Veröffentlichungen

Durch den Einsatz digitaler Werkzeuge im Fabrikplanungsprozess kann die Planungsqualität verbessert und die Projektdauer signifikant verkürzt werden. Um diese Potenziale ausschöpfen zu können, muss im gesamten Planungsprozess eine Datendurchgängigkeit gewährleistet werden. In diesem Beitrag werden, am Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) eingesetzte, digitale Fabrikplanungswerkzeuge vorgestellt sowie deren Einsatzmöglichkeiten und Anforderungen diskutiert.

digitale Fabrikplanung, Fabrikplanungsprozess, Datendurchgängigkeit, digitale Werkzeuge

Für die effiziente Herstellung komplexer Geometrien werden häufig mehrstufige Prozessketten eingesetzt. Diese bestehen aus einer homogenen Bauteilerwärmung, einer oder mehrerer Vorformstufen und dem Fertigschmieden. Mittels inhomogen erwärmter Rohteile sollen die Prozessketten vereinfacht oder verkürzt werden. Dies soll erreicht werden, indem mehrere, klar definierte Temperaturfelder eingestellt werden, in denen unterschiedliche Fließspannungen vorliegen. Diese können den Stofffluss beeinflussen und die Herstellung komplexer Formen erleichtern.

Inhomogene Erwärmung, Massivumformung, Vorformverfahren

Bis heute ist die Auslegung von Vorformen für Gesenkschmiedeprozesse ein zeitaufwändiger und manueller Trial-and-Error Prozess. Die Qualität der Vorform ist dabei maßgeblich abhängig vom konstruierenden Ingenieur. Gleichzeitig besitzt die Vorform einen großen Einfluss auf das spätere Schmiedeergebnis. Um unabhängig von der Erfahrung des Ingenieurs und zeitaufwändigen Optimierungsprozessen zu werden, präsentiert und untersucht dieser Artikel einen Algorithmus zur Vorformoptimierung von querkeilgewalzten Vorformen. Der Algorithmus berücksichtigt dafür die Massenverteilung des fertigen Bauteils, das Vorformvolumen, die Komplexität der Vorformkontur, die Auftrittswahrscheinlichkeit von Falten im fertigen Bauteil und den notwendigen Gratzuschlag. So bildet sich ein multikriterielles Optimierungsproblem, das zu einem großen Suchraum führt. Daher wird ein evolutionärer Algorithmus zur Optimierung verwendet. Der entwickelte Algorithmus wird anhand eines Pleuels getestet, um den Einfluss der Algorithmusparameter zu bestimmen. Es zeigt sich, dass der Algorithmus in der Lage ist, innerhalb einer Minute eine geeignete Vorform hinsichtlich der gegebenen Kriterien, auszulegen. Darüber hinaus zeigen zwei der fünf Algorithmusparameter, der Selektionsdruck und die Populationsgröße, einen signifikanten Einfluss auf die Laufzeit und Qualität der Optimierung.

Vorformoptimierung, Genetischer Algorithmus, Querkeilwalzen, Adaptiver Grat

Massivumgeformte Bauteile werden in vielen Anwendungen im Automobil- und Anlagenbau verwendet. Die Bedingungen unter denen die Bauteile hergestellt werden, häufig bei mehr als 800 °C und tausenden Tonnen Umformkraft, führen jedoch zu einem hohen Gesenkverschleiß. Eine Möglichkeit zur Verminderung des Verschleißes besteht im Einsatz von geeigneten Schutzschichten. Erste Grundlagenuntersuchungen haben die Möglichkeit aufgezeigt, mit dem Einsatz von harten Diamond-like Carbon (DLC)-Verschleißschutzschichten die tribologischen Effekte auf der Gesenkoberfläche deutlich zu reduzieren. Mit neuen Methoden wie beispielsweise dem Einsatz von Multilagenschichten und einer Temperaturmessung mittels Dünnschichtsensoren soll das Potenzial des Verschleißschutzes für die Halbwarmmassivumformung untersucht und ausgebaut werden.

DLC , Halbwarmmassivumformung, Verschleiß

Im Outdoorbereich sind Drohnen inzwischen regelmäßig im Einsatz. Doch die Fluggeräte können mehr, zum Beispiel präzise die Layoutdaten einer Produktionshalle digital erfassen und zu dokumentieren. Darüber hinaus kann mithilfe von Punktwolkenverarbeitungsalgorithmen eine Planung direkt im digitalen Modell ermöglicht werden. Die Kombination dieser beiden Schritte soll die Planung für produzierende Unternehmen beschleunigen und effizienter gestalten.

Drohne, Layoutscan, Produktionsplanung, Digitalisierung

In einem Aluminium (Al)-Schmelzofen sind der Füllstand des Schmelzbades und die Oxidschichtmenge mit Kontaktsensoren nicht überwachbar, da das Schmelzbad aufgrund der hohen Haltebereich-Temperaturen von über 600°C nicht zugänglich ist. Deshalb wird ein Online-Überwachungssystem des Aluminium-Schmelzbades mithilfe optischer Sensoren erforscht. Dafür wird das Schmelzbad mit geeigneten optischen Messsystemen identifiziert. Schließlich werden durch Bildanalyse-Algorithmen die Höhenänderung der Schmelze herausgearbeitet. Zudem werden Oxidschichten im Ofen auf der Badoberfläche mithilfe der Algorithmen detektiert.

