Verfahrenstechniken zur Verbesserung der Herstellung thermoelektrischer Generatoren (TEG) sind ein wachsendes Forschungsgebiet. In diesem Beitrag wird ein anpassungsfähiger und skalierbarer Prozess vorgestellt, der Sprühbeschichtung und Laserstrukturierung für eine schnelle und einfache TEG-Herstellung umfasst. Das entwickelte Verfahren kombiniert additive und subtraktive Verfahrenstechniken zu einem anpassungsfähigen keramikbasierten TEG, das bei hohen Temperaturen einsetzbar ist und ein hohes Optimierungspotenzial aufweist. Als Prototyp wurde ein TEG auf Basis von Ca3Co4O9 (CCO) und Ag auf einem Keramiksubstrat hergestellt. Es wurde eine mikrostrukturelle und thermoelektrische Charakterisierung gezeigt, die bis zu 1,65 μW cm-2 bei 673 K und einem ΔT von 100 K erreicht. Die hohe Kontrollierbarkeit des entwickelten Verfahrens ermöglicht auch die Anpassung an verschiedene Arten thermoelektrischer Materialien.
Thermoelektrik, Laserstrukturierung
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
Dieses Paper beschreibt die Entwicklung und prototypische Implementierung eines energieautarken Sensors zur Zustandsüberwachung von nasslaufenden Lamellenkupplungen in Schiffsgetrieben. Für die präzise Steuerung eines automatisierten Systems und die Überwachung seiner Leistungsfähigkeit ist das Wissen über den möglichen Verschleiß eine wesentliche Voraussetzung. Darüber hinaus bietet die Speicherung von Sensordaten über die Lebensdauer des Systems die Möglichkeit einer langfristigen Zustandsüberwachung. Die Kombination mit verschiedenen anderen technologischen Komponenten schafft eine Lösung, die eine kostengünstige Zustandsüberwachung von Schiffsgetrieben ermöglicht. Im Vergleich zu bestehenden Systemen werden beispielsweise die Kosten für Installation und Wartung erheblich reduziert. Sowohl die Methodik von der morphologischen Box bis zum Feinkonzept als auch die ersten Messungen der Sensoren werden vorgestellt.
automatisiertes System, Zustandsüberwachung, Metrologie, Kupplung, Getriebe
Strukturierte Fabrikplanung stellt einen Schlüssel zur Erhaltung der Wettbewerbsfähigkeit in Hinblick auf den ständig steigenden Druck durch Globalisierung und die hohe Marktdynamik dar. Die Durchführung von Fabrikplanungsprojekten wird jedoch von Unternehmen gescheut, da diese Projekte mit hohem Aufwand verbunden sind. Aus diesem Grund sollen die Prozesse der Fabriklayoutaufnahme und -auswertung durch neue Techniken ergänzt, teilautomatisiert und damit effizienter gestaltet werden.
Fabriklplanung, Drohne, Photogrammetrie, Laserscan, Bildverarbeitung
Schwarze Markierung als mikrometerskalierte Binärcodierung, die von ultrakurzen gepulsten Lasern mit hohem Kontrast und ohne Abtragung auf Wellen als berührungsloses Sensorsystem zur kombinierten Messung von Winkelposition und Drehmoment aufgebracht wird.
Lasermaterialbearbeitung, Sensoren, Absorption, Bildverarbeitung
Die Messung des absoluten Drehwinkels und Drehmoments über Sensoren bildet die Grundlage für viele Industriezweige. Kombinierte Sensoren waren bisher nicht verfügbar, sodass durch getrennte Sensoren viel Bauraum beansprucht wird. Außerdem werden die Sensoreinstellungen schnell teuer. Daher wurde ein optisches und berührungsloses Messverfahren zur Erfassung des absoluten Drehwinkel- und Drehmoments entwickelt. In diesem Beitrag werden die Validierungsmethodik, der Aufbau des Prüfstands und die Validierungsergebnisse vorgestellt. Mit einer Winkelauflösung von 0,001 Grad und einer Genauigkeit von mehr als 0,05 Prozent sind die Ergebnisse vielversprechend. Für die industrielle Anwendung sind jedoch weitere Untersuchungen zur Drehmomentenbestimmung und Miniaturisierung des optischen Aufbaus erforderlich.
