KryoBoss - Kryogene Kühlung bei der spanenden Bohrungsbearbeitung von Materialstacks aus Leichtbauwerkstoffen mit semi-automatischen Bohrvorschubeinheiten
Beschreibung
Die zunehmende politische, wirtschaftliche und gesellschaftliche Forderung, Kohlenstoffdioxid-Emissionen (CO2) zu reduzieren, führt dazu, dass der Leichtbau im Mobilitätssektor an Bedeutung gewinnt. Hierdurch wird einerseits der Rohstoffeinsatz bei der Herstellung und andererseits der Energieverbrauch im Betrieb reduziert. Um stofflich und konstruktiv optimale Eigenschaften bei möglichst geringstem Gewicht zu erreichen, bestehen Leichtbaustrukturen zunehmend aus belastungsangepassten Schichten unterschiedlicher Leichtbauwerkstoffe, sogenannten Stacks. Um die Schichten z.B. mittels Nieten oder Schrauben dauerhaft zu verbinden ist zunächst eine serielle spanende Bohrungsbearbeitung erforderlich. Die Bearbeitung dieser Materialstacks bringt jedoch Herausforderungen mit sich. So müssen Werkzeuge, die in der Regel nur für einen einzigen Werkstoff ausgelegten sind, für die Bearbeitung aller im Stack vorliegenden Materialien eingesetzt werden. Dies führt zu einem erhöhten Werkzeugverschleiß und Qualitätsproblemen. Allein in der Flugzeugstrukturmontage der europäischen OEMs werden täglich über eine Million Bohrungen mit sogenannten semi-automatischen Bohrvorschubeinheiten (Advanced Drilling Units - ADU) gefertigt. Dazu werden die Maschinen vom Werker in die am Rumpf befestigten Bohrschablonen eingesetzt und verriegelt, während die übrigen Prozessschritte (Anbohrvorgang, schichtabhängige Drehzahl- und Vorschubregelung, Austrittsdetektion, Rückzug des Werkzeugs) automatisiert ablaufen. Die semi-automatischen Geräte sind dadurch deutlich wiederholgenauer, effizienter und schneller als werkergeführte Handbohrmaschinen. Dies führt dazu, dass sie die manuell durchgeführte Bohrbearbeitung im Rahmen des aktuellen Automatisierungstrends stetig aus der Fertigung verdrängen. Zudem sind sie auch für schwer zugängliche Bereiche einsetzbar, bei denen eine vollständige Automatisierung mittels Industrieroboter nicht umgesetzt werden kann.
Das übergeordnete Gesamtziel des Projekts „KryoBoss - Kryogene Kühlung bei der spanenden Bohrungsbearbeitung von Materialstacks aus Leichtbauwerkstoffen mit semi-automatischen Bohrvorschubeinheiten“ ist die Entwicklung eines innovativen Produktionsprozesses, der eine nachhaltige Montage von Leichtbaustrukturen für den Mobilitätssektor ermöglicht. Die Einbindung von kryogener Kühlung in den etablierten semi-automatischen Bohrprozess ermöglicht eine erhebliche Reduktion des Ressourcen- und Energieverbrauchs und verspricht gleichzeitig eine hohe Akzeptanz in der industriellen Umsetzung durch Produktivitätssteigerung und reduzierte Fertigungskosten. Angestrebt wird eine Erhöhung der Werkzeugstandzeit um 100 % und eine dementsprechende Verringerung des Verbrauchs von Hartmetallschneidstoffen. Deren Grundlegende Rohstoffe weisen neben dem hohen Primärenergiebedarf entlang der Herstellroute die Einstufung zu kritischen Rohstoffen nach EU Critical Raw Materials Act (CRMA) auf und unterliegen darüber hinaus der EU-Konfliktmineralien-Verordnung (2017/821).
Projektpartner
An dem Vorhaben sind weiterhin folgende Firmen beteiligt:
