Modellbasierte Entwicklung eines Hybridprozesses zur Oberflächenveredelung mittels in-line Beschichtung und inkrementelles Rekristallisationswalzen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sebastian Härtel
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539450784

Der verstärkte Einsatz von Recyclingpapier und -karton gewinnt zunehmend an Bedeutung. Dank der Fortschritte in der Papierherstellung kann Papier heute bis zu 25 Mal recycelt werden, was besonders in der Verpackungsindustrie bemerkenswert ist. Dieses verstärkte Recycling erfordert jedoch chemische Zusätze während der Produktion, um die Recyclingfähigkeit zu verbessern, was wiederum höhere Anforderungen an die Haltbarkeit und Beständigkeit von Papierrollen gegenüber Verschleiß und Korrosion stellt. Eine optimale Wärmeleitfähigkeit der Beschichtung und ein hoher Wärmeübergangskoeffizient zwischen Beschichtung und Substrat sind bei diesem Prozess von Vorteil. Materialauswahl, Beschichtungsverfahren und Nachbearbeitung sind die zentralen Stationen in der Produktionskette für beschichtete Walzenwerkzeuge. Um den steigenden technischen Anforderungen an Walzwerkzeuge gerecht zu werden und gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten, ist ein ganzheitlicher Prozessansatz und eine kontinuierliche Weiterentwicklung der gesamten Produktionskette notwendig. Zur Verbesserung der Material- und Energieeffizienz innerhalb der Produktionskette beschichteter Bauteile, insbesondere von Walzen, und zur Erhöhung der Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit dieser Beschichtungen wird im Rahmen der "HeatCoatRoll"-Initiative ein neuartiges nachhaltiges Hybridverfahren entwickelt. Das übergeordnete Ziel des "HeatCoatRoll"-Projekts ist die Entwicklung eines Hybridverfahrens, das Thermisches Spritzen (TS) oder Laserpulverauftragschweißen (LPA) mit dem inkrementellen Rekristallisationswalzen kombiniert. Diese Innovation verspricht, die Effizienz der derzeitigen Verfahren zur Beschichtung von Papierrollen zu verbessern und die Material-, Energie- und Kosteneffizienz um bis zu 30% zu steigern. Darüber hinaus wird erwartet, dass dieser Fortschritt die Lebensdauer der beschichteten Walzen um mindestens 30% verlängern könnte. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen es ermöglichen, das bisher im Rahmen der DFG-Forschungsinitiative "HeatWeldForming" erworbene Prozessverständnis vom Schweißen auf die TS- und LPA-Beschichtungsmethoden zu übertragen und den Technologiereifegrad von TRL 4 auf TRL 7 zu erhöhen. Der Grundstein für das Erreichen dieses übergeordneten Ziels und die Formulierung der hybriden Verfahren liegt in der Erarbeitung eines grundlegenden Verständnisses der Zusammenhänge zwischen Prozessdynamik, Werkstoffstruktur und resultierenden Eigenschaften. Im Mittelpunkt der Forschung steht die Integration von simulationsgestütztem Prozessdesign mit umfassenden experimentellen Untersuchungen zu Struktur und Eigenschaften. Durch diese Verschmelzung soll ein robuster wissenschaftlicher Rahmen geschaffen werden, der die Entwicklung eines digitalen Vorhersagemodells unterstützt. Dieses Modell wird eine gezielte Schichtmodellierung und -gestaltung ermöglichen und die Grundlage für eine breite industrielle Anwendung des Hybridverfahrens schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: ECOROLL AG; Oerlikon Metco AG; Voith Austria GmbH
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr.-Ing. Martina Zimmermann