Schmieden: Was steht einer Branche bevor, die sich im Wandel befindet?

Das Schmieden ist eines der ältesten Fertigungsverfahren in der Geschichte der Menschheit. Mit 3.000 Jahren Erfahrung in der Verarbeitung von Metall zu langlebigen Gütern könnten Schmiede als traditionsbewusst angesehen werden, doch aufgrund des Marktdrucks für neue Materialien, schnellerer Umsatzzyklen und agiler Produktentwicklung befindet sich die Branche heute in einem rasanten Wandel.

Unser heutiger Gast ist eine Expertin für Schmieden und wird uns helfen zu verstehen, wie sich die Branche verändert hat und sich durch intelligente Software und nun auch KI weiter verändern wird.

Carola Sekreter ist Director of Business Development bei Campbell Press Repair in Lansing, einem Familienunternehmen, das Ingenieursdienstleistungen für die Schmiedeindustrie anbietet.

Wie sind Sie zum Schmieden gekommen?

Carola Sekreter: Ich habe meine Karriere in Deutschland bei einem der größten Pressenhersteller begonnen und bin dann in die Vereinigten Staaten gezogen, um für das damalige Unternehmen MacoTech zu arbeiten, das heute zu American Axle Manufacturing gehört – einem milliardenschweren Unternehmen, das die Automobilindustrie beliefert und damals das führende Schmiedeunternehmen in Nordamerika war.

Was ist Schmieden? Was macht es im Vergleich zu anderen Fertigungsmethoden so einzigartig?

Carola Sekreter: Manche von uns bezeichnen das Schmieden liebevoll als „die Kunst des Erhitzens und Schlagens”. Man kann es sich wie Schmiedearbeiten vorstellen, aber es handelt sich tatsächlich um einen wissenschaftlichen Prozess, bei dem Metalle, hauptsächlich Stahl, Edelstahl, Titan und Aluminium, bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur ohne Schmelzen in komplexe Formen gebracht werden. (Wenn man das Metall schmilzt und dann formt, entsteht ein Gussstück.)

Da das Metall beim Schmieden während des Formungsprozesses noch im festen Zustand ist, bleibt seine Kristallstruktur erhalten, was zu einer höheren Ermüdungsfestigkeit führt. Durch die Verformung entsteht ein sogenannter Faserverlauf, der einer der Gründe für die erhöhte Festigkeit von Schmiedeteilen ist. Aus diesem Grund werden Schmiedeteile immer in Hochlastsituationen und dann eingesetzt, wenn es wichtig ist, dass die Bauteile langen Belastungszyklen standhalten.

Ist die Schmiedetechnologie ausgereift? Oder entwickelt sie sich weiter?

Carola Sekreter: Ich würde sagen, dass wir uns in einem ziemlich ausgereiften Stadium befinden. Eine interessante Tatsache ist, dass die erste Transferpresse 1900, elf Jahre nach der Eröffnung des Eiffelturms, auf der Weltausstellung in Paris vorgestellt wurde. Im Jahr 1920 begann Opel in Deutschland, das heute zu GM gehört, mit der Massenproduktion von Karosserieteilen auf der ersten automatisierten Blechpresse für die aufstrebende Automobilindustrie. Die Schmiede haben also schon früh auf Automatisierung gesetzt.

Seit Anfang der 90er Jahre gab es einige bahnbrechende Technologien. Eine davon war die industrielle Anwendung des hochautomatisierten Warmformens, das die Herstellung von Gleichlaufgelenken und Ritzelwellen für die Automobilindustrie revolutionierte. Das Warmumformen wird bei einer Temperatur von 650 °C bis 900 °C durchgeführt, im Gegensatz zum Warmschmieden, das bei 1100 °C bis 1250 °C erfolgt. Die Fortschritte betrafen nicht nur Gleichlaufgelenke, sondern alle großvolumigen Warmschmiedeanwendungen über 900 °C, da das Warmschmieden neue Schmierstoffe und Fortschritte in der Sprühtechnologie mit sich brachte. Ich glaube, dass diese Technologie so strenge Prozesskontrollen und schnelle Transfermechanismen erforderte, dass sie neue Standards für Schmiedevorgänge im Allgemeinen setzte. Ich schätze mich glücklich, zur richtigen Zeit am richtigen Ort gewesen zu sein – als junger Protegé von Richard Knoedler und Dr. Ekkehard Koerner, zwei echten Pionieren auf diesem Gebiet.

Eine weitere bahnbrechende Technologie war die Entwicklung von Mikrolegierungen, die letztendlich die meisten Normalisierungsvorgänge nach dem Schmieden überflüssig machten und als eine der wirkungsvollsten Nachhaltigkeitsmaßnahmen der letzten 50 Jahre gelten können. Die Entwicklung von Mikrolegierungen ist ein großartiges Beispiel dafür, wie die Zusammenarbeit zwischen Industrie und Universität – mit ein wenig Hilfe der National Science Foundation – große Wirkung erzielen kann.

Für welche Anwendungen eignen sich geschmiedete Werkstoffe am besten?

Carola Sekreter: Die Kernmärkte für Schmiedeteile sind alle Bereiche des Transportwesens: von Lagern, Achswellen und Aufhängungskomponenten bis hin zu Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt wie Fahrwerken und Verteidigungsanwendungen wie Bombenhülsen und Munition. Außerdem Öl und Gas – mit Flanschen und Ventilen, Energie, Stromerzeugung und natürlich allem, was mit Schrauben und Muttern zu tun hat. Die inhärenten Vorteile des Schmiedens sind das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, die Haltbarkeit und die Ermüdungsfestigkeit.

