Veröffentlichungen

Wie lassen sich additive Prozessketten automatisieren und die Druckqualität überwachen? Wie entsteht im Multimaterialdruck ein Bauteil aus Metall und Kunststoff? Das und mehr haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Niedersachsen ADDITIV in den vergangenen drei Jahren erforscht.

Additive Fertigung, 3D-Druck, Automatisierung, Qualitätssicherung

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, Flurförderzeug, Sichteinschränkungskompensation, Bildverarbeitungssoftware

Um den Herausforderungen der Globalisierung begegnen zu können, kommt der Optimierung des innerbetrieblichen Transports eine immer größer werdende Bedeutung zu. Infolge der technischen Weiterentwicklung stellen Drohnen inzwischen eine innovative Fördertechnik dar. Gerade bei zeitkritischen Transportaufgaben stellen Drohnen eine wirtschaftliche Alternative zu konventionellen Transportsystemen dar. Drohnen zeichnen sich jedoch durch eine sehr geringe Traglast und durch sehr hohe Betriebskosten aus, weshalb sie in einzelnen Fällen zwar wirtschaftlicher sind als konventionelle Transportsysteme, dabei aber keine Universallösung für jegliche innerbetriebliche Transportaufgaben bieten.

Drohnen, Intralogistik, Transport, Transportsysteme, Wirtschaftlichkeit

Fahrerlose Transportsysteme sind ein entscheidender Baustein für leistungsfähigere Produktionssysteme in der Intralogistik, haben aber Schwächen in der Mensch-Maschine-Interaktion. Von Wissenschaftlern des IPH wird eine gestenbasierte Steuerung entwickelt, die die Interaktion intuitiv gestalten und ihre Akzeptanz erhöhen soll.

Fahrerlose Transportfahrzeuge, Leitsteuerung, Gestenbasierte Steuerung

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

Dieser Beitrag stellt Konzepte zur Stoß- und Schwingungs­reduktion einer Schmiedezange vor. In der Schmiedeindustrie werden bei der Bearbeitung von Schmiedeteilen häufig hand­geführte Schmiedezangen eingesetzt. Hierbei wirken auf die Mit­arbeiter hohe Belastungen durch Stöße und Schwingungen der Umformmaschinen ein. Ein erstelltes Simulationsmodell evaluiert Konzepte zur Reduzierung der Stöße und Schwingungen während des Schmiedens.

Ergonomie, Schmieden, Stoß- und Schwingungsreduktion

Im Rahmen des Projektes „CoMoGear – Condition Monitoring of Marine Gearboxes based on Wireless, Energy-Autonomous Sensor Nodes” wurde ein energieautarkes, drahtloses Sensornetzwerk zur Zustandsdiagnose von hochbelasteten, rotierenden Bauteilen im Schiffsgetriebe entwickelt. Dieses erlaubt eine intelligente, zustandsbasierte Überwachung und Instandhaltung und ebnet somit den Weg für eine unbemannte Schifffahrt.

Sensorknoten, Zustandsüberwachung, Schiffsgetriebe, Energy Harvesting

Konstruktionsbedingt können unter anderem der Hubmast und Anbaugeräte an Flurförderzeugen das Sichtfeld des Fahrers einschränken. Im Projekt „Virtuelle Sichtverbesserung und intuitive Interaktion durch Erweiterte Realität an Flurförderzeugen (Visier)“ soll diesem Sachverhalt mit der Entwicklung eines neuen Fahrerassistenzsystems entgegengewirkt werden. Mithilfe einer Augmented-Reality-Brille (AR-Brille) sollen die Voraussetzungen dafür geschaffen werden, dass der Fahrer Sichteinschränkungen ausblenden und so ein Blick hinter die Ladung und das Hubgerüst werfen kann, um Gefahren und Hindernisse frühzeitig zu erkennen.

