Prof. Dr.-Ing. Ludger Overmeyer

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Veröffentlichungen

Tailored Forming dient der Herstellung von Hybridbauteilen, bei denen die verwendeten Werkstoffe lokal an die unterschiedlichen physikalischen, chemischen und tribologischen Anforderungen angepasst werden. In dieser Arbeit wird eine Tailored-Forming-Prozesskette für die Herstellung einer Hybridwelle mit Lagersitz untersucht. Die Prozesskette besteht aus den Fertigungsschritten Laserwarmdraht-Auftragschweißen, Querkantenwalzen, Drehen und Festwalzen. Als Grundwerkstoff wird ein zylindrischer Stab aus Baustahl C22.8 verwendet und im Bereich des Lagersitzes eine Plattierung aus dem martensitischen Ventilstahl X45CrSi9-3 aufgebracht, um die erforderliche Festigkeit und Härte zu erreichen. Es wird untersucht, wie sich die Oberflächen- und Untergrundeigenschaften des Hybridbauteils, wie Härte, Gefüge und Eigenspannungszustand, innerhalb der Prozesskette verändern. Die Ergebnisse werden mit einer früheren Studie verglichen, in der der austenitische rostfreie Stahl X2CrNiMo19-12 als Plattierungswerkstoff untersucht wurde. Es zeigt sich, dass der Eigenspannungszustand nach der Warmumformung von den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Plattierungswerkstoffs abhängt.

Tailored Forming, Eigenspannung, Laserheißdrahtplattieren, Festwalzen, Hybridbauteile

Die Prozesskette Tailored Forming dient der Herstellung hybrider Bauteile und besteht aus einem Fügeprozess für verschiedene Werkstoffe (z. B. Auftragschweißen), anschließender Warmumformung, spanender Bearbeitung und Wärmebehandlung. Auf diese Weise können Bauteile mit an den Lastfall angepassten Werkstoffen hergestellt werden. In dieser Arbeit werden Hybridwellen durch Auftragschweißen einer Beschichtung aus X45CrSi9-3 auf ein Werkstück aus 20MnCr5 hergestellt. Die Hybridwellen werden dann durch Querkeilwalzen umgeformt. Es wird untersucht, wie sich die Dicke der Schicht und die Art der Abkühlung nach der Warmumformung (an Luft oder in Wasser) auf die Eigenschaften der Schicht auswirken. Die Hybridwellen werden ohne Schichtablösung umgeformt. Allerdings kommt es im Bereich des Lagersitzes durch den Mannesmann-Effekt zu leichten Kernauflockerungen. Die Mikrohärte der Auftragschicht wird durch die Kühlstrategie nur geringfügig beeinflusst, während die Mikrohärte des Grundmaterials bei wassergekühlten Wellen deutlich höher ist. Das Gefüge der Plattierung besteht nach beiden Abkühlstrategien hauptsächlich aus Martensit. Im Grundwerkstoff führt die Luftkühlung zu einem überwiegend ferritischen Gefüge mit Ferrit-Perlit-Körnern. Abschrecken in Wasser führt zu einem Gefüge, das hauptsächlich aus Martensit besteht.

Laser-Heißdraht-Auftragschweißen, Querkeilwalzen, Hybridbauteile, Auftragschweißen

In diesem Artikel wird ein Verfahren zur Überlagerung von Sichteinschränkungen, basierend auf dem Prinzip der Augmented Reality, vorgestellt. Das Verfahren beruht auf einer Überlagerung des tatsächlichen Bedienerblickfeldes mit Informationen aus einer rekonstruierten Szene. Die rekonstruierte Szene wird über den sichteinschränkenden Komponenten als Hologramm eingeblendet. Das vorgestellte Verfahren gliedert sich in die Komponenten Positionsbestimmung, Datenübertragung und Visualisierung. Diese Softwarekomponenten werden detailliert vorgestellt. Im Hinblick auf den späteren Einsatz des Systems in einem Flurförderzeug werden zudem die Echtzeitfähigkeit der Datenübertragung, die Genauigkeit der Visualisierung und die Robustheit der Positionsbestimmung untersucht.

Augmented Reality, Bildverarbeitung, Fahrerassistenzsystem, Flurförderzeuge, Hinderniserkennung

In der Medizintechnik, in der komplexe und patientenindividuelle Produkte hergestellt werden, hat sich die Additive Fertigung etabliert. Da die Prozesse der Additiven Fertigung sensibel auf Veränderungen der Prozessparameter und Umgebungsbedingungen reagieren, sind Qualitätssicherungsmaßnahmen ein zentraler Faktor innerhalb der Produktion. In diesem Beitrag wird der Ansatz für eine In-situ-Prozessüberwachung in der additiven Materialextrusion vorgestellt.

Additive Fertigung, 3D-Druck, Fused Deposition Modeling, Qualitätskontrolle, Machine-Learning

Um auch komplexe Prozesse wie das Fügen additiv gefertigter Bauteile mittels Laser in der Produktion qualitativ gesichert zu ermöglichen, ist das Vorhandensein von Fachwissen in Unternehmen zwingend notwendig. Um dieses Wissen zur Prozesssteuerung und -kontrolle personalunabhängig zu bündeln, wird im IGF-Forschungsprojekt der FQS – Forschungsgemeinschaft Qualität e.V. mit dem Titel „Qualitätssicherung beim Laserstrahlschweißen additiv gefertigter thermoplastischer Bauteile (QualLa)“ ein Expertensystem entwickelt. Durch die Integration von Fachwissen in das Expertensystem kann dieses Wissen langfristig in Unternehmen gesichert und Prozesse stets mit hohen qualitativen Standards durchgeführt werden.

Additive Fertigung, 3D Druck, FDM, Laserdurchstrahlschweißen, Laserstrahlschweißen

Qualitative Unsicherheiten sind eine zentrale Herausforderung für die weitere Industrialisierung der additiven Fertigung. Um diese Herausforderung zu lösen, sind Methoden zur Messung der Prozesszustände und Eigenschaften von Teilen während der additiven Fertigung unerlässlich. Das Thema dieser Übersichtsarbeit ist die In-situ-Prozessüberwachung für die additive Fertigung durch Materialextrusion. Ziel ist es, erstens die Forschungsaktivität zu diesem Thema zu quantifizieren, zweitens die eingesetzten Technologien zu analysieren und schließlich Forschungslücken zu identifizieren. Es wurden verschiedene Datenbanken systematisch nach relevanten Publikationen durchsucht und insgesamt 221 Publikationen detailliert analysiert. Die Studie zeigte, dass die Forschungsaktivität auf diesem Gebiet zunehmend an Bedeutung gewinnt. Es wurden zahlreiche Sensortechnologien und Analysealgorithmen identifiziert. Dennoch bestehen Forschungslücken bei Themen wie optimierte Überwachungssysteme für industrielle Materialextrusionsanlagen, Inspektionsmöglichkeiten für zusätzliche Qualitätsmerkmale und Standardisierungsaspekte. Diese Literaturübersicht ist die erste, die die Prozessüberwachung für die Materialextrusion in einem systematischen und umfassenden Ansatz behandelt.

Materialextrusion, Fused deposition modeling, Prozessüberwachung, Sensoren, Forschungslücken

Kleinskalige modulare Fördertechnik ermöglicht es, mehrere Förderaufgaben gleichzeitig und auf kleinstem Raum durchzuführen und bietet so ein großes Potenzial zur Flexibilisierung und Effizienzsteigerung von Förderanlagen. Aktuell existiert keine einfach anwendbare Methode, die Unternehmen dabei unterstützt, diese neuartige Fördertechnik auf Prozessebene unter Berücksichtigung logistischer und wirtschaftlicher Zielstellungen in konventionelle Fördersysteme zu integrieren. Daher wird in einem Forschungsprojekt derzeit eine Optimierungsmethode für Förderanlagenlayouts entwickelt, mit der Unternehmen die Potenziale der neuartigen Fördertechnik bewerten können.

Kleinskalige modulare Förderer, Fördersysteme, Maschinelles Lernen, Künstliche Intelligenz

Fabrikplanung ist für produzierende Unternehmen ein wichtiges Werkzeug, um die Effizienz zu steigern oder die Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten. Eine besondere Herausforderung ist hierbei die Aufnahme von Fabriklayoutdaten und die Verarbeitung der Daten in Fabrikplanungstools. In der heutigen Zeit werden viel Layoutdaten noch händisch aufgenommen oder aus Laserscandaten händisch in Fabrikplanungstools übertragen. Dies führt zu einem hohen Arbeitsaufwand und ist fehleranfällig.

In dieser Arbeit wird ein ganzheitliches Konzept für eine automatisierte und systematische Datenaufnahme und Datenverarbeitung für den Fabrikplanungsprozess vorgestellt.