Aluminium-Schmelzofen, Schmelzbadüberwachung, Oxidschicht

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

Für die Etablierung innovativer Fertigungsprozesse sind gleichbleibende Ergebnisse bei möglichst hohen Standmengen von hoher Bedeutung. Bei der Verwendung von Schieberwerkzeugen in mehrdirektionalen Schmiedeprozessen hat bislang eine Standmengenermittlung nicht stattgefunden. Zur industriellen Umsetzung von Schieberwerkzeugen soll der Einfluss unterschiedlicher Prozessparameter auf die resultierende Standmenge ermittelt und eine Konstruktionsrichtlinie zur Standmengenerhöhung erstellt werden.

Mehrdirektionales Schmieden, Standzeitoptimierung, Konstruktionsrichtlinie, Werkzeugbau

Die CO2-Emission der Logistikbranche und die resultierende Umweltbelastung sind als fortlaufend ansteigend zu konstatieren. Steigende Kosten für Energie und Ressourcen, erhöhte Sensibilität der Kunden, veränderte Gesetzesgrundlagen und der bevorstehende Klimawandel zwingen produzierende Unternehmen zu ökologieorientiertem Umdenken. Die fehlende Kenntnis über Wirkzusammenhänge, quantitative Auswirkungen von Maßnahmen und der Parameterausprägung hindern insbesondere KMU an der Umsetzung. Ein ganzheitliches ökologisch-logistisches Wirkmodell mit softwaretechnischer Umsetzung kann KMU dabei helfen, ihr Potenzial auszuschöpfen. Anforderungen an das Modell und grundlegende Beziehungen von logistischen Parametern zu ökologischen Zielgrößen werden in dieser Veröffentlichung vorgestellt.

KMU, Logistik, Ökologie

Seit 2015 arbeitet das Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum "Mit uns digital!" daran, die Wirtschaft in Niedersachsen und Bremen mit Digitalisierung fit zu machen für die Zukunft. Jetzt geht die Förderung in die zweite Runde.

Digitalisierung, Industrie 4.0, Mittelstand, KMU

Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung komplexer Schmiedeteile sind die Materialeffizienz und die Entwicklungszeit einer Stadienfolge entscheidende Kriterien. Gerade KMU können Stadienfolgen aufgrund zu geringer Kapazitäten und des hohen Wettbewerbsdrucks häufig nur verkürzt auslegen. Daher soll eine allgemeingültige Methode entwickelt werden, die basierend auf der Massenverteilung eines beliebigen Schmiedeteils automatisiert mehrstufige, effiziente Stadienfolgen generiert.

Automatisierte Prozessauslegung, Gesenkschmieden, Ressourceneffizienz

Immer mehr Akteure der deutschen Windenergiebranche beschäftigen sich mit der Frage, wie mit der alternden deutschen Windflotte umzugehen ist, denn rund 5.200 Anlagen werden Ende 2020 erstmals das Ende der Förderperiode der Einspeisevergütung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) erreichen. Bis Ende 2025 werden rund 8.000 Windenergieanlagen folgen. Die Betreiber der betroffenen Windkraftanlagen haben dann die Wahl zwischen (I) dem weiteren Betrieb der Altanlage im Rahmen der Direktvermarktung an der Europäischen Strombörse, (II) dem Repowering der Altanlage durch eine neue und effizientere Windkraftanlage mit anlagenspezifischen Einspeisevergütungen, die in den deutschen Erneuerbare-Energien-Auktionen ausgeschrieben wurden, oder (III) der endgültigen Ausmusterung der jeweiligen Anlage.
Die Frage der Wahl der richtigen Option stellt sich jedoch nicht nur für die Betreiber selbst, sondern auch für verschiedene andere Akteure der Windenergiebranche: Projektentwickler, Turbinenhersteller und Investoren sind an der Bewertung von anlagenspezifischen Repowering-Potenzialen in der bestehenden Windkraftanlage interessiert, um die Betreiber gezielt bei der Umsetzung neuer Projekte zu unterstützen; Demontagebetriebe und Entsorger suchen insbesondere nach Derivaten von anlagenspezifischen Demontagepotenzialen und den damit verbundenen Entsorgungs- und Recyclingströmen, um eine optimale Abwicklung der umfassenden Demontageprozesse zu ermöglichen; und regionale sowie überregionale öffentliche und politische Institutionen sind an Schätzungen über Veränderungen der installierten Windenergiekapazität interessiert, um eine optimale Steuerung des zukünftigen Kapazitätsausbaus unter Berücksichtigung gesellschaftlicher, wirtschaftlicher und politischer Gesichtspunkte zu ermöglichen.

Demontage, Windenergieanlagen

Gurtfördersysteme sind eine ausgezeichnete Möglichkeit, Schüttgut zu fördern. Mit zunehmender Belastung und Entfernung werden diese Systeme größer und die Energieeffizienz wird zu einem wichtigen Faktor. Der Energieverbrauch von Gurtfördersystemen wird in erster Linie durch die Antriebsleistung bestimmt. Die Antriebsleistung ist die Summe aus der Hauptantriebsleistung und der Leistung aller Zwischenantriebe, sofern vorhanden. Die Implementierung von angetriebenen Stützrollen ermöglicht es, die Belastung des konventionellen Antriebs am Kopf eines Fördersystems zu reduzieren, indem die Belastung auf mehrere angetriebene Rollen aufgeteilt wird. Der Hauptantrieb kann kleiner gebaut werden, was zu einem geringeren Energieverbrauch und damit zu Kosteneinsparungen bei der Produktion führt.

Trotz der großen Möglichkeiten und vielversprechenden Eigenschaften der angetriebenen Rollen wurden sie bisher nicht im täglichen Betrieb eingesetzt. Ohne ausreichende Kenntnisse über das Verhalten der angetriebenen Rollen unter bestimmten Bedingungen, wie Hitze oder Kälte und deren Wirtschaftlichkeit, wird der Nutzen in Frage gestellt. Um den Mangel an Wissen zu beheben, müