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Hochschule Schmalkalden (HSM)

Simulationen als In­stru­mente der Op­ti­mie­rung

Über die Forschungen von Jun.-Prof. Andreas Wirtz an der HSM

Prof. Wirtz hat an der HSM die Pro­fes­sur für Fertigungstechnik und vir­tuelle Prozessgestaltung an der Fa­kul­tät Maschinenbau inne und forscht unter anderem zur Optimierung spa­nender Produktionsverfahren mit Hil­fe von computergestützten Simu­la­tionen. Er ist als erster Junior­pro­fes­sor an die HSM im Rahmen einer Tandem-Professur in Kooperation mit der GFE berufen. Als Teil des bun­desweiten Förderprogramms „FH-Per­sonal“ sollen diese Professuren Nachwuchswissenschaftlern den Ein­stieg in eine wissenschaftliche Kar­riere erleichtern.

Fräsmaschinen beim Einsatz | Foto: Hochschule Schmalkalden (HSM)

Die Potenziale von Simulationen

Um ihre Funktion optimal erfüllen zu können, müs­sen komplexe Werkzeugmaschinen wie Fräs­maschinen unter möglichst idealen Be­dingungen verwendet werden, was unter ande­rem die Prozessgestaltung und -auslegung an­betrifft. Hierbei besteht oft ein Dilemma: Zwar sor­gen gesteigerte Prozessparameter bei Zer­span­pro­zessen für eine erhöhte Produktivität, je­doch kann dies mitunter zu Einbußen in der Qua­lität der Produkte führen. Zudem können die Werk­zeuge und Maschinen in Folge vermehrter ther­momechanischer Belastung schneller ver­schlei­ßen. Auch bezüglich der Kosten- und Energieeffizienz wirkt sich die Prozess­gestal­tung we­sent­lich aus.

Um Fertigungsprozesse zu optimieren, bieten sich Simulationen als Instrumente der ex-ante-Mo­dellierung und der Evaluierung komplexer Fertigungsprozesse oder Werkzeugdesigns an. Durch computergestützte Simulationen können Zerspanwerkzeuge und -prozesse für die ef­fi­ziente Herstellung von Produkten mit anfor­de­rungs­ge­rechter Qualität virtuell erprobt und so­mit kosten- und aufwandsärmer entwickelt wer­den.

Spanbildungssimulationen  ermöglichen, nicht messbare Pro­zessgrößen zu bestimmen | Grafik: Hochschule Schmalkalden

Kosten einsparen und Umwelt schonen durch Optimierung

Auch auf makroskopischer Ebene, d. h. bei Be­trachtung ganzer Prozesse, können Simulations­ex­perimente über verschiedene Wege Prozesse ohne Produktionsun­ter­brechungen und Ma­te­rialeinsatz schneller und somit kostengünstiger gestalten und verbessern. Die computer­ge­stütz­te Modellierung übernimmt in der umfas­sen­den Digitalisierung, Vernetzung und Auto­nomisie­rung der industriellen Produktion und deren Ver­schränkung mit modernen Infor­ma­tions- und Kom­munika­tions­tech­nologien, die unter der Chiff­re „Industrie 4.0“ firmiert, mithin eine bedeu­tende Rolle. Der Zweck ist es dabei, ganze Wert­schöpfungsketten in Echtzeit zu optimieren und bei laufender Produktion flexibel auf Verän­de­run­gen der Anforderungen in­nerhalb der Pro­zes­se selbst und beispielsweise der Umweltbe­ding­ungen reagieren zu kön­nen. Nicht nur lässt sich die Effizienz der Produktion steigern, sondern auch natürliche Res­sourcen schonen.

Schutzschichten und Tandems

Ein abgeschlossenes Projekt von Prof. Andreas Wirtz befasst sich mit der mechanischen Nach­be­handlung von Korrosionsschutzschichten, wie sie unter anderem bei Struk­turele­menten von Off­shore-Windenergieanlagen nützlich sind. Ziel war es, die destruktiven Aus­wirkungen der Um­welt – Wind, Wellen, Salz – zu minimieren. Den Schutz können einerseits die genutzten Mate­ri­alen bieten, andererseits aber auch spezielle Ver­fahren der mecha­ni­schen Nachbearbeitung der verwendeten Schutz­beschichtungen errei­chen. Über das nach­trägliche maschinelle Ober­flä­chenhämmern werden Schutzbeschichtungen nicht nur dichter und härter, ihre Ober­fläche wird weniger rau und porös, wodurch sich die An­griffs­fläche ver­ringert und die Beschichtungen län­ger schützen.

Dr. Wirtz trat zum August 2022 die Professur für Fertigungstechnik und virtuelle Prozess­ge­stal­tung der Fakultät für Maschinenbau an und war damit der erste Junior­pro­fessor an der HSM. Seine Stelle wird durch eine enge Partnerschaft mit der GFE, der Gesellschaft für Fer­tigungs­tech­nik und Entwicklung, geprägt: Neben seiner Professur ist er gleichzeitig wissen­schaftlicher Mitarbeiter an der GFE. Eben diese duale Posi­tio­nierung ist der Kern einer jeden Tandempro­fes­sur. Als weiteren Bau­stein der Kooperation von HSM und GFE wird Prof. Wirtz die 15. Schmal­kal­der Werkzeugtagung am 8. und 9. November 2023 organisieren.

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