3D Fabrikplanung, automatisierter Drohnenflug, Punktwolkenverarbeitung, 3D Layoutscan

In diesem Artikel wird ein Verfahren zur automatischen Sichteinschränkungsdetektion und maskenbasierten, deckungsgleichen Sichteinschränkungskompensation, basierend auf dem Prinzip der erweiterten Realität, vorgestellt. Das Verfahren beruht auf einer Überlagerung eines simulierten Bedienerblickfeldes mit Informationen aus einer von zwei RGB-Kameras rekonstruierten Szene. Die Kameras werden derart angeordnet, dass sie die Szeneninformationen hinter der Sichteinschränkung aufnehmen können. Neben der Vorstellung des Versuchsaufbaus, findet eine detaillierte Vorstellung der Bildverarbeitungssoftware statt. Im Hinblick auf den späteren Einsatz des Systems in einem Flurförderzeug, wird zudem die Echtzeitfähigkeit untersucht und Optimierungsmöglichkeiten diskutiert.

Augmented Reality, Bildverarbeitung, Fahrerassistenzsysteme, Flurförderzeuge, Hinderniserkennung

Die Lebensdauer von Wälzkontakten ist von vielen Faktoren abhängig. Innerhalb einer beispielhaften Prozesskette zur Herstellung von hybriden Hochleistungsbauteilen durch Tailored Forming werden hybride Massivbauteile aus mindestens zwei verschiedenen Stahllegierungen untersucht. Ziel ist es, Bauteile zu gestalten, die gegenüber monolithischen Bauteilen gleicher Geometrie verbesserte Eigenschaften aufweisen. Um dies zu erreichen, werden vor einem Umformvorgang mehrere Werkstoffe gefügt. In dieser Arbeit werden Hybridwellen, die entweder durch Plasma- (PTA) oder Laser-Metallauftragschweißen (LMD-W) erzeugt werden, durch Querkeilwalzen (QKW) geformt, um die resultierende Dicke des im Bereich des Lagersitzes aufgetragenen Materials zu untersuchen. Zusätzlich werden Finite-Elemente-Analyse Simulationen des QKW-Verfahrens mit experimentellen QKW-Ergebnissen verglichen, um die Schichtdickenabschätzung durch Simulation zu validieren. Dies ermöglicht eine genauere Vorhersage der Schichtwerkstoffgeometrie nach dem QKW-Verfahren, und die gewünschte Schweißnahtgeometrie kann durch Berechnung der Schichtdicken mittels QKW-Simulation ausgewählt werden.

 

Querkeilwalzen, Umformtechnik, Hybrid, Halbzeuge, Tailored Forming

Die Investitionskosten für die Fertigung von Spritzgusswerkzeugen sind die Grundlage für die Entscheidung, ob ein Werkzeug für die Massenproduktion geeignet ist. Wenn die Werkzeugkosten zu hoch sind, kann es sein, dass ein Produkt für die Produktion nicht rentabel ist. Wenn die Werkzeugkosten vom Werkzeugbauer zu niedrig veranschlagt werden, kann dies Auswirkungen auf den Vertrag haben.
Das Ziel dieser Forschung ist es, eine Methode mit menschenähnlicher Angebotsgenauigkeit zu entwickeln, eine Standardisierung zu erreichen, historische Angebotsdaten zu berücksichtigen und die Angebotsprozesszeiten zu verkürzen. Der entwickelte maschinelle Lernansatz basiert auf Geometriedaten von Teilen und zusätzlichen Meta-Informationen.

Spritzgießen, Werkzeugbau, Industrie 4.0

Methoden zur Qualitätssicherung sind ein zentraler Erfolgsfaktor für die weitere Industrialisierung der Additiven Fertigung. In diesem Beitrag wird ein Ansatz für ein optisches Prüfsystem vorgestellt, welches die Prozessgüte bei der additiven Materialextrusion schichtweise während der Herstellung überwacht. Die Prüfaufgabe wird analysiert, Hardwarekomponenten für die Datenerfassung werden konzeptioniert und ein erster Schritt zur texturanalytischen Fehlerdetektion wird vorgestellt.

