Umweltschonender Presshärten mit Induktion

Fahrzeuge umweltfreundlicher und effizienter herstellen – das ist das Ziel eines neuen Forschungsprojekts unter der Leitung des Lehrstuhls für „Leichtbau im Automobil“ (LIA) an der Universität Paderborn. Für dieses Vorhaben hat sich das LIA mit Wissenschaftlern des Instituts für Elektrotechnik und des Software Innovation Labs der Universität Paderborn sowie mit den Unternehmen BUL Werkzeugbau, Moetscher Group, Moryx Industry by Phoenix Contact, Ulrich Rotte Anlagenbau und Fördertechnik, Westfalen Wind Planung, AEG Power Solutions, Intilion und Kirchhoff Automotive zusammengeschlossen. Darüber hinaus ist das Projekt „Regenerative Energien für den effizienten Betrieb von Presshärtelinien“ (Re²Pli) eng eingebunden in die Initiative „Neue Mobilität Paderborn“. Re²Pli wird im Rahmen der Initiative „Progres.NRW – Innovation“ vom Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen über einen Zeitraum von drei Jahren mit rund 3,5 Mio. EUR gefördert und durch den Projektträger Jülich betreut.

Moderne Autos bestehen bis zu 40 % aus pressgehärteten Bauteilen. Durch das verringerte Gewicht sinken die CO₂-Emissionen während des Fahrzeugbetriebs maßgeblich. Der Herstellungsprozess dieser Bauteile ist hingegen mit hohen Emissionen verbunden. „Beim industriellen Presshärteprozess werden Blechplatinen üblicherweise in bis zu 40 Meter langen Öfen erwärmt. Um diese Öfen auf eine Temperatur von 950 Grad Celsius zu bringen, sind meistens fossile Energieträger notwendig“, erklärt Prof. Dr. Thomas Tröster, Inhaber des Lehrstuhls für LIA und Vorstand der Initiative „Neue Mobilität Paderborn“. Hinzu kommt, dass die großen Öfen aufgrund langer Aufheiz- und Abkühlzeiten häufig auch während eines Produktionsstillstands weiter beheizt werden.

Die Verwendung von Induktion könnte hier Vorteile bieten: Induktive Erwärmung basiert auf elektrischer Energie und ermöglicht den Einsatz von regenerativ gewonnenem Strom. Außerdem können durch die direkt im Bauteil erzeugte Wärme hohe Temperaturen schneller und wirkungsvoller als bisher erreicht werden. „So können wir den Fertigungsprozess auch platzsparender und flexibler gestalten“, sagt Jonathan Behm, wissenschaftlicher Mitarbeiter am LIA. Um die Serientauglichkeit der Methode nachzuweisen, bauen die Projektbeteiligten eine ganzheitliche Produktionslinie für pressgehärtete Bauteile mit induktiver Erwärmung auf. Für die Betriebsplanung nutzen sie digitale Analysen und Software-Prototypen, sodass optimierte Geschäftsmodelle für alle Beteiligten, darunter Maschinen-Eigentümer oder Batteriespeicher-Besitzer, entstehen können.

Schon während der Entwicklungsarbeit werden die Ergebnisse in einem realen Umfeld erprobt. Dafür ist Re²Pli in die Initiative „Neue Mobilität Paderborn“ eingebettet, die bisher isoliert betrachtete Forschungsfelder – Mobilitätsforschung, Fahrzeugkonzepte, Energiesysteme und Digitalisierung – miteinander verknüpft. Mehr als 70 Netzwerk-Partner haben sich in einem eigens gegründeten Verein bereits zusammengefunden. „In unseren Analysen werden wir künftig von den zahlreichen Schnittstellen innerhalb der Initiative ‚Neue Mobilität Paderborn‘ profitieren. Wenn wir die energetischen, ökologischen und wirtschaftlichen Aspekte ganzheitlich betrachten, können wir die Vorteile einer induktiven Erwärmungslinie in vollem Maße ausnutzen sowie Zweifel in Bezug auf die Betriebsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit aus dem Weg räumen“, führt Tröster aus.