Beim Schmieden von flachen Aluminiumlangteilen können prozessbedingt Schmiedefehler wie bspw. Falten entstehen. Einen Sonderfall stellt dabei die Bildung von inneren Falten dar, welches sich im Faserverlauf ausprägt. Innere Falten haben u. a. einen negativen Effekt auf die dynamischen Bauteileigenschaften. Als Fertigungsverfahren kann Schmieden in eindirektionales und mehrdirektionales Schmieden unterteilt werden. Beim eindirektionalen Schmieden wurde die Entstehung von inneren Falten beobachtet. Durch die Verwendung des Umformens aus mehreren Richtungen – dem mehrdirektionalen Schmieden – kann die Umformung variabel eingestellt werden und dadurch eine Faltenbildung verhindert werden. Eine neu entwickelte Methode hilft bei der Auswahl des Umformverfahrens und bei der Bestimmung einer geeigneten Werkzeuggeometrie. Hier wird speziell der Bereich angepasst, in dem die inneren Falten entstehen. Dazu wurde ein Berechnungsmodell entwickelt, mit dem eine rechnergestützte Identifizierung der inneren Falten und eine Korrektur des verwendeten sowie parametrisch aufgebauten Schmiedewerkzeugs im relevanten Bereich möglich ist.
Mehrdirektionales Schmieden, flache Langteile, Aluminium, Faserverlauf
Aufgrund der zunehmenden Integration von Funktionen müssen viele Bauteile hohe und manchmal widersprüchliche Anforderungen erfüllen. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, ist Tailored Forming. Dabei werden hybride Halbzeuge durch einen Füge- oder Beschichtungsprozess hergestellt, die anschließend warm umgeformt und nachzerspant werden. Für die Auslegung von hybriden Bauteilen für eine mögliche spätere industrielle Anwendung sind Kenntnisse über die Eigenschaften von hybriden Bauteilen erforderlich. In dieser Arbeit wird untersucht, wie die jeweiligen Prozessschritte der Tailored-Forming-Prozesskette die Eigenschaften der aufgebrachten Beschichtung verändern. Dazu werden Wellen aus unlegiertem Stahl durch Laserheißdraht-Auftragschweißen mit einem hochlegierten austenitischen Stahl X2CrNiMo19-12 beschichtet. Anschließend erfolgt die Warmumformung durch Querkeilwalzen und die Endbearbeitung durch Drehen und Festwalzen. Nach jedem Prozessschritt werden die Oberflächeneigenschaften der Auftragschicht wie Gefüge, Härte und Eigenspannungszustand untersucht. So kann der Einfluss der verschiedenen Prozessschritte auf die Oberflächeneigenschaften in der Prozesskette der Herstellung von Hybridwellen analysiert werden. Dieses Wissen ist notwendig, um definierte Eigenschaften für ein gewünschtes Einsatzverhalten gezielt einzustellen.
Querkeilwalzen, Tailored Forming, Hybrid
Bei der Montage großskaliger Produkte kommt es oftmals zu Störungen. Um diese Störungen zu reduzieren, ist ein unkomplizierter Ansatz zu ihrer systematischen Aufbereitung nötig. Dieser soll automatisiert ähnliche Störungen identifizieren und eigenständig sinnvolle Behebungsmaßnahmen vorschlagen. Dafür werden zunächst die Störungen gesammelt und charakterisiert und ein Modell für sinnvolle Informationsflüsse erstellt. Anschließend werden in einer mehrstufigen Ähnlichkeitssuche, ähnliche Störungen ermittelt und geeignete Störungsbehebungsmaßnahmen abgeleitet.
Störungsmanagement, Einzel- und Kleinserienmontage, Großskalige Produkte, Ähnlichkeitsprüfung
In diesem Beitrag wird eine neue Lösung für das Problem der Layoutplanung vorgestellt. Der Ansatz wurde in eine Planungssoftware integriert. Das Ziel des MeFaP-Forschungsprojekts war vor allem die Entwicklung einer benutzerfreundlichen Entscheidungshilfe des Facility-Layout-Problems für kleine und mittlere Unternehmen. Daher wurde auf eine realitätsnahe Modellierung des Planungsproblems Wert gelegt. So wurde z. B. eine Routenplanung mit Flächenzuordnung integriert. Als Lösungsansatz wurde die Metaheuristik Tabu Search gewählt. Um eine effiziente Optimierung zu gewährleisten, wird die Optimierung in zwei Schritten durchgeführt, einmal ohne und dann mit Routenplanung. Die Experimente wurden mit den Zielen Materialflussdistanz, Temperatur und Sauberkeit durchgeführt, die kurz beschrieben werden. Die Ergebnisse der Experimente wurden mit aktuellen Lösungsansätzen verglichen.