Additive Fertigung, 3D-Druck, Materialextrusion, Fused Deposition Modeling, Bildverarbeitung

Die Prozessierung von Keramik ist eine wichtige Technologie für verschiedene technische Anwendungen. In diesem Beitrag wird ein hochgradig kontrollierbarer Prozess, bestehend aus Sprühbeschichtung und Laserstrukturierung, zur Gestaltung keramischer Schichten auf einem vielseitig einsetzbaren Substrat vorgestellt. Ein thermoelektrisches Oxid, Ca3Co4O9, das eine Form von thermoelektrischer Materialen ist, wird in dem Prozess verwendet und auf ein flexibles Keramiksubstrat appliziert. Die resultierenden Strukturen haben hochgradig kontrollierbare Geometrie und gute thermoelektrische Eigenschaften und eignen sich dadurch zur Herstellung thermoelektrischer Generatoren (TEG). Die Verwendung eines flexiblen Keramiksubstrats und die hohe Anpassbarkeit des Verfahrens ermöglichen einen Prozess, welcher die Bearbeituung von Keramiken und einzigarten Strukturen und Desings ermöglicht.

Thermoelektrik, Gedruckte Elektronik, Laserstrukturierung, Gedruckte Keramik, Sprühbeschichtung

Die strukturierte und zukunftsorientierte Planung von Fabriklayouts stellt einen wichtigen Faktor für die Erhaltung der Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen dar. Hierbei stoßen konventionelle Planungsmethoden mit 2D-Layouts jedoch an ihre Grenzen, da sie die immer komplexer werdenden Fabrikstrukturen nicht mehr detailliert abbilden können. Alternativen dazu bieten 360° Umgebungsscanverfahren, die aktuell jedoch meist nur als Vorlage für eine Nachmodellierung dienen. In diesem Beitrag wird eine Methode vorgestellt, die eine Planung direkt in dem gescannten Fabrikabbild ermöglicht. Damit soll der Fabrikplanungsprozess effizienter und weniger fehleranfällig gestaltet werden.

3D-Fabriklayout, Fabrikplanung, Produktionsplanung, Punktwolke, Punktwolkenverarbeitung

Dieser Beitrag zeigt, wie die von Menschen bekannten Fähigkeiten zur Flexibilität und Anpassung gegenüber veränderten Umgebungsbedingungen, die sich in den kognitiven Eigenschaften der Menschen widerspiegeln, auf Flurförderzeuge in der Intralogistik übertragen werden kann. Als Beispiele für die Umsetzung von Industrie 4.0 in der Intralogistik werden Technologien vorgestellt, die es Flurförderzeugen ermöglichen, ihre Umgebung zu erkennen, Informationen zu kommunizieren, zu schlussfolgern, autonom zu handeln, Entscheidungen zu treffen, zu lernen oder zu planen. Realisiert werden diese Fähigkeiten durch ein optisches Ortungssystem zur Positionsbestimmung, eine kamerabasierte Ein-/Auslagerungsunterstützung und in Reifen integrierte Sensorik sowie neuartige Interaktionsformen für Flurförderzeuge in Form von Sprache und Gestik.

Fahrerloses Transportsystem, Fahrerloses Transportfahrzeug, Datenbrille

Fahrerlose Transportsysteme sind ein Baustein für leistungsfähigere Produktionssysteme in der Intralogistik, haben aber Schwächen in der Mensch-Maschine-Interaktion. In einem komplexen Forschungsvorhaben wird u. a. eine sprachbasierte Beauftragung entwickelt, die die Mensch-Maschine-Interaktion intuitiver gestalten und ihre Akzeptanz erhöhen soll.

Fahrerloses Transportsystem, Fahrerloses Transportfahrzeug, Datenbrille, Sprachsteuerung

Gurtfördersysteme sind eine ausgezeichnete Möglichkeit, Schüttgut zu fördern. Mit zunehmender Belastung und Transportstrecke werden diese Systeme größer und die Energieeffizienz wird zu einem wichtigen Faktor. Tragrollen sind ein integraler Bestandteil von Gurtfördersystemen. Das Laufverhalten von Tragrollen im Betrieb hat Auswirkungen auf die Energieeffizienz der gesamten Anlage. Die Entwicklung von angetriebenen Tragrollen gilt als eine Möglichkeit, den Energieverbrauch von Gurtfördersystemen zu senken. Dieser Beitrag zeigt, dass die Untersuchung von konventionellen und angetriebenen Tragrollen unter unterschiedlichen Bedingungen notwendig ist und wie am Institut für Integrierte Produktion Hannover ein Prüfstand für die Untersuchung dieser entwickelt worden ist.

