Veröffentlichungen

Die Unternehmensbereiche Produktion und Logistik stehen derzeit vor allem durch die zunehmende Nachfrage nach Produktvariabilität unter Druck. Interaktive Assistenzsysteme leisten dabei einen essentiellen Beitrag zur Effizienzsteigerung in diesen Bereichen. Aufgrund fehlender Rahmenbedingungen stehen jedoch gerade KMU der Technologieeinführung kritisch gegenüber, da sich diese nicht als trivial erweist. Plant ein Unternehmen die Einführung von interaktiven Assistenzsystemen in Produktion und Logistik, eignen sich Reifegradmodelle zur Fähigkeitsanalyse und Unterstützung bei der Planung und Steuerung dieses Prozesses. Dabei ist es jedoch wichtig, einen systematischen Prozess zur Entwicklung der Modelle zu verfolgen, um im Anschluss daran eine erfolgreiche Implementierung der Assistenzsysteme im Unternehmen gewährleisten zu können. 

Industrie 4.0, Digitalisierung, Interaktive Assistenzsysteme, Datenbrillen, Reifegradmodelle

Die Untersuchung der Flittergratbildung in einem gratlosen Präzisionschmeideprozess von einem lenkerähnlichen Aluminiumlangteil mittels FEM und experimentellen Umformversuchen wurde im Vortrag beschrieben. Flittergratbildung erschwert das Handling und die Positionierung der Bauteile in nachfolgenden Prozesschritten und führt zu Lage- und Toleranzfehlern. Zu Untersuchungszwecken wurden drei volumengleiche Vorformen unterschiedlicher Geometrie verwendet, um dieselbe Fertigteilgeometrie zu erzeugen.

Die FEM-Simulationen wurden hinsichtlich der vorformgeomtrieabhängigen Formfüllungs-Sychronität untersucht, um Bereiche der Flittergratbildung zu prognostizieren. Die FEM-basierten Prognosen wurden mit der in experimentellen Schmiedeversuchen ermittelten Flittergratbildung verglichen. Der Vergleich zeigte gute Übereinstimmung. In allen Bereichen, in denen simualtiv Flittergrat prognostiziert wurde, konnten auch Flittergratbildung experimentell nachgewiesen werden. Vorfomen mit höherer Formfüllungssynchronität zeigten geringere Flittergratbildung. 

Schmieden, gratlos Schmieden, Aluminium, FEM, Flittergrat, Prognose

Die Auslegung von Massivumformprozessen erfordert viel Zeit. Aufwendige FEM-Simulationen dienen der Vorabuntersuchung, benötigen jedoch in Abhängigkeit der Ergebnisgüte Berechnungszeiten von Stunden oder Tagen. Forscher des Instituts für Integrierte Produktion Hannover gGmbH (IPH) wollen dies beschleunigen: Ein Algorithmus soll relevante Ergebnisteile der Simulation innerhalb einer Minute vorhersagen. Die Basis zur Vorhersage sind viele Simulationen, die automatisiert aufgesetzt, durchgeführt und ausgewertet werden sollen. Der Artikel zeigt, wie man ebendiese Automatierung sinnvoll durchführen könnte.

KImulation, Simulation, Automatisierung

Fällt ein Schiffsgetriebe auf hoher See aus, kann das sehr gefährlich für die Besatzung werden – und teuer für den Reeder: Er muss sein Schiff abschleppen lassen und bringt die Fracht nicht pünktlich ans Ziel. Deshalb werden kritische Bauteile regelmäßig ausgetauscht. Das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) will die Wartung günstiger und sicherer machen, indem es Schiffsgetriebe rund um die Uhr aus der Ferne überwacht – mit einem energieautarken, drahtlosen Sensornetzwerk.

Messtechnik, Schiffsgetriebe, Fernüberwachung, Sensornetzwerk

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

Plasma-Pulver-Auftragschweißen (PTA) ist ein flexibles Schweißverfahren, um metallische Werkstoffe mit einer Vielzahl von Materialkombinationen zu beschichten. An der Leibniz Universität Hannover wird dieser Prozess derzeit für die Herstellung von hybriden Halbzeugen für die Massenproduktion untersucht. Die Technologie bietet viele Antworten auf die Fragen nach kostengünstigen Herstellungsmethoden im Bereich von Hochleistungsbauteilen. Das dargestellte Verfahren ist eine Kombination aus einem Schweiß- und einem Querkeilwalzprozess (QKW) mit dem Ziel eine homogene Beschichtung aus Stahl mit einem hohen Kohlenstoffanteil (CEV>0,5) herzustellen. Dabei ist ein stabiler Prozess wichtig um Schwachstellen aufgrund von inhomogenen Schichtdicken in den fertigen Bauteilen zu verhindern, vor allem wenn die Teile in tribologischen Anwendungen eingesetzt werden. Daher ist es notwendig, dass wichtige Eigenschaften der Fügezone zwischen den Materialien wie der Beschichtungsdicke und der Mikrostruktur gut bekannt sind und gesteuert werden können.

Die Verformung der Schweißnähte und der Mikrostruktur wird optisch untersucht. Es wird gezeigt, dass es möglich ist, das ursprüngliche Schweißgefüge der geschweißten Schicht in ein Umformgefüge umzuwandeln. Die Untersuchungen geben einen ersten Überblick über die Möglichkeiten, die Beschichtungsqualität durch Umformprozesse bei der Herstellung von geschweißten Hybrid-Halbzeugteilen zu beeinflussen.

Tailored Forming, Plasma-Pulver-Auftragschweißen, Hybride Bauteile, Querkeilwalzen

In diesem Artikel wird das flexible job-shop scheduling problem um die Betrachtung von Energiekosten erweitert, die infolge der Lastspitze entstehen. Zudem werden weitere Zielgrößen, wie der Bestand und die Durchlaufzeit, mit in die Zielfunktion aufgenommen. Somit kann ein Produktionsplan simultan hinsichtlich der entstehenden Energie- und Logistikkosten optimiert werden.

Das entstehende energy-costs-aware flexible job-shop scheduling problem (EFJSP) wird mathematisch beschrieben und ein memetischer Algorithmus (MA) zur Lösung vorgestellt. In dem MA wird der evolutionäre Prozess um eine lokale Suche erweitert. Zusätzlich werden Reparaturverfahren angewendet, um im evolutionären Prozess entstandenen Unzulässigkeiten zu beheben. Ein Potential zur Senkung der Kosten eines Produktionsplans infolge der Berücksichtigung von Energieverbräuchen wird aufgezeigt.

Memetischer Algorithmus, Energiekosten, Lastspitze, Produktionsplan

Schmiedeteile eignen sich für den Gebrauch in der Automotiveindustrie, da sie die Anforderungen des Leichtbaus erfüllen und zugleich hohen Belastungen standhalten. Um eine hohe Prozessgüte zu erreichen, muss beim gratlosen Präzisionschmieden die Flittergratbildung zwischen den formgebenden Elementen (Gesenkhälften und Stempeln) vermieden werden. Nach aktuellem Stand der Forschung ist die zur Vermeidung notwendige Vorheresage der Flittergratbildung nicht möglich.

In diesem Paper ist die Entwicklung eines Modells zur Vorhersage der Flittergratbildung, basierend auf der Finite Elemente Methode (FEM), beschrieben. Dazu wurden verschiedene Analyseparemeter aus der FEM hinsichtlich ihrer Korrelation (Signifikanz und Effekt) zu den Prozessparametern Umformtemperatur, Umformgeschwindigkeit und Gratspaltbreite untersucht. Unter allen untersuchten Analyseparametern wurden der Hydrostatische Druck und die Umformkraft in Hauptumformrichtung als die zur Flittergratprognose am meisten geeigneten Parameter identifiziert.

Aluminiumschmieden, gratloses Präzisionsschmieden, gratloses Schmieden, FEM

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.

Schlussbericht

optisches Messverfahren, Drehmoment, absoluter Drehwinkel

Dieser Vortrag erläutert die Ergebnisse des Forschungsprojekts "4.0 Ready" und geht dabei insbesondere auf die Potenziale und Hemmnisse der Einführung interaktiver Assistenzsysteme, speziell im Bereich Service und Wartung, sowie die Unterstützung dieser über die Verwendung von Reifegradmodellen ein.

Industrie 4.0, Interaktive Assistenzsysteme, Datenbrillen, Reifegradmodelle

Mensch und Maschine arbeiten künftig Seite an Seite. Nicht nur Roboter in der Montage, sondern auch Fahrzeuge in der Logistik lernen, Arbeitsanweisungen zu verstehen und selbstständig umzusetzen. Die Forscher am Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) tragen dazu bei: Sie haben eine Sprach- und Gestensteuerung für Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) entwickelt. Diese bringen inzwischen Bauteile vollautomatisch vom Lager in die Montage und transportieren fertige Waren aus der Produktion zum Versand. Die Logistik im Unternehmen wird so deutlich effizienter.

Industrie 4.0, Logistik, Autonome Transportsysteme, FTF

Aufgrund der thermischen und mechanischen Belastungen infolge der hohen Rohteiltemperaturen von bis zu 1280 °C, der großen Gesenk-Innendrücke und des ausgeprägten Werkstoffflusses entlang der Gesenkoberflächen ist der Werkzeugverschleiß beim Gesenkschmieden besonders hoch. Ein fortgeschrittener Werkzeugverschleiß führt zu Instandhaltungsaufwänden, Produktionsstillstandzeiten, und im schlimmsten Fall zum Werkzeugbruch und ist daher ein Hauptkostenfaktor beim Gesenkschmieden.

Am Institut für Integrierte Produktion Hannover wurde der Zusammenhang zwischen dem Verschleiß von Schmiedewerkzeugen von der gewählten Losgröße nachgewiesen. Auf Basis der Ergebnisse können künftig lnstandhaltungsabläufe optimiert und Kosten reduziert werden.

Schmieden, Stahl, Verschleiß, Losgröße

Ein zur Fabrik umgebauter Bus tourt derzeit durch Niedersachsen und Bremen und informiert kleine Unternehmen kostenlos über Industrie 4.0. Organisiert werden die Roadshows von "Mit uns digital!". Bis Ende 2017 sind noch elf Fahrten geplant.

Industrie 4.0, Digitalisierung, Mittelstand, KMU

Ein geringer Energieverbrauch und eine geringe Fertigungszeit werden in jedem industriellen Prozess der Kurbelwellenherstellung gefordert. Kurbelwellen besitzen eine sehr komplexe Geometrie und werden daher, verglichen mit anderen Schmiedebauteilen, mit einem hohen Gratanteil geschmiedet. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigten die Machbarkeit des gratlosen Präzisionsschmiedens von Kurbelwellen. Eine Möglichkeit, eine Kurbelwelle herzustellen ist die Verwendung der drei Fertigungsschritte Querkeilwalzen, mehrdirektionales Schmieden und Fertigschmieden.

Dieses Paper präsentiert die Untersuchungsergebnisse des Einflusses der Querschnittsflächenreduzierung beim Querkeilwalzen auf verschiedenen Parametern des mehrdirektionalen Schmiedens. Zuerst ist der aktuelle Stand der Forschung, die Entwicklung des Prozesses und die Werkzeugkonzepte des Querkeilwalzens sowie des mehrdirektionalen Schmiedens dargestellt. Danach sind die Ergebnisse des Einflusses der Querschnittsflächenreduzierung auf die Gratbildung, Bauteiltemperaturen, Umformgrad, Umformkraft und Spannung gezeigt. Grundsätzlich entsteht Grat, weil eine rotationsymmetrische Vorform asymmetrisch umgeformt wird. Eine steigende Querschnittsflächenreduzierung führt dabei zu einem geringeren Grat unten an den Kurbelwangen.

mehrdirektionales Schmieden, Querkeilwalzen, Kurbelwelle, Querschnittsflächenreduzierung

Wenn Unternehmen schon bei der Belegungsplanung darauf achten, dass ihre Mitarbeiter nicht überlastet werden, können sie Produktionsfehler vermeiden, die Qualität ihrer Produkte steigern und Kosten sparen. Daran forscht das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH).

Belegungsplanung, Menschliche Leistungskurve, Fehlerkosten

Die Reduzierung von CO2-Emissionen und des Kraftstoffverbrauchs steht im Automobilbau seit langem im Zentrum des Interesses von Forschung und Entwicklung. Der Leichtbau ist daher von größerer Bedeutung denn je. 

Der erste Leichtbauansatz bestand in diesem Projekt darin, Strukturbauteile belastungsorientiert auszulegen. Dazu sollten die Bauteile und Baugruppen lokal unterschiedliche mechanische Eigenschaften, wie zum Beispiel Steifigkeiten, aufweisen. Bei der Entwicklung sollten Tailored Tubes verwendet werden, die sich analog zu Tailored Blanks aus verschiedenen Blechdicken zusammensetzen. Diese rohrförmigen Strukturbauteile eignen sich wegen ihrer hohen Steifigkeit bei geringem Gewicht hervorragend für Leichtbauanwendungen. Durch das Herstellungsverfahren der Innenhochdruckumformung (IHU) können auch komplexe belastungsoptimierte Geometrien mit hoher Genauigkeit realisiert werden.

FEM, IHU, Tailored Forming

Die meisten heutigen technischen Bauteile und Komponenten bestehen aus monolithischen Materialien. Diese in etablierten Herstellungsprozessen hergestellten Monomaterialkomponenten erreichen aufgrund ihrer jeweiligen Materialeigenschaften ihre Grenzen. Daher kann eine signifikante Steigerung der Produktionsqualität und Effektivität nur durch die Kombination verschiedener Materialien in einem Bauteil erreicht werden. Die Umformung von zuvor gefügten Halbzeugen zu entkonturnahen Bauteilen, die aus zwei verschiedenen Materialien bestehen, ist eine vielversprechende Methode zur Produktion von Bauteilen mit lokal optimierten Eigenschaften. Diese neue Prozesskette bietet gegenüber herkömmlichen Fertigungstechnologien eine Reihe von Vorteilen. Beispiele sind die Herstellung von besonders angepassten Schmiedeteilen mit hoher Materialausnutzung, eine Verbesserung der Fügezone durch den folgenden Umformprozess und ein einfach zu integrierendes Fügeverfahren aufgrund der einfachen Geometrie der Halbzeuge.

Diese Veröffentlichung beschreibt den Herstellungsprozess von hybriden Stahlbauteilen, die durch die Kombination eines Plasma-Pulver-Auftraggeschweißen mit anschließendem Querkeilwalzen hergestellt wurden. Diese innovative Prozesskette ermöglicht die Produktion von hybriden Bauteilen. Um die Prozesskette zu bewerten, wird die Schichtdicke der aufgetragenen Schicht vor und nach dem Querkeilwalzen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass der Umformprozess zu einer Verbesserung der aufgetragenen Schicht, also einer homogeneren Verteilung entlang der Hauptachse, führt.

Prozesskette, Plasma-Pulver-Auftragschweißen, Hybride Bauteile, Querkeilwalzen

In den vergangenen Jahren sind die Anforderungen an technische Bauteile stetig gestiegen. Diese Entwicklung ist dem Wunsch nach immer leistungsfähigeren Produkten geschuldet, die neben einem geringeren Gewicht, einer kleineren Bauweise und erweiterter Funktionalität zudem eine höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber bestimmten Beanspruchungsarten aufweisen.

Das übergeordnete Ziel des Sonderforschungsbereichs 1153 "Tailored Forming" ist es, die Potentiale für hybride Massivbauteile auf der Basis eines neuen zugeschnittenen Fertigungsprozesses unter Verwendung von gefügten Halbzeugen  zu erschließen.

In diesem Beitrag werden die Vorgehensweise und erste Ergebnisse ausgewählter Teilprojekte zur Halbzeugherstellung durch Verbundstrangpressen, zur Umformung der hybriden Halbzeuge durch Querkeilwalzen, Gesenkschmieden und Fließpressen und zur numerischen Versagensvorhersage der Fügezonen dargestellt. Hierdurch wird ein Überblick über mögliche Leichtbaustrategien im Bereich der Massivumformung durch die Verwendung bereits gefügter Halbzeuge gegeben.

Tailored Forming, Halbzeugherstellung, Umformung, Querkeilwalzen

Das Querkeilwalzen hybrider Bauteile ergibt je nach Anordnung (seriell oder koaxial) unterschiedliche Herausforderungen, die zunächst grundlegend untersucht werden.

Beim Querkeilwalzen von seriellen Bauteilen ist die kontrollierte Umformung der Fügezone die größte Herausforderung. Abhängig von der Fließspannung der verwendeten Werkstoffe verformen sich die Bauteilhälften unterschiedlich. Um diese Umformung kontrolliert ablaufen zu lassen, wurde zunächst das Umformverhalten hinsichtlich der Verschiebung und Qualität der Fügezone analysiert und anschließend Möglichkeiten ermittelt, mit denen die Umformung gezielt erfolgen kann. Dazu wurden systematisch nach dem DoE-Verfahren die Einflussparameter (Werkstücktemperatur, Umformgeschwindigkeit, Querschnittsflächenreduktion, Schulter- und Keilwinkel) zunächst mittels Finite-Element-Methode ermittelt und anschließend die Untersuchungen experimentell verifiziert. Eine Einflussnahme auf die Umformung anhand sowohl konstruktiver Maßnahmen (z. B. ungleiche Werkzeughälften) als auch durch prozessbedingte Parameter (z. B. unterschiedliche Temperierung) wird untersucht.

Das Querkeilwalzen von koaxialen Bauteilen hat aufgrund des Bauteilaufbaus andere Herausforderungen. Ziel ist es, bei der Umformung den Verlauf der Dicke der aufgetragenen Schicht gezielt beeinflussen zu können. Dazu wurden zu Beginn Finite-Elemente-Simulationen durchgeführt, um beeinflussende Parameter zu ermitteln. Durch eine systematische Untersuchung der Versuchsparameter nach dem DoE-Verfahren ergaben die Schichtdicke vor der Umformung sowie die Querschnittsflächenreduktion als Parameter mit den größten Einflüssen auf die den Verlauf der Schichtdicke nach der Umformung. Die erzielten Ergebnisse wurden in experimentellen Versuchen anschließend verifiziert.

Querkeilwalzen, Stahl, Aluminium, Fügezone, Schichtdicke

Dieser Beitrag beschreibt eine Methode zur automatisierten Erstellung von Wegenetzen für Fahrerlose Transportsysteme. Zurzeit erfolgt die Erstellung von Wegenetzen hauptsächlich manuell. Dies führt zu einer langen und arbeitsintensiven Planungsphase. Die vorgeschlagene Methode in diesem Paper verbindet die Vorteile mathematischer Wegfindung mit den Vorteilen der menschlichen Planung. Das menschliche Expertenwissen wird hierzu in einem Fuzzy Inferenz System gespeichert. Die Ergebnisse des Expertensystems werden sowohl mit dem A* Algorithmus, als auch mit manuell erstellen Wegenetzen unter realen Bedingungen verglichen. In beiden Fällen liefert das entwickelte Expertensystem bessere Ergebnisse.

Fuzzy Logik, Expertensystem, FTF, Wegenetz

Ihre Ansprechpartnerin

Susann Reichert
B. Eng.

Referentin für Public Relations und Marketing

Empfehlen Sie uns