Absoluter Drehwinkel, Winkeldifferenz, Sensor, Drehmoment
In dieser Veröffentlichung wird der Herstellungsprozess und die anschliessende Umnformung von seriellen hybriden Stahlteilen beschrieben. Die Halbzeuge wurden mittels Laserschweißen hergestellt und mittels Querkeilwalzen umgeformt. Die präsentierten Ergebnisse sind nur ein erster Ansatz, um Einblicke in das Umformverhalten von lasergeschweißten und quekeilgewalzten Teilen zu erhalten. Die untersuchte Materialkombination ist C22 (1.0402) und 20MnCr5 (1.7147). Die neue Prozesskette ermöglicht die Herstellung von hybriden Bauteilen. Zut Bewertung der entwickelten Prozesskette werden Schweißnaht und Fügezone vor und nach dem Querkeilwalzen analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass der Fügeprozess mittels Laserschweißen eine starke Verbindung zwischen den beiden Werkstoffen mit einer höheren Härte in der Fügezone als für die einzelnen Materialien ermöglicht. Nach dem Umformprozess ist die Verbindung in der Fügezone noch vorhanden. Die Härte der Fügezone nimmt ab, bleibt aber höher als für die einzelnen Werkstoffe selbst.
Tailored Forming, Laserstrahlschweißen, Hybride Bauteile, Querkeilwalzen
Ein wesentlicher Bestandteil von Gurtförderanlagen sind die Tragrollen. Besonders in Schüttgutförderanlagen, die im anspruchsvollen Gelände mit zahlreichen Steigungen und Gefällen sowie unter extremen Umweltbedingungen in tropischen und arktischen Regionen eingesetzt werden, sind sie erheblichen Belastungen ausgesetzt. Die stetig wachsenden Fördermengen bedingen immer höhere Auflasten und Drehzahlen für die Tragrollen. Diesem Trend wird mit neuartigen Antriebskonzepten entgegengewirkt. So kommen in dezentral angetriebenen Gurtförderanlagen Tragrollen mit intern verbauten Motoren zum Einsatz.
Innerhalb eines Forschungsprojekts wird vom Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) eine duale Messeinrichtung entwickelt, mit der sowohl konventionelle Tragrollen als auch angetriebene Tragrollen geprüft werden können.
Angetriebene Tragrollen, Prüfstand, Effizienz von Gurtförderanlagen
Das Erfassen von Drehmomenten durch Sensoren, sowie das Erzeugen von Drehmomenten, stellt eine wichtige Basis für viele Industriezweige dar. Im Rahmen eines Forschungsprojektes wurde ein optisches, berührungsloses Messverfahren zur absoluten Drehwinkel- und Drehmomentmessung entwickelt. Zum Vergleich mit dem aktuellen Stand der Technik wurde ein Versuchsstand aufgebaut und mit einem Referenzdrehmomentsensor verglichen. Die Ergebnisse dieser Validierung werden in diesem Paper vorgestellt.
Drehmoment, Drehwinkel, Optisch, Validierung
Um durch den Einsatz Fahrerloser Transportsysteme (FTS) die Effizienz des Gesamtbetriebs steigern zu können, muss die Verfügbarkeit des FTS entsprechend hoch sein. Störungen sind zu vermeiden; treten sie dennoch auf, spielt ein erfolgreiches Störungsmanagement eine zentrale Rolle. Vor allem bei produzierenden Unternehmen können erhebliche wirtschaftliche Schäden auftreten, wenn Material nicht rechtzeitig an der richtigen Station angeliefert wird. Verzögerungen können die Termintreue gefährden. Zur Unterstützung der Betreiber und Hersteller von FTS soll deshalb im Rahmen eines aktuellen Forschungsprojekts eine Lösung für die Praxis entwickelt werden. Entstehen soll u. a. ein Softwaredemonstrator, der gezielt Handlungsanweisungen zur Störungsbehebung gibt, die automatisiert oder teilautomatisiert realisiert werden.
FTF, Expertensystem, Fahrerlose Transportfahrzeuge, Case-based Reasoning, CBR
Ein kombiniertes Messverfahren zur optischen Bestimmung des absoluten Drehwinkels und Drehmoments wurde erfolgreich umgesetzt. Sowohl absolute Codierungen des Winkels als auch dazugehörige Produktionstechnologien für die Herstellung geeigneter Markierungen auf der Welle wurden untersucht und erfolgreich umgesetzt.
Der absolute Drehwinkel konnte mit einer Auflösung von etwa 0,001° bei einer Genauigkeit von besser als 0,2° (entspricht 0,05 % v. E.) erfasst werden. Das Drehmoment wurde mit einer Genauigkeit von etwa 3 % v. E. bestimmt.
Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden.
optisches Messverfahren, Drehmoment, absoluter Drehwinkel