Tragrollen, Schüttgutfördertechnik, angetriebene Tragrollen

Der Sonderforschungsbereich 1153 (SFB1153) "Prozesskette zur Herstellung hybrider Hochleistungsbauteile durch maßgeschneidertes Umformen" hat zum Ziel, neue Prozessketten für die Herstellung hybrider Massenbauteile aus gefügten Halbzeugen zu entwickeln. Das Teilprojekt B1 untersucht die Umformbarkeit von Hybridbauteilen mittels Querkeilwalzen. Diese Studie untersucht die Reduzierung der Schichtdicke von koaxial angeordneten Hybridhalbzeugen während eines Querkeilwalzprozesses. Die untersuchten Teile werden aus zwei Stählen (1.0460 und 1.4718) mittels Laserauftragschweißen hergestellt. Der Walzprozess wird mittels Finite Elemente (FE)-Simulationen ausgelegt und später experimentell untersucht. Forschungsschwerpunkte sind Untersuchungen zum Unterschied in der Schichtdicke des laserauftraggeschweißten 1.4718 vor und nach dem Querkeilwalzen in Abhängigkeit vom Keilwinkel, der Querschnittsflächenreduzierung und der Umformgeschwindigkeit. Außerdem werden die Simulationen und die experimentellen Versuche verglichen, um die Möglichkeit der Vorhersage der Dicke mittels Finite-Elemente-Analyse (FEA) zu überprüfen. Hauptergebnis war die Möglichkeit, das Umformverhalten von koaxial angeordneten Hybridbauteilen bei einer Querschnittsflächenreduzierung von 20% mittels FEA zu beschreiben. Bei einer Querschnittsreduzierung von 70% zeigten die Ergebnisse eine größere Abweichung zwischen Simulation und experimentellen Versuchen. Die Abweichungen lagen zwischen 0,8% und 26,2%.

Querkeilwalzen, Hybridschmieden, FEM, Schichtdicke

Die Layoutaufnahme und Layoutauswertung stellen bei Fabrikplanungsprojekten einen hohen Aufwand dar, da sie durch manuelle Prozesse geprägt sind. Mit dem Einsatz von Drohnen und automatisierten Auswertealgorithmen sollen diese Prozesse beschleunigt und verbessert werden. Durch diesen Beitrag wird das steigende Digitalisierungsbedürfnis in der Industrie aufgegriffen und erste Ansätze für die digitale Aufnahme und Weiterverarbeitung eines Fabriklayouts aufgezeigt. Der Schwerpunkt liegt in dem Einsatz einer Drohne innerhalb eines Fabrikgebäudes und der Aufbereitung von dreidimensionalen Punktwolkenmodellen für Fabrikplanungsprozesse.

Drohne, Fabrikplanung, 3D-Fabriklayout, Objekterkennung

In diesem Paper wird die Validierung eines induktiven Sensors für einen energieautarken Sensor zur Zustandsüberwachung nasslaufender Stahlscheibenkupplungen in Schiffsgetrieben vorgestellt. Für einen zuverlässigen Betrieb dieser ist eine permanente Überwachung ihres Zustands sinnvoll. Im Rahmen der zustandsorientierten Instandhaltung werden immer mehr Sensoren in Maschinen installiert. Die Zuverlässigkeit wird noch wichtiger, wenn Menschen durch einen möglichen Ausfall der Maschinen gefährdet werden. Für die Schifffahrt ist es daher unerlässlich, dass zum Beispiel der Antriebsstrang und damit das Getriebe in einwandfreiem Zustand sind. Bei längeren Überfahrten muss der Verschleiß oder gar die Beschädigung wichtiger Komponenten bekannt sein, damit die Wartung proaktiv durchgeführt werden kann. Um diesem Bedarf zu begegnen, wird ein energieautarkes und drahtloses Sensornetz entwickelt. Miniaturisierte Sensorknoten überwachen Drehmoment, Drehzahlen, Temperaturen sowie den Verschleißzustand der Drehmomentübertragungskomponenten. Die zum Betrieb dieser Sensoren benötigte Energie stammt aus der Umgebung. Somit arbeitet das System drahtlos und ohne externe Energieversorgung, wodurch die Installations- und Wartungskosten erheblich sinken. Neben dem Konzept der Sensorintegration im Getriebe wird auch das Energy Harvesting-Konzept näher beschrieben. Schließlich werden Messungen in einer zahnradähnlichen Umgebung durchgeführt und das Verhalten eines magnetoinduktiven Sensors in einer nicht ständig versorgten Situation untersucht.

Schiff, Getriebe, Verschleiß, Sensor, Drehmoment