Augmented Reality, Assistenzsystem, Flurförderzeuge

In vielen Unternehmen steigt der Anspruch an die Effizienz der unternehmenseigenen Prozesse, um aus den vorhandenen Kapazitäten den maximalen Nutzen herauszuholen. Dazu gehört u. a. das Vermeiden von Verschwendungen innerbetrieblicher Kapazitäten. Mit der Optimierung von Arbeitsplänen durch Anpassung des Detaillierungsgrads an die Bedürfnisse der Produktion kann bereits bei der Arbeitsvorbereitung ein wesentlicher Beitrag dazu geleistet werden. Eine Verbesserung der Informationsbereitstellung aufgrund eines optimal detaillierten Arbeitsplans kann sich positiv auf die Effizienz eines Unternehmens auswirken, indem nicht wertschöpfende Tätigkeiten reduziert werden.

Arbeitspläne, Arbeitsvorbereitung, Detaillierungsgrad, Informationsbereitstellung MES-Einführung

Eine große Herausforderung der Logistik innerhalb produzierender Unternehmen besteht in der Optimierung von Transportsystemen. Unternehmen sind in diesem Bereich aufgrund von Industrie 4.0 bereiter denn je, noch unbekannte Rationalisierungspotentiale zu finden und umzusetzen. Derzeit wird dem Einsatz von Drohnen in der innerbetrieblichen Logistik ein solches Potential zugeschrieben. Besonders im Umgang mit ungeplanten Materialtransporten für Fehlteile in Montagen oder Ersatzteile für Reparaturen könnten sich die unbemannten Luftfahrzeuge als Problemlöser erweisen. Der Einsatz von Drohnen ist jedoch vor allem in Fabrikhallen ein noch weitgehend ungeklärtes Gebiet.

Drohnen, Intralogistik, Transport

Zur Herstellung hybrider Bauteile mit maßgeschneiderten Eigenschaften wurde eine durch Finite-Elemente-Simulation unterstützte Prozesskettengestaltung untersucht. Diese umfasst die Prozessschritte Querkeilwalzen, Heißgeometrieprüfung, Induktionshärtung und Ermüdungsprüfung. Die Prozesskette ermöglicht den Einsatz von Werkstoffkombinationen wie hochfeste Stähle mit kostengünstigen und leicht zu verarbeitenden Stählen. Hier wird das Plasma-Pulver-Auftragschweißen eingesetzt, um die Prozesskette mit hybriden Halbzeugen aus verschiedenen Stahlgüten zu versorgen. Es wird ein Überblick über die numerischen Ansätze zur Berücksichtigung der verschiedenen physikalischen Phänomene in jedem der Prozessschritte gegeben. Die Eigenschaften des Bauteilverhaltens wurden mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) und theoretischen Ansätzen untersucht.

 

Querkeilwalzen, Umformtechnik, Hybrid, Halbzeuge, Tailored Forming

In dieser Arbeit stellen wir eine Anwendung der virtuellen Elementmethode (VEM) auf einen Umformprozess von metallischen Hybridstrukturen durch Querkeilwalzen vor. Die Modellierung dieses Prozesses ist in ein thermomechanisches Gerüst eingebettet, das großen Verformungen ausgesetzt ist. Da Umformprozesse meist große Verschiebungen innerhalb eines plastischen Regimes beinhalten, ergibt sich die Schwierigkeit einer genauen numerischen Behandlung. Die VEM zeigt eine stabile, robuste und quadratische Konvergenzrate unter extremen Belastungsbedingungen in vielen Bereichen der numerischen Mechanik. Numerisch wird der Umformprozess durch die Zuweisung zeitabhängiger Randbedingungen erreicht, anstatt die Kontaktmechanik zu modellieren, was zu einer vereinfachten Formulierung führt. Basierend auf den beiden metallischen Kombinationen von Stahl und Aluminium werden in den Simulationen unterschiedliche Materialeigenschaften berücksichtigt. Der Zweck dieses Beitrags besteht darin, die Wirksamkeit eines solchen berührungslosen makroskopischen Rahmens durch die Verwendung geeigneter Randbedingungen innerhalb eines virtuellen Elementschemas zu veranschaulichen. Ein Vergleich mit der klassischen Finite-Elemente-Methode (FEM) wird durchgeführt, um die Effizienz des gewählten Ansatzes zu demonstrieren. Die in dieser Arbeit vorgeschlagenen numerischen Beispiele stammen aus dem DFG-Sonderforschungsbereich (SFB) 1153 "Prozesskette zur Herstellung hybrider Hochleistungsbauteile durch Tailored Forming".

Simulation, FEM, Umformtechnik, Tailiored Forming

Das hybride Verbundschmieden von Aluminiummassivteil und Stahlblechen ist eine Kombination aus Materialleichtbau und strukturellem Leichtbau. Bei diesem Verfahren werden ein Aluminiummassivteil und ein Stahlblech kombiniert und gleichzeitig umgeformt. Durch das Umformen wird unter Verwendung von Zink als Lotmaterial eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt. Dadurch wird die Bildung spröder intermetallischer Fe-Al-Phasen sowie Kontaktkorrosion verhindert. Die Zinkschicht wird durch Schmelztauchen auf das Aluminiummassivteil aufgebracht. Um durch Umformen eine stoffschlüssige Verbindung herzustellen, werden in ersten experimentellen Versuchen geeignete Parameter wie z.B. die Umformtemperatur ermittelt. Schliffbilder zeigten, dass die Zinkschicht nach der Umformung noch intakt ist. In dieser Veröffentlichung wird die Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Umformschritte und unterschiedlicher Geometrien der Aluminiummassivteiloberfläche auf die Verbindungsfestigkeit beschrieben. Die Umformversuche zeigen, dass eine weitere Umformung des Aluminiummassivteils, die zu einer größeren Verformung führt, zu einer stärkeren Verbindung zwischen beiden Fügepartnern führt. Es gibt jedoch eine Grenze für die Umformung, da sich die aufgebrachten Kräfte auf das Stahlblech übertragen können, was zu einer unbeabsichtigten Verformung führen kann. Die erzeugten Hybridteile werden auf ihre Fähigkeit zur weiteren Umformung geprüft. Daher werden die gefügten Hybridteile einem Tiefziehprozess unterzogen, um festzustellen, ob die Verbindung einer weiteren Verformung des Hybridteils standhält.

Aluminium, Hybridschmieden, Leichtbau, Hybrid

Bisher planen Unternehmen üblicherweise zunächst ein Fabriklayout und widmen sich anschließend der Transportmittelauswahl und der Routenplanung. Zukünftig sollen deren Auswirkungen auf das Fabriklayout schon in frühen Phasen berücksichtigt werden. Dann können bereits bei der Planung Sperrflächen für Transportbänder oder andere Besonderheiten bei der Auslegung der Transportrouten, unter anderem durch den Einsatz von Fahrerlosen Transportsystemen, berücksichtigt werden. Das kann nachträgliche Anpassungen verhindern, wodurch Unternehmen Zeit und Kosten sparen.

Fabrikplanung, Fuzzy Logik, Transportmittelauswahl, Routenplanung

Glühend heiße, kiloschwere Stahlteile zu handhaben ist körperlich belastend. Eine neuartige Schmiedezange soll Belastungen bei der Arbeit reduzieren, Schmerzen vorbeugen und den Krankenstand senken.  

Schmieden, Ergonomie, Belastungsreduktion

Die Auswahl von Lager-, Kommissionier- und Transportsystemen (LKT-Systeme) ist aufgrund der hohen Anzahl an zur Verfügung stehenden Systemen am Markt und zu betrachtenden Einflussfaktoren sehr komplex. Ein wichtiger Einflussfaktor ist die Automatisierung. Zur Einordnung der Automatisierungsgrade von LKT-Systemen und zur Bestimmung der individuell notwendigen Automatisierung wird folgend eine Methode vorgeschlagen.

