöglichen gewichtsreduzierte Fahrzeugkonstruktionen, die wiederum zu Kraftstoffeinsparungen führen.

• Ökologisch unbedenkliche Schmierstoffe auf Pflanzenöl- oder Esterbasis sind zum Tiefziehen von aluminiumwalzplattiertem Stahlband besser geeignet als unlegierte Mineralöle.
• Auch bei umweltfreundlichen Schmierstoffen auf einen sparsamen Einsatz zu achten.

Verbundprojekt mit dem Ziel den Verschleiß von Tiefziehwerkzeugen zu reduzieren:

• Die Werkzeuge mit den optimierten Ziehkanten erreichen eine um etwa 50 Prozent längere Standzeit.

• Andererseits arbeiten die Forscher an einem aktiven Verschleißschutz, indem sie die Materialoberfläche in den kritischen Bereichen durch zusätzlich eingebrachte Legierungselemente oder aufgeschweißte harte Schichten optimieren. Am Ende soll die Kombination beider Verfahren das Ergebnis nochmals verbessern.

Die durch Umformverfahren hergestellten Halbzeuge oder Produkte müssen, wenn der Umformhilfsstoff nicht gleichzeitig als Korrosionsschutz dient, vor der Weiterverarbeitung oder dem Versand gereinigt werden.
Bei der Weiterverarbeitung sowie bei anschließenden Reinigungsprozessen sollte die Chemikalienverträglichkeit der miteinander in Kontakt kommenden Prozessstoffe (z. B. Reinigungsbad) überprüft werden.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

Bei der spanenden Metallbearbeitung ist das Einsatzspektrum der Trockenbearbeitung bzw. Minimalmengen-Schmierung (MMS) mit all seinen Vorteilen schon weit entwickelt. Bei Umformprozessen ist das Erfahrungsspektrum noch nicht so vielfältig aber es lohnt sich die betrieblichen Einsatzmöglichkeiten zu prüfen.

Die Einsatzmengen sind in der Regel im Vergleich zu spanenden Bearbeitungsverfahren gering, da der Auftrag direkt auf die Materialoberfläche, meist in dünnen Schichten erfolgt. Ein vollständiger Verzicht auf Schmierstoffe (trockene Umformung) ist meist nur bei geringen Materialstärken bzw.geringen Umformgraden möglich.

Die Vorteile der Minimalmengen-Schmierung bzw. der Trockenbearbeitung:

•    bis zu 95 % reduzierten Schmierstoffeinsatz
•    Reduzierung des Reinigungsaufwands von Produkten, Maschinen und der Umgebung bis teilweise zur vollständigen Vermeidung von Reinigungs- und Entfettungsprozessen
•    Steigerung der Effizienz (Erhöhung der Qualität, Reduzierung des Ausschusses
•    verbesserte Arbeitsplatzqualität
•    vermiedene Entsorgungskosten für verbrauchte oder ausgeschleppte Schmierstoffe

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

Der Einsatz von beschichteten Feinblechen im Presswerk führt nicht nur zu einem verbesserten Korrosionsschutz, sondern auch zu einer Verminderung der Fertigungskosten innerhalb der Prozesskette durch Vereinfachung oder Entfall von Fertigungsschritten. Des Weiteren wirkt sich die Beschichtung positiv beim Tiefziehen aus, indem die Reibung herabgesetzt wird. Dadurch vergrößert sich beim Tiefziehen der Arbeitsbereich und die Umformbarketi des Werkstoffs kann besser genutzt werden.

Im Anlieferungszustand sind Bleche mit einer Transport- oder Korrosionschutzbeölung versenden. Im Automobilebau wird bei Automobilbauteilen die Korrosionschutzbeölung entfernt und eine neue, für den Umformvorgang im Presswerk benötigte Schmierstoffschicht aufgebraucht. Diese wird vor dem Fügeprozess durch Reinigungstauchbäder, welche aufwendig entsorgt werden müssen, entfernt.
Durch den Einsatz von organisch beschichteten Blechen, wie z.B. Dünnfilmversiegelungen, ergeben sich folgenden Vorteile:

• Reduzierung/Vereidigung umweltbelastender Reinigungsprozesse
• Reduzierung/Einsparung von sekundären Korrosionsschutzmaßahmen (Hohlraumkonservierung und Nahtabdichtungen)
• Einsparung/Reduzierung von Schmier- und Reinigungsmitteln
• Die für den Umformvorgang erforderliche Schmierschicht kann in dem Lack einbracht werden
• Verkürzung der Prozesskette

