Triboforschung für optimale Umformergebnisse
Erforschung von optimierten Prozessparametern
Am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen University sind seit Juli 2019 ein Tribometer sowie eine Laborbeölungsanlage für die umfassende Erforschung tribologischer Systeme in Betrieb. Die notwendige Ausstattung und das Know-How hierfür wurden vom sauerländischen Schmiertechnik- und Tribologiespezialist Raziol geliefert.
Mit seiner mittlerweile 113 Jahre anhaltenden Forschungstradition ist das Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen University ein weltweites Synonym für zukunftsweisende Forschung und Entwicklung. An insgesamt vier Universitätslehrstühlen der Ingenieurdisziplin Maschinenbau arbeiten rund 850 Mitarbeiter im Bereich der Lehre und Forschung für Produktionstechnik. Durch die Kooperation der vier Lehrstühle können hier alle Kernthemen im Bereich der Produktionstechnik unter einem Dach erforscht und zusammengetragen werden.
Das WZL unterhält seit jeher Kooperationen mit namhaften internationalen Industrieunternehmen, die wiederum über unterschiedliche Arbeitskreise miteinander verbunden sind. So liegt am WZL – neben der Grundlagenforschung – auch ein großer Fokus auf Forschungsvorhaben, die an den Erfordernissen der Industrie ausgerichtet sind und als Folge eine Prozessoptimierung im Unternehmen darstellen.
Triboforschung in Untersuchungsräume integriert
Am WZL-Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren betrifft dies für den Bereich der Umformtechnik experimentelle Fragestellungen, die sich übergeordnet mit aktuellen Themen wie beispielsweise Elektromobilität, Industrie 4.0 oder Green Factory beschäftigen. Dr.-Ing. Andreas Feuerhack ist Leiter der Industrieforschung und des Arbeitskreises Feinschneiden (AKF) im Bereich der Umformtechnik am WZL. Am Aachener Forschungsstandort Rotter Bruch steht ihm und seinem Team in einer Halle ein Maschinenpark auf insgesamt 500 Quadratmetern für die Forschung an Fertigungstechnologien im Bereich des Umformens und Feinschneidens zur Verfügung.
Nach einem Brand im Februar 2016 war die Maschinenhalle des Werkzeugmaschinenlabors am Standort Campus Melaten nicht mehr nutzbar. Für den Wiederaufbau werden am WZL seitdem zahlreiche neue Maschinen angeschafft und in Betrieb genommen. Seit Juli 2019 werden nun auch ein Tribometer zur Reibwertermittlung sowie eine Laborbeölungsanlage, beides Entwicklungen aus dem Hause Raziol, für die umfassende Erforschung der tribologischen Systeme genutzt.
Feuerhack: „Wir betrachten umformtechnische Prozesse in der Forschung stets ganzheitlich. Dazu gehört auch das tribologische System, das im Untersuchungsraum integriert wird und einen Schlüsselfaktor im Umformprozess darstellt.“
Dass die Stellschraube Schmierstoff in Verbindung mit der passenden Auftragstechnik beim Umformprozess optimal ausgewählt und eingestellt ist, damit beschäftigt sich Raziol zusammen mit seinen Kunden aus der blechverarbeitenden Industrie seit Jahrzehnten. Das in Iserlohn ansässige Unternehmen ist ein Spezialist für die Entwicklung und Fertigung von Sprüh- oder Walzenanlagen zur Band- und Platinenbeölung sowie der dazugehörigen Umformschmierstoffe.
Wichtigstes Kriterium für die Kunden: Ein gleichmäßiger und reproduzierbarer Ölauftrag, der einen gezielten und anwendungsgerechten Einsatz von Schmierstoffen gewährleistet sowie Ausfallzeiten in der Produktion vermeidet.
Tribometer und Laborbeölungsanlage liefern Industriekunden wichtige Entscheidungshilfen
Um das sicherzustellen, hat sich Raziol unter anderem auch mit der Eigenentwicklung von tribologischen Prüfanlagen beschäftigt. So können für die interne Prüfung an der Raziol Laborbeölungsanlage beispielsweise Blechstreifen mit unterschiedlichen Schmierstoffarten definiert beölt werden. Im Anschluss können dann am Raziol Tribometer Prozessparameter für eine Simulation der Reibungsverhältnisse nachgestellt werden.
Hierzu wird in einem Streifenziehversuch im Flachbahnprinzip der Reibungskoeffizient zwischen Werkzeug und Material ermittelt. „Durch die Betrachtung des Reibkollektivs, einer zugeschnittenen Schmierstoffauswahl und der Anwendung moderner Applikationstechniken begleiten und beraten wir unsere Kunden auf dem Weg zu einem stabilen Umformprozess“, sagt ppa. Dipl.-Ing. Mathias Schmeier, Vertriebsleitung und Technischer Dienst Raziol Lube.
Tribologieverständnis ist ein Schlüsselfaktor
Ziele also, die auch für die Forschungsvorhaben am WZL eine hohe Relevanz besitzen. Dr.-Ing. Andreas Feuerhack steht nach gemeinsamen Forschungsprojekten mit der Fa. Raziol seit Jahren im Austausch. Er weiß: „Die Tribologie ist ein Schlüsselfaktor in der Umformtechnik und entscheidet maßgeblich über die Qualität des Ergebnisses. Nur wenn das Tribosystem verstanden und beherrscht wird, sind erstklassige Resultate bei der Umformung erzielbar.“
Das WZL kann für seine Forschungen durch die Investition in die tribologische Prüfanlage von Raziol nun also auf bereits in der Praxis bewährte Messinstrumente selbst zugreifen. „Die Grundüberlegung bei unseren Forschungen bezüglich des tribologischen Systems ist immer die Frage, wie es gelingen kann, durch geeignete Prozessführung und geschickte Wahl von Prozessparametern den Lastpfad so einzustellen, dass wir ein perfektes Umformergebnis erzielen und gleichzeitig das Potenzial eines Werkstoffs maximal ausreizen“, beschreibt Dr.-Ing. Feuerhack die Anforderungen an die Forschungen in der Gruppe Umformende Fertigungsverfahren am WZL.
Neue Anwendungsfelder und Möglichkeiten zur Erforschung umformender Fertigungsverfahren
In der Forschungspraxis werden Tribometer und Laborbeölungsanlage nun beispielsweise zukünftig im SFB/Transregio 188 „Schädigungskontrollierte Umformprozesse“, einem von der TU Dortmund und der RWTH Aachen initiierten Langzeitforschungsprojekt, genutzt. Hier soll durch Versuchsreihen am Tribometer der Lastpfad im optimalen Fall einmal so eingestellt werden können, dass durch Beherrschung des tribologischen Systems Lastpfade beim Umformprozess kontrolliert werden können.
Ein weiteres Beispiel für den Einsatz von Tribometer und Laborbeölungsanlage widmet sich dem Thema der Fertigung von Bipolarplatten für Brennstoffzellen. Martina Müller, wissenschaftliche Mitarbeiterin am WZL im Cluster Produktionstechnik und angehende Doktorandin, prüft derzeit den Versuchsansatz der Modifizierung des Streifenziehversuchs am Tribometer hin zu einem Gleitstauchversuch. So könnten dann analog zum Streifenziehversuch ebenfalls Reibwerte ermittelt werden, die dann auch für die Machbarkeit und Qualität von Kaltmassivumformprozessen wichtige Kennzahlen liefern.