Automatisierung, Lager, Kommissionier und Transportsysteme

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

Das Ziel des Teilprojektes B1 des Sonderforschungsbereiches (SFB) 1153 ist die Ermittlung der Umformbarkeit neuartiger hybrider Halbzeuge mittels des inkrementell umformenden Querkeilwalzens. Hauptaspekt ist die Umformung verschieden hergestellter Hybridhalbzeuge aus Stahl, Aluminium und Hartwerkstofflegierungen. Zur Reduktion des Bauteilgewichts ist es durch die Verwendung hybrider Halbzeuge möglich, weniger belastete Segmente eines zuvor monolithischen Bauteils aus einem Leichtmetall zu fertigen. Zur Erhöhung des Verschleißwiderstandes kann ein Bauteilbereich (z. B. ein Lagersitz) mit einem Hartwerkstoff ummantelt werden. Darüber hinaus sollen zukünftig Prozessgrößen (z. B. Temperatur und Kraft) im Werkzeug-Werkstück-Kontakt gemessen werden. Für die verwendeten Halbzeuge gibt es primär zwei Werkstoffanordnungen: ummantelt (koaxial - Demonstrator Welle 1) und stirnseitig gefügt (seriell - Demonstrator Welle 3). Eine Herausforderung ist die für die Umformung notwendige Erwärmung der Halbzeuge, da das Hybridhalbzeug aufgrund der verschiedenen Werkstoffe unterschiedliche Fließwiderstände besitzt und ggf. inhomogen erwärmt werden muss, um eine gleichmäßige Umformung zu ermöglichen.

Umformtechnik, Querkeilwalzen, Hybride Halbzeuge, Tailored Forming

Der Sonderforschungsbereich 1153 „Tailored Forming“ am Institut für Integrierte Produktion Hannover erschließt weiteres Potenzial hybrider Massivbauteile. Auf Basis eines neuartigen Fertigungsablaufs sollen maßgeschneiderte, bereits vor der Formgebung gefügte Halbzeuge eingesetzt werden.

Tailored Forming, Querkeilwalzen, Umformtechnik, Aluminium, Stahl

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

Ihre Ansprechpartnerin

Susann Reichert
B. Eng.

Referentin für Public Relations und Marketing

Anmerkung zu Veröffentlichungen bei sogenannten

„Predatory Publishers"

In der Vergangenheit sind unsere Mitarbeiter vereinzelt auf sogenannte „Predatory Publisher" hereingefallen. Dabei handelt es sich um Verleger, die sich nicht an die Regeln guter wissenschaftlicher Praxis halten, indem sie beispielsweise einen Peer-Review-Prozess vortäuschen, ohne dass dieser tatsächlich stattfindet. Vor Bekanntwerden der unwissenschaftlichen Motivation der Anbieter wurden diese durch das IPH als eine von mehreren Möglichkeiten gesehen, relevante Forschungsergebnisse einem breiten internationalen Publikum zugänglich zu machen.
Vom Vorwurf pseudowissenschaftlicher Beiträge möchte sich das IPH jedoch nachdrücklich distanzieren. Die Qualität der Anbieter ist nicht mit der inhaltlichen Qualität und dem allgemeinen wissenschaftlichen Anspruch der Beiträge des IPH, welche vorab immer in internen Reviewprozessen geprüft werden, gleichzusetzen.
In den Publikationslisten wurden diese Beiträge gelöscht, da sie unseren Anforderungen an Veröffentlichungen nicht genügen. Im Sinne der Transparenz und des offenen Umgangs mit diesem Thema haben wir uns jedoch dafür entschieden, diese ebenfalls in den Jahresberichten aufgeführten Veröffentlichungen in den auf unserer Webseite downloadbaren PDF-Dokumenten nicht zu verändern. Bei diesen handelt es sich um Zeitdokumente, die in ihrer gedruckten Form nicht nachträglich verändert werden können. Nach Bekanntwerden hat das IPH intern Prozesse inklusive eines systematischen Bewertungssystems für Anbieter etabliert, um sicherzustellen, dass diese Anbieter nicht weiter genutzt werden.