Da das Material nicht geschmolzen wird, bleibt seine Kristallstruktur intakt. Und die Verformung trägt zur Festigkeit der Bauteile bei. Wenn Sie also in einem Flugzeug sitzen, hoffen Sie, dass das Fahrwerk aus geschmiedetem Material besteht, da dieses aufgrund seiner Festigkeit und Formbeständigkeit den Stößen standhält, denen das Fahrwerk ausgesetzt ist, wenn das Flugzeug auf dem Boden aufsetzt.

Wie hat sich die Nachfrage nach geschmiedeten Bauteilen in den letzten Jahren verändert?

Carola Sekreter: Elektrofahrzeuge haben einen tiefgreifenden Einfluss auf die Schmiedeindustrie. Elektrofahrzeuge haben wesentlich weniger geschmiedete Bauteile als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Daher ist die Gesamtmenge an geschmiedeten Bauteilen pro Jahr für den Automobilmarkt zurückgegangen. Gleichzeitig haben sich viele OEMs dafür entschieden, Hybridfahrzeuge anzubieten. Dies treibt den Mix voran, der die Variationsbreite der Bauteile nach oben und die jährlich geschmiedeten Mengen pro Bauteil nach unten beschreibt. Die von den Kunden geforderte größere Variationsbreite sowie das Bestreben nach einem schnellen Lagerumschlag zur Kontrolle des Cashflows führen zu einer Erhöhung der Umrüsthäufigkeit. Dieser Trend erfordert agilere Schmiedesysteme und kreative Ansätze zur Reduzierung der Umrüst- und Einrichtungszeiten.

Was ist erforderlich, um das Schmieden agiler zu gestalten?

Carola Sekreter: Vor vielen Jahren kannten die Kunden ihre Produkte sehr gut und fertigten einige wenige Teile mit hochautomatisierten Anlagen. Da nun jedoch immer mehr unterschiedliche Teile durch das System laufen, ist die Partnerschaft zwischen den Schmieden und den Anlagenherstellern noch wichtiger geworden. Die Anlagenhersteller müssen also zu Produktexperten werden. Und wenn man wirklich Teil des Produktentwicklungsprozesses seiner Kunden wird, müssen die Lieferanten und Unterlieferanten über ein robustes Kommunikationsnetzwerk verfügen, über das ein reger Austausch möglich ist.

Aus Sicht des Beziehungsaufbaus ist das etwas anders, da Sie viele vertrauliche Informationen austauschen. Der Aufbau dieser vertrauensvollen Beziehungen zwischen dem Lieferanten und dem Endverbraucher ist von entscheidender Bedeutung.

Es ist auch wichtig, bereits in der Planungsphase die Fertigungsoptionen zu skizzieren. Wie gestalten Sie das Design so, dass es fertigungsgerecht ist? aPriori ist führend in der Erfassung empirischer Prozesskenntnisse in mathematischen Modellen, die bei der Auswahl dieser Optionen helfen können.

Um die Herstellbarkeit zu prüfen und die mit jeder Option verbundenen Kosten zu ermitteln, hilft Ihnen aPriori dabei, einen Schritt zurückzutreten und sich die Frage zu stellen: Mache ich das auf die beste Art und Weise? Welche anderen Optionen gibt es?

Was sind die Megatrends, die die Schmiedeindustrie heute verändern?

Carola Sekreter: Meiner Meinung nach sind die Megatrends Digitalisierung, KI, das Management des raschen Wandels und die Auswirkungen auf die Belegschaft – oder die Humanressourcen. Das Schmieden unterscheidet sich nicht von anderen Fertigungsprozessen, die davon betroffen sein werden.

Wenn ich von der Bewältigung des rasanten Wandels spreche, meine ich damit, wie schnell neues Wissen zu altem Wissen wird und bessere und effizientere Prozesse entstehen. Wie wird die Branche neue Prozesse qualifizieren und genehmigen? Wie qualifiziert man wirklich relevante Informationen in einem Meer von irrelevanten Informationen?

Das ist eine etwas philosophische Diskussion, denn Digitalisierung und KI sind nur so gut wie die Intelligenz, die der Mensch dahinterstellt. Das ist etwas, das mir sehr am Herzen liegt und das jedes produzierende Unternehmen wirklich berücksichtigen sollte. Wir haben es mit einem sehr schnellen Wandel zu tun, und um diesen Wandel zu bewältigen, müssen Sie Ihren Mitarbeitern die Werkzeuge an die Hand geben, um Optionen zu prüfen, zu analysieren, zu bewerten, zu messen, zu quantifizieren und zu bewerten. Und ich denke, auf der digitalen Seite kommen hier die Werkzeuge ins Spiel, mit denen potenzielle Optionen bewertet werden können.

Ich denke, hier kommen Softwaresysteme ins Spiel, mit denen man ein quantifiziertes, wissenschaftlich fundiertes Modell erhält, das bei dieser Bewertung helfen kann. Ich sehe das als ein Werkzeug für Unternehmen, um wettbewerbsfähig zu bleiben, um zu bestimmen, wo Menschen im Entscheidungsprozess interagieren, und um in dieser neuen Umgebung zu leben.