Facility Layout Problem, Fabrikplanung, multikriteriell, Metaheuristik, Tabu Search, Software
Die Reduzierung der Planungs- und Entwicklungszeit für effiziente Stadienfolgen beim Gesenkschmieden bietet für Unternehmen der Schmiedebranche ein hohes Potenzial, um auf die Herausforderungen im Wettbewerb zu reagieren und konkurrenzfähig zu bleiben. Die Digitalisierung von Entwicklungsprozessen eröffnet den Unternehmen innovative Unterstützungsmöglichkeiten
Stadienplanung, Umformtechnik, Digitalisierung, Prozessentwicklung, CAD
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
In der KMU-geprägten Schmiedeindustrie wird die Lebensdauer von Schmiedegesenken meist auf Basis von Erfahrungswerten und subjektiven Entscheidungen bestimmt. Um erhebliche logistische und wirtschaftliche Aufwände in Folge von ungeplanten Stillstandzeiten und Werkzeugversagen zu verhindern, wird die Lebensdauer oft um ein Vielfaches geringer festgelegt und eine Verschwendung von bestehender Reststandmenge hervorgerufen. Eine Möglichkeit die Reststandmenge von Schmiedewerkzeugen zu bestimmen, stellt ein kombiniertes Messverfahren dar, das im Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH entwickelt werden soll.
Umformtechnik, Reststandmenge, Prozessüberwachung
Die manuelle Handhabung von Schmiedeteilen ist für Schmiedemitar-beiter körperlich stark belastend. Diese körperlichen Belastungen spiegeln sich in Schädigungen des Hand-Arm-Systems und Rückens wider und führen zum Ausfall der Schmiedemitarbeiter. Um die Ge-sundheit der Schmiedemitarbeiter zu schonen, ist das Ziel die Grund-belastung durch das Eigengewicht der Schmiedezange durch Leicht-bau-Schmiedezangen zu verringern.
Schmiedezange, Ergonomie, Leichtbau
Das Flachbackenwalzen ist der Massivumformung zuzuordnen, in welchem zwei mit Gravuren versehene Werkzeugplatten aneinander vorbeilaufen und dabei ein zylindrisches Halbzeug umformen. Mithilfe des Unrundwalzens als Vorformverfahren soll es ermöglicht werden, lokal unrunde Abschnitte, beispielsweise Ellipsen oder Exzenter in ein Halbzeug zu formen. Der Stofffluss soll ausschließlich in radialer Richtung vorliegen. Erste Simulationen zeigen, dass die genannten Anforderungen erfüllt werden können.
Unrundwalzen, Querkeilwalzen, Flachbackenwerkzeuge, Vor- und Zwischenformen, FEM
Die Entwicklung einer Methode zur optimalen Planung des Umzugs von Fabrikobjekten wird durch das IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH im Rahmen eines Forschungsprojekts adressiert. Die Gestaltung eines Umzugsplans, unter Berücksichtigung zeitlicher und räumlicher Restriktionen, stellt ein komplexes Planungsproblem dar. Mit der zu entwickelnden Methode wird eine umfängliche Bewertung eines Umzugsplans hinsichtlich unterschiedlicher Zielkriterien ermöglicht. Das mathematische Optimierungsmodell soll mithilfe eines heuristischen Lösungsverfahrens implementiert werden. Die intuitive Umsetzung innerhalb einer Software-Umgebung unterstützt weiterhin die einfache Anwendbarkeit.
Fabrikplanung, Realisierungsvorbereitung, Umzugsplanung, Projektplanung, Operations Research
Da Frei?ächen für Neubauten nur begrenzt vorhanden oder gar nicht verfügbar sind, ist Nachverdichtung ein vielversprechender Ansatz zur Generierung neuen Wohnraums. Das können sowohl die Erweiterung bestehender Gebäude um weitere Stockwerke sein als auch der vertikale Anbau oder die Nutzungsänderung anderer Gebäudestrukturen. Der modulare Hausbau trägt dieser Zielsetzung Rechnung, weil ein Großteil der Wertschöpfung vor Baubeginn generiert wird. Seine Vorteile stehen nun den logistischen Herausforderungen der Nachverdichtung gegenüber.
Modularer Hausbau, Nachverdichtung, Baustellen, Produktionsplanung und -steuerung
Auf innerstädtischen Baustellen steht meist nur ein begrenztes Flächenangebot zur Verfügung. Dadurch steigt die Komplexität in der Durchführung entsprechender Bauprojekte und zugleich das Risiko von Terminverschiebungen. Sowohl die Zusammensetzung des Bedarfs an spezifischen Flächenarten sowie deren Bedarfsentwicklung während der Bauzeit sollten im Zuge der Terminplanung Berücksichtigung finden. Eine Möglichkeit der Bewertung des Flächenbedarfs besteht über die Einführung des Wandlungspotenzials als Indikator für die Eigenschaft einer Fläche, bei möglichen kurzfristigen Änderungen im Bauprojekt flexibel angepasst werden zu können. Damit kann eine Bewertungsgrundlage geschaffen werden, die zunächst eine Entscheidungsunterstützung für Projektplaner darstellt und nachfolgend in optimierende Verfahren zur Terminplanung integriert werden kann. Dadurch kann die Güte eines Terminplans in Zusammenhang mit dessen Robustheit in positiver Sicht beeinflusst werden.
Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung einer Methode zur Bewertung von Flächenbedarfen und eine Möglichkeit der Integration in die Terminplanung von Bauprojekten. Es erfolgt eine anschließende Validierung der Methode anhand eines Praxisbeispiels. Abschließend werden die Ergebnisse resümiert.
Terminplanung, Baumanagement, Projektplanung, Produktionsplanung und -steuerung, Baustellen
Für die effiziente Herstellung komplexer Geometrien werden häufig mehrstufige Schmiedeprozessketten eingesetzt. Diese bestehen typischerweise aus einer homogenen Erwärmung, einer oder mehreren Vorformstufen und dem Fertigschmieden. Durch inhomogen erwärmte Rohteile können die Prozessketten vereinfacht oder verkürzt werden. Dies soll erreicht werden, indem innerhalb eines Rohteils verschiedene Temperaturbereiche eingestellt werden, die zu unterschiedlichen Fließspannungen führen. Diese können den Materialfluss beeinflussen, was zu einer einfacheren Herstellung komplexer Teile führt. In dieser Studie wird der Einfluss von inhomogen erwärmten Rohteilen auf den Umformprozess mittels FEA untersucht. Dazu werden zwei Prozessketten mit inhomogener Erwärmung und drei homogen erwärmte Referenzprozessketten entwickelt und verglichen. Jede Prozesskette wird so lange optimiert, bis die Formfüllung erreicht ist und keine Fehler mehr auftreten. Zielgrößen für die Bewertung sind die notwendige Umformkraft, die zur Formfüllung notwendige Materialmenge und der Werkzeugverschleiß. Die Ergebnisse zeigen für Prozessketten mit inhomogen erwärmten Rohteilen ein kleines Zeitfenster von ca. 5 s für eine erfolgreiche Umformung im Sinne einer Formfüllung. Umformkräfte und Werkzeugverschleiß steigen bei inhomogen erwärmten Rohteilen aufgrund höherer anfänglicher Fließspannungen an. Allerdings sinkt der Gratanteil bei inhomogen erwärmten Rohteilen. Je nach Größe weisen inhomogen erwärmte Rohteile bis zu 11,8 % weniger Grat auf als homogen erwärmte Rohteile. Dies zeigt ein Potenzial für den Einsatz der inhomogenen Erwärmung, um Schmiedeprozesse effizienter zu gestalten. Anschließend werden experimentelle Versuche durchgeführt, um die Ergebnisse der Simulationen zu verifizieren.
Inhomogene Erwärmung, Schmieden, FEA, Ressourceneffizienz, Vorformoperationen
Um die Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung geometrisch komplizierter Schmiedeteile zu erhöhen, ist die Materialeffizienz ein entscheidender Faktor. In dieser Studie wird eine Methode validiert, die eine mehrstufige Stadienfolge auf Basis der CAD-Datei des Schmiedeteils automatisch entwirft. Die Methode soll materialeffiziente Stadienfolgen generieren und die Entwicklungszeit sowie die Abhängigkeit von Referenzprozessen bei der Auslegung von Stadienfolgen reduzieren. Mittels künstlicher neuronaler Netze wird die Geometrie des Schmiedeteils analysiert und in eine Formklasse eingeordnet. Ergebnis der Analyse sind Informationen über die Bauteileigenschaften, wie z. B. Biegung und Löcher. Daraus lassen sich spezielle Operationen wie z. B. ein Biegevorgang in der Stadienfolge ableiten. Mit einem Slicer-Algorithmus wird die CAD-Datei des Schmiedeteils in Schnittebenen aufgeteilt und die Massenverteilung um die Schwerpunktslinie des Schmiedeteils berechnet. Ein Algorithmus nähert die Massenverteilung und die Querschnittskontur vom Schmiedeteil schrittweise bis zum Halbzeug an. Jede Zwischenform wird als CAD-Datei exportiert. Der Algorithmus benötigt wenige Minuten, um eine mehrstufige Stadienfolge zu generieren. Die entworfenen Stadienfolge werden durch FEM-Simulationen überprüft. Qualitätskriterien, die bewertet und untersucht werden, sind Formfüllung und Falten. Erste FEM-Simulationen zeigen, dass die automatisch generierten Stadienfolgen die Herstellung unterschiedlicher Schmiedeteile ermöglichen. In einem iterativen Anpassungsprozess werden die Ergebnisse der FEM-Simulationen zur Anpassung der Methode genutzt, um materialeffiziente und prozesssichere Stadienfolgen zu gewährleisten.
Automatische Prozessauslegung, Schmieden, FEM, Ressourceneffizienz, CAD
Es wird eine Methode vorgestellt, die es ermöglicht die Komplexität eines Schmiedeteils automatisiert auf Basis der CAD-Datei des Schmiedeteils zu bestimmen. Eine automatisierte Bewertung der Schmiedeteilkomplexität ist für eine digitalisierte und automatisierte Auslegung von Stadienfolgen notwendig, um wichtige Auslegungsparameter wie den Gratanteil oder die Anzahl der Stadien festlegen zu können.
CAD, Umformtechnik, Algorithmen
Die Zusammenstellung von Informationen zur Bearbeitung innerbetrieblicher Produktionsaufgaben erfolgt oftmals auf Basis wenig hinterfragter Arbeitsplanvorlagen. Die Auswahl der optimalen Informationsmenge und –tiefe erfordert dabei eine Positionierung in einem Spannungsfeld aus Arbeitsaufwand in der Arbeitsplanung und Informationsnutzen in der Arbeitsausführung. Daher wird eine Methode vorgestellt, mit der Detaillierungsgrade unterschiedlicher Informationen individuell quantifiziert und bewertet werden können. Dadurch wird eine Grundlage geschaffen, um den optimalen Detaillierungsgrad von Arbeitsplänen bestimmen zu können.
Arbeitspläne, Arbeitsvorbereitung, Detaillierungsgrad, Informationsbereitstellung, MES-Einführung
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
Die Layoutplanung ist eine komplexe Planungsaufgabe im Rahmen einer Fabrikplanung, welche bisher meist manuell ausgeführt werden musste. Zwar wurden in der Vergangenheit viele Optimierungsverfahren für die zugrundeliegende Problemstellung entwickelt, jedoch waren diese nur für einen kleinen meist universitären Expertenkreis anwendbar. Daher wurde in einem Forschungsprojekt eine einfach anwendbare Software zur Layoutplanung entwickelt, um Unternehmen einen Zugang zu diesen Optimierungsverfahren zu bereiten.
Fabrikplanung, Layoutplanung, Optimierung, Operations Research, Software
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
Der Einsatz eines Manufacturing Execution Systems (MES) kann viele Vorteile für Unternehmen bieten, doch stellt die Einführung häufig eine große Herausforderung dar. Determinierend für eine erfolgreiche Einführung sind die Bestimmung notwendiger Anforderungen, deren Erfüllung durch das Unternehmen sowie deren Berücksichtigung im Einführungsprozess. In diesem Beitrag wird die Entwicklung einer reifegradbasierten Methode für die Bewertung und Verbesserung der unternehmensindividuellen Erfüllung der Anforderungen einer MESEinführung vorgestellt.
Manufacturing Execution System, Reifegradmodell, Digitalisierung
Die Produktion von Hybridbauteilen beinhaltet eine lange Prozesskette, die bereits vor der Bearbeitung zu hohen Investitionskosten führt. Um die Prozesssicherheit und Prozessqualität bei der Endbearbeitung zu erhöhen, ist es notwendig, Informationen über die Halbzeuggeometrie für den Bearbeitungsprozess bereitzustellen und fehlerhafte Bauteile frühzeitig zu identifizieren. In diesem Beitrag wird eine Untersuchung zur Vorhersage von Maßabweichungen und Lunkern im Material während des Querkeilwalzens von Wellen auf Basis des gemessenen Werkzeugkraft vorgestellt. Zunächst wird der Prozess in Bezug auf die Variation des Durchmessers für drei Walzspalte und zwei Materialien untersucht. Anschließend werden aus den hydraulischen Drücken der Werkzeuge Merkmale generiert und multi-lineare Regressionsmodelle entwickelt, um die resultierenden Durchmesser der Wellenschulter zu bestimmen. Diese Modelle zeigen eine bessere Vorhersagegenauigkeit als Modelle, die auf Metadaten über den eingestellten Walzenspalt und das geformte Material basieren. Die Merkmale werden zusätzlich genutzt, um den Prozess hinsichtlich des Mannesmann-Effekts erfolgreich zu überwachen. Abschließend wird ein Sensorkonzept für eine neue Querkeilwalzmaschine zur Verbesserung der Vorhersage der Werkstückgeometrie und ein neuer Ansatz zur Überwachung von Bearbeitungsprozessen von Werkstücken mit Maßabweichungen für kommende Studien vorgestellt.
Querkeilwalzen, Umformtechnik, Hybrid, Halbzeuge, Tailored Forming
