Im Pro­jekt „PbFree­Pat“ wird die Wär­me­be­hand­lung von Stahl­draht näher unter­sucht. Stahl­draht wird in einer Viel­zahl ver­schie­de­ner Pro­duk­te ver­wen­det und kommt bei­spiels­wei­se in Sei­len bzw. Seil­ker­nen, Rei­fen­cord in Rei­fen oder als Vor­pro­dukt für die Her­stel­lung von Schrau­ben, Stif­ten und Federn zum Ein­satz. Wäh­rend der Her­stel­lung wird der Durch­mes­ser des Drahts dabei kon­ti­nu­ier­lich durch meh­re­re Zieh­vor­gän­ge vom Walz­draht auf die fina­le Abmes­sung redu­ziert. Damit gro­ße Gesamt­durch­mes­ser­ab­nah­men mög­lich wer­den ist eine Wär­me­be­hand­lung zwi­schen den ein­zel­nen Zieh­vor­gän­gen not­wen­dig. Die­ser Pro­zess­schritt wird als Paten­tie­ren bezeich­net und sorgt für ein fein­per­li­ti­sches Gefü­ge im Draht. Im Rah­men die­ser Wär­me­be­hand­lung erfolgt eine Erwär­mung des Drahts auf Aus­te­ni­ti­sie­rungs­tem­pe­ra­tur sowie eine anschlie­ßen­de Abküh­lung. Damit das per­li­ti­sche Gefü­ge im Draht voll­stän­dig aus­ge­bil­det wer­den kann schließt sich eine iso­ther­me Halt­pha­se an die Abküh­lung an. Im aktu­el­len Stand der Tech­nik wer­den die Abküh­lung und die iso­ther­me Halt­pha­se mit Hil­fe von Blei­schmel­zen rea­li­siert. Flüs­si­ges Blei ermög­licht neben der werk­stoff­tech­nisch benö­tig­ten Abkühl­ge­schwin­dig­keit und einer gleich­mä­ßi­gen Hal­te­pha­se vor allem eine ein­fa­che Pro­zess­füh­rung, bei der par­al­le­len bis zu 30 Dräh­te unter­schied­li­cher Durch­mes­ser behan­delt wer­den kön­nen. Aller­dings wird der Ein­satz von Blei in Pro­zess­um­ge­bun­den auf Grund der toxi­schen Eigen­schaf­ten dis­ku­tiert.
Das Ziel des For­schungs­vor­ha­bens „PbFree­Pat“ ist daher eine Eva­lu­ie­rung mög­li­cher Pro­zess­al­ter­na­ti­ven zur Sub­sti­tu­ie­rung des aus den Gesichts­punk­ten des Gesundheits‑, Arbeits- und Umwelt­schut­zes nach­tei­li­gen Blei­ba­des beim Drahtpatentieren.

Blick in einen Ofen zur Erwär­mung von Draht (Copy­right: H. KÜNNE GmbH & Co. KG)

Eine fun­dier­te Eva­lu­ie­rung ist aber nur mit einem tief­grei­fen­den Ver­ständ­nis des aktu­el­len Refe­renz­pro­zes­ses mög­lich. Daher umfasst das Pro­jekt die Ent­wick­lung eines Pro­zess­mo­dells, wel­ches den Stand der Tech­nik im Bereich des Draht­pa­ten­tie­rens voll­stän­dig abbil­det. Damit die Abküh­lung im Blei­bad kor­rekt erfasst wer­den kann sind zudem umfang­rei­che Unter­su­chun­gen zur Bestim­mung des Wär­me­über­gangs­ko­ef­fi­zi­en­ten mit einem für Draht­pro­ben ent­wi­ckel­ten Ver­suchs­stand geplant, die direkt an einem Blei­bad einer indus­tri­el­len Anla­ge durch­ge­führt wer­den. Zudem sind Schlepp­mes­sun­gen an indus­tri­el­len Anla­gen zur Vali­die­rung des Pro­zess­mo­dells vorgesehen.
Auf der Basis des ent­wi­ckel­ten Pro­zess­mo­dells wer­den die Key-Per­for­mance-Indi­ka­to­ren (KPI) fest­ge­legt, die zur Bewer­tung der Pro­zess­al­ter­na­ti­ven her­an­ge­zo­gen wer­den. Nach Ermitt­lung der Alter­na­ti­ven wer­den deren Key-Per­for­mance-Indi­ka­to­ren unter­ein­an­der und mit dem Refe­renz­pro­zess ver­gli­chen, um die tech­nisch-öko­no­misch am bes­ten geeig­nets­ten blei­frei­en Alter­na­ti­ven zu iden­ti­fi­zie­ren. Zum Abschluss des Pro­jekts wird den betei­lig­ten Indus­trie­un­ter­neh­men das ent­wi­ckel­te Pro­zess­mo­dell zur Ver­fü­gung gestellt, um so mit Hil­fe der gewon­ne­nen Erkennt­nis­se eine ener­gie­ef­fi­zi­en­te­re und res­sour­cen­scho­nen­de­re Pro­zess­füh­rung zu ermöglichen.