Veröffentlichungen

In der manuellen Massivumformung werden bei der Bearbeitung von Schmiedeteilen handgeführte Schmiedezangen eingesetzt. Beim Schmiedeprozess werden die Mitarbeiter körperlich durch hohe Schmiedeteilgewichte und übertragene Stöße belastet. Diese körperliche Belastung führt zu gesundheitlichen Einschränkungen der Mitarbeiter und erhöht die Ausfallquoten. Im IPH wurden ergonomische Schmiedezangen entwickelt, die zu einer Entlastung der Schmiedemitarbeiter führen.

Ergonomie, Schmiedezangen, Umformtechnik, Prävention

Die Planung von Fabriken kann die Produktivität der Produktion erheblich steigern, obwohl der Prozess sehr kosten- und zeitintensiv ist. In dieser Arbeit wird ein unbemanntes Luftfahrzeug (UAV) vorgestellt, das diesen Prozess beschleunigt und die Kosten senkt. Das System besteht aus einem UAV, das mit einer IMU, einer Kamera und einem LiDAR-Sensor ausgestattet ist, um unbekannte Innenräume zu navigieren und zu erkunden. Es ist also unabhängig von GNSS und nutzt ausschließlich die bordeigenen Sensoren. Die gewonnenen Daten sollen es einem DRL-Agenten ermöglichen automatisiert Entscheidungen zu treffen und dabei den Ansatz des Bestärkenden Lernens anzuwenden. In der Arbeit präsenteiren wir eine virtuelle Trainings- und Testumgebungen, die für das Anlernen eines DRL-Agenten verwendet werden soll.

Drohne, UAS, Bestärkendes Lernen

In diesem Beitrag werden Zielfunktionen für die Optimierung von modularen Fördersystemen vorgestellt. Modulare Fördersysteme bestehen sowohl aus konventioneller als auch aus modularer Fördertechnik, die in Form von matrixartigen Layouts angeordnet sind. Ziel eines laufenden Forschungsprojektes ist es, kleinen und mittleren Unternehmen eine benutzerfreundliche Entscheidungshilfe für die Auswahl und Planung von modularen Fördersystemen zu geben. Zu diesem Zweck sollen die Fördersysteme nach den Zielen Durchsatz und Platzbedarf bewertet werden. Dazu wurden mathematische Gleichungen entwickelt, die eine schnelle und präzise Bewertung von Layouts ermöglichen. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt dabei auf der effizienten Berechnung des Durchsatzes. Die Ergebnisqualität der Bewertungsgleichungen hinsichtlich des Durchsatzes wurde durch eine Simulation von Beispielanlagen nachgewiesen.

Modular Fördertechnik, Fördersystembewertung, Durchsatzanalyse, Layoutoptimierung, Logistik

Ein volatiles, intransparentes Marktumfeld führt zu Schwankungen in der Auslastung der Produktionskapazitäten im verarbeitenden Gewerbe, die sich innerhalb der Produktion in einer Über- oder Unterauslastung von Maschinen und Personen niederschlagen. Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) erwarten eine zunehmende Volatilität, die mit einer Zunahme der Häufigkeit von Markt- und Konjunkturzyklen einhergeht. Für KMU ist es schwierig, mit diesen Schwankungen umzugehen. Plattformen zur gemeinsamen Nutzung von Kapazitäten können eine Lösung für diese Herausforderung darstellen. Plattformen sind in verschiedenen Formen verfügbar, werden aber aufgrund der vorherrschenden Skepsis der Unternehmen nicht häufig genutzt. Daher wird eine Methodik entwickelt, die eine Entscheidungshilfe für oder gegen die Nutzung von Plattformen bietet. Zusätzlich wird die Wahl des Plattformtyps unterstützt und die Veränderungen der logistischen und wirtschaftlichen Indikatoren berücksichtigt. Mit diesen Informationen können Unternehmen eine qualitative Entscheidung treffen, und die bestehenden Hemmschwellen können abgebaut werden.

Kapazitätssharing, Entscheidungshilfe, Anbieter Nachfrager, logistische wirtschaftliche Indikatoren

In der Energiewende werden dringend Fortschritte benötigt – doch immer wieder kommt es bei den erneuerbaren Energien zu Akzeptanzproblemen und Klageverfahren. Im Projekt „WindGISKI“ soll ein Geoinformationssystem auf Basis Künstlicher Intelligenz entwickelt werden, was an diesen Fragestellungen ansetzt. In einem Vorprojekt wurden dazu bereits Einflussfaktoren innerhalb des Spannungsfeldes aus Arten-, Umwelt- und Klimaschutz identifiziert. Ein interdisziplinäres Team aus Wissenschaft und Wirtschaft geht mit der Entwicklung der Künstlichen Intelligenz nun den nächsten Schritt.

Windenergie, Flächenauswahl, Künstliche Intelligenz

Durch Additive Fertigung können Bauteile flexibel gefertigt werden. Gerade für Produkte mit Unikatcharakter ist dieser Fertigungsprozess geeignet. In der Fertigung von großen Bauteilen, die bisher im Guss gefertigt werden, bietet dies die Vorteile von größerer Flexibilität in der Konstruktion und den Verzicht auf den Bau von, bei Unikaten nur einmalig genutzten, Formen. Um Großbauteile additiv zu fertigen, entwickelt ein Konsortium aus fünf Unternehmen einen neuen 3D-Drucker für XXL-Produkte. Zur Qualitätssicherung hat das IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover zwei Überwachungssysteme implementiert. Diese erfassen die Geometrie mittels dreier Laserlinienscanner und regeln den Fertigungsprozess während des Drucks mit zwei unterschiedlichen Softwaresystemen.

XXL-Produkte, Großbauteile, Additive Fertigung, 3D-Druck, Qualitätssicherung

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 Reorganisation von Fabrikobjekten in der Restrukturierung bestehender Fabriken ist mit zahlreichen Herausforderungen verbunden. Im vorliegenden Beitrag wir ein Überblick über mögliche Zielkonflikte und zentrale Einflussfaktoren auf den Projekterfolg gegeben.

Fabriken unterliegen einem kontinuierlichen Wandel. Immer kürzer werdende Entwicklungszyklen in der Herstellung unterschiedlicher Produkte führen zu einem erhöhten Restrukturierungsbedarf betroffener Fertigungsstrukturen. Im Kontext von Fabrikplanungsprojekten steht die Gestaltung des Layouts unter dem Einfluss individueller Rahmenbedingungen im Fokus der Betrachtung. Die für eine Realisierung notwendigen Umzugsschritte werden zumeist erst nach Abschluss der Layoutgestaltung ermittelt. Die Planung und Vorbereitung des Umzugs stellt allerdings hinsichtlich der Zielsetzung und Komplexität eine eigenständige Projektaufgabe dar. Im Rahmen des Forschungsprojekts zur „Entwicklung einer Methode zur Optimalen Planung des Umzugs von Fabrikobjekten im Zuge der Realisierung eines neues Fabriklayouts“ (OptiFaU) werden grundlegende Zusammenhänge in der Planung und Durchführung von Fabrikumzügen untersucht und hinsichtlich Ihrer Bedeutung für den Projekterfolg diskutiert. Ziel des Projekts ist es, planenden Personen (z. B. UmzugsdienstleisterInnen oder FabrikplanerInnen) eine Möglichkeit zur Bewertung von Umzugsalternativen zur Verfügung zu stellen.

Umzugsplanung, Projektplanung, Terminplanng, Fabrikplanung, Reorganisation

Einen Algorithmus zur automatisierten Konstruktion von Walzwerkzeugen hat das IPH im DFG-Projekt "Unrundwalzen" entwickelt. Die Forschenden nutzen ihn, um umfangreiche Parameterstudien mit einer Vielzahl von Werkzeugen durchzuführen.

Unrundwalzen, Querkeilwalzen, Walzwerkzeuge, Konstruktion, Automatisierung, Algorithmus

Für mehr als die Hälfte der ca. 30.000 Windenergieanlagen in Deutschland endet in den kommenden zehn Jahren die 20-jährige EEG-Förderung. Wie technisch-wirtschaftlich optimale Nachnutzungsstrategien aussehen könnten, ist ungeklärt. Das BMWK-Verbundprojekt „TransWind“ verfolgt das Ziel, die End-of-Life-Thematik auf Mikro- und Makroebene transdisziplinär zu analysieren, um Akteure aus Politik, Windbranche sowie Ressourcen- und Kreislaufwirtschaft bei der Auswahl von Nachnutzungsstrategien zu unterstützen.

Windenergieanlagen, End-of-Life, EEG, Ökologie, Rückbau, Repowering, Demontage, XXL-Produkte

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

Die Additive Fertigung ermöglicht es, RFID-Tags zur Identifikation von Bauteilen nicht nur von außen anzubringen, sondern sie direkt in das Bauteil zu implementieren. Welche Verfahren sind geeignet – und inwieweit lässt sich dieser Prozess automatisieren?

Additive Fertigung, 3D-Druck, FDM, Fused Deposition Modeling, Identifikation, RFID

Produktkomplexität und Variantenvielfalt steigern den Aufwand für die Entwicklung von Produktionsprozessen bei KMU. Im Rahmen des IGF-Forschungsprojekts „Selbstlernende mehrstufige Qualitätsüberwachungsverfahren für die (Laser)-Materialbearbeitung“ (AiF-Nr.: 20419N) wurde daher ein Expertensystem für produzierende Unternehmen aus dem Bereich Lasermaterialbearbeitung entwickelt. Das Expertensystem unterstützt die Anwender bei der Prozessteuerung und Qualitätsvorhersage von neuen Produkten und Produktvarianten .

Lasermaterialbearbeitung, Expertensystem, Machine Learning

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

Im Automobil- und Maschinenbau werden massivumgeformte Bauteile in vielen Anwendungen eingesetzt. Die Gesenke für die Bauteile erfahren während der Umformung aufgrund von hohen Umformkräften und Temperaturen einen hohen Verschleiß. Um einen wirtschaftlichen Produktionsbetrieb zu ermöglichen, wurden Methoden zur Verminderung des Verschleißes bei der Halbwarmumformung untersucht. Eine vielversprechende Methode ist der Einsatz von Diamondlike-Carbon (DLC)-Verschleißschutzschichten.

Halbwarm, DLC, Verschleißschutz

Die Lagerplanung ist ein wichtiger Bestandteil der Fabrikplanung und ein bedeutender Wettbewerbsfaktor in Zeiten eines wachsenden globalen Marktes. Die Auswahl eines geeigneten Lager-, Kommissionier- und Transportsystems (LKT-System) stellt für Unternehmen eine große Herausforderung dar, da es stetig neue LKT-Systeme mit unterschiedlichen Eigenschaften gibt. Der Automatisierungsgrad und die Wandlungsfähigkeit dieser Systeme sind intransparent und das für ein bestimmtes Unternehmen erforderliche Maß ist  meist nicht bekannt. Um den Grad der Wandlungsfähigkeit von LKT-Sstemen zu ermitteln, wurde eine Methode entwickelt, die auf Wandlungsmerkmalen basiert, die den VWandlungsbefähigern zugeordnet sind. Um die erforderliche Wandlungsfähigkeit von LKT-Systemen für ein individuelles Unternehmen zu bestimmen, wurde ein Katalog von Wandlungstreibern erstellt. Für den Automatisierungsgrad von LKT-Systemen wurden die Anforderungen, die sich aus den Produkteigenschaften und den Leistungsanforderungen des Lagers ergeben, identifiziert. Die Leistungsfähigkeit der LKT-Systeme hängt vom Automatisierungsgrad ab, der durch Einflussfaktoren wie dem Digitalisierungsgrad festgelegt werden kann. Der erforderliche Automatisierungsgrad muss durch Restriktionen des Unternehmens und die identifizierten Möglichkeiten der Systeme bestimmt werden. Gleichzeitig müssen die Kosten der Systeme sowie deren Kombinationsmöglichkeiten berücksichtigt werden. Um Kosten zu sparen, sollen daher auch Systeme in Betracht gezogen werden, die zwar nicht perfekt zur geforderten Wandlungsfähigkeit und zum Automatisierungsgrad eines Unternehmens passen, sich aber dennoch auf einem akzeptablen Niveau befinden.

Lager-, Kommissionier- und Transportsysteme, Automatisierung und Wandlungsfähigkeit

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

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

Welche Faktoren beeinflussen das Laufverhalten von Tragrollen? Wie verhalten sie sich bei Hitze und Kälte; wie dicht sind sie gegen Wasser und Staub? All das lässt sich mit den neuen Prüfständen des IPH untersuchen. Sogar antreibende Tragrollen werden dort geprüft.

Tragrollen, Prüfstand, Gurtförderanlage, Schüttgutfördertechnik, Energieeffizienz

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

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.