Da der Decklack sich durch Umformung optisch beispielsweise in Fabre und Glanzgrad verändern kann, werden in der Automobilindustrie meist Bleche mit organischer Vorbeschichtung eingesetzt. Der Decklack wird dann anschließend auf das fertige Bauteil aufgebracht.
Die Oberflächenbeschichtung der Bleche erfolgt kontinuierlich im Bandbeschichtungsverfahren (Coil Coating).
Organisch beschichtete Belche zeigen sehr gutes Umformverhalten, Infolge der guten tribologischen Eigenschaften der organischen Beschichtungssysteme wird der Blecheinzug erleichtet, Ferner werden die Grenzziehverhältnisse durch den Einsatz organisch beschichteter Feinbelche gesteigert.

Wichtige Anforderungen an die organische Beschichtung sind:

• Oberflächen- und Korrosionsschutz bei Transport und Lagerung
• Schutz vor galvanischer Korrosion
• Guter Haftgrund für den Lack
• Fehlerfreie Applikation in Bandbeschichtungsanlangen
• Hohe Kratzfestigkeit und gute Dehnfähigkeit.

Quelle(n):

• Doege, E. und Behrens B.-A. (2010): Handbuch Umformtechnik. Grundlagen, Technologien, Maschinen. 2. Auflage, Springer Verlag, Berlin Heidelberg ; S. 453

Bei der konventionellen Beölung wird in der Regel zu viel Schmierstoff aufgetragen, weil die Auftragssysteme keine genaue Dosierung ermöglichen. Die Folge ist ein (zu) hoher Ölverbrauch (Verlustschmierung) sowie Folgekosten durch die Ölverschleppung einschließlich der damit verbundenen Umweltrisiken.

Bei geringen Umformgraden ohne besondere Anforderungen an die Werkstückoberfläche kann häufig auf eine Schmierung verzichtet werden. Bei Forderungen nach langen Werkzeugstandzeiten wird dann häufig doch auf Schmierstoffe zurückgegriffen. Dabei ist die Qualität des Werkzeugs und insbesondere der Werkzeugoberfläche von ebenso hoher Bedeutung für deren Standzeit. Mittels CVD (chemical vapour deposition)- und PVD (physical vapour deposition)-Verfahren beschichtete Werkzeuge weisen z. B. erheblich bessere Standzeiten auf und bieten gute Voraussetzungen für die Realisierung der Trockenbearbeitung bzw. Minimalmengen-Schmierung (MSS).
Die Wahl der Kühlschmierstoffe und die richtige "Schmierstrategie" kann bei diesen und ähnlichen Prozessen eine entscheidende Rolle bezüglich der Wirtschaftlichkeit und der Prozesssicherheit haben.

Lässt sich keine wirtschaftliche Trockenumformung realisieren, so kann für den Schmierstoffbedarf bei der Blechumformung ein Richtwert von 1 – 5 g/m² herangezogen werden.

Tiefziehöle sind Gefahrstoffe und verlangen entsprechend vorkehrende Maßnahmen beim Transportieren, Lagern und Anwenden.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

Bei vielen Anwendungen der Blechbearbeitung werden nur Teilbereiche des Materials umgeformt, oft auch mit unterschiedlicher Intensität. Dementsprechend ist eine Schmierung vorwiegend an den hoch belasteten Bereichen erforderlich. Durch eine selektive Beölung kann der Schmierstoff genau an den Stellen aufgetragen werden, an denen er benötigt wird. Hier sind MMS-Systeme von Vorteil, da mit ihnen auch Teilbereiche des zu bearbeitenden Vormaterials beölt werden können. Sprühsysteme weisen für diesen Anwendungsbereich die größte Flexibilität auf, da die Düsen einzeln und mit kurzen Reaktionszeiten ansteuerbar sind.
Mit Einschränkungen bezüglich der Flexibilität können auch Walzenbeöler eingesetzt werden. Insbesondere bei großflächigen Anwendungen lassen sich so große Mengen an Schmierstoff und somit auch Reinigungsaufwand einsparen.

Mit gut eingestellten Systemen lassen sich Ölmengen ab ca. 1 g/m² auftragen.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

• Durch den Einsatz von Trockenschmierstoffen (sog. „Hot Melts“) kann die Wirtschaftlichkeit in den Prozessketten der blechumformenden Industrie gesteigert werden.
• durch den Einsatz von Hot Melts konnten im Rahmen eines Verbundprojektes anhand seriennaher Versuche folgende Ergebnisse erzielt werden: 
• Schmierstoffreduktion von bis zu 80%
• der Wegfall von Nebentätigkeiten wie Ölen oder Säubern führt zu einer Produktivitätssteigerung beim Tiefziehen von ca. 30 %; Einsparungen in den nachfolgenden Prozessschirrten (insbesondere bei der Entfettung)
• exzellente Biegeeigenschaften, riefen- und kratzerlose Oberfläche sowie ein sauberer Arbeitsplatz
• Senkung der Ausschussquote

• Entwicklung von Pulverlackprototypen, die im Niedrigtemperaturbereich vernetzen und sich deshalb für Beschichtungen auf temperatursensitiven Metalllegierungen eignen.
• Die Pulverlack vorbeschichteten Aluminium-Bleche lassen sich durch komplexe Umformoperationen, wie z. B. Tiefziehen, bei Raumtemperatur (20°C) mit hohem Umformgrad in 3-D-Bauteile umformen. Dabei treten im Schichtsystem weder Mikrorisse noch Strukturierungen auf. 
• Die Ergebnisse ermöglichen künftig eine grundlegende und effiziente Umgestaltung des Herstellungsprozesses von mit Pulverlack beschichteten 3-D-Aluminiumbauteilen, weg von der Stückbeschichtung hin zur Platinenbeschichtung. 
• Durch die komplette Umkehrung des Prozesses im Vergleich zum Stand der Technik lassen sich über eine Einstufen- (Härtungstemperaturen max. 150°C) oder Zweistufenvernetzungstechnologie aufwendige und kostenintensive Reinigungs- und Beizschritte reduzieren oder einsparen, was eine enorme Einsparung von Energie, Lösemitteln und die Reduktion bzw. Vermeidung von Sondermüll zur Folge hat.

• Jährliche Einsparung von ca. 57.000 kg Ziehöl (bei einem Materialdurchsatz von 50.000 t) durch Umstellung auf Sprühbeölung an den Pressenlinien, Walzenbeölung mit Abquetschtechnik an den Coil- und Transferanlagen und partielle Befettung
• Bei der Weiterverarbeitung der Pressteile fiel dementsprechend bei den vorgeschalteten Waschprozessen nur eine stark reduzierte Ziehölmenge zur Entsorgung an.
• Durch das Logistiksystem mit standardisierten Transportbehältern wird als Verpackungsmaterial, wenn überhaupt erforderlich, Wellpappe aus Recyclingpapier gegenüber Spezialverpackungsmitteln aus Kunststoff u.a. Einmalverpackungen verwendet.
• Der jährliche Gesamtenergieverbrauch an elektrischer Energie des Presswerkes konnte um 1/3 reduziert werden (Druckluft wird mit einer Kompressoranlage mit 4 leistungsabgestuften Verdichtern erzeugt. Dadurch wird eine gleichmäßige Drucklufterzeugung erreicht und es entstand ein Minimum an Leerlauf bei den Verdichtern. In der Verdichteranlage entstehende Wärme wird mittels Wärmetauscher wieder entzogen und in das Hallenheizungssystem eingeleitet.
  Ein Luftumwälzungssystem an der Hallendecke verhindert eine Schichtbildung im Hallenklima und die Warmluftkonzentration im oberen Hallenbereich wird wieder nutzbar gemacht. Bei der Aufwärtsbewegung der Pressen wird elektrische Energie in das Versorgungsnetz zurück gespeist.)

•  Mögliche Alternative zu konventionellen Kühlschmierstoffe auf Mineralölbasis: Eine Wasser-Biopolymer-Lösung, die die Kühlwirkung von Wasser und die Schmierwirkung eines mineralölbasierten Schmierstoffes aufweist.
• Die Wasser-Biopolymer-Lösung kommt ohne Biozide aus und Energie kann gespart werden, da die Fluide vielfach ohne Kühlung eingesetzt werden können.
• Bearbeitete Metallteile müssen nicht von öligen Schmierstoffen befreit werden.
• Laut Hersteller lässt sich die Wasser-Biopolymer-Lösung mit etwa 90 % geringerem Energieaufwand als mineralölbasierte Kühlschmierstoffe herstellen und es werden etwa 75 % weniger versauernde Schadstoffe emittiert.

• Durch die Verkürzung der Prozesskette ist eine deutliche Reduzierung der erforderlichen Ressourcen Material, Zeit und Anlagenenergiebedarf zu erwarten.
• Die Ergebnisse eines Projektes der Innovationsallianz „Green Carbody Technologies" (InnoCaT  2) zeigen, dass eine Massereduzierung pro Karosserie (der Referenzkarosserie) von 5 kg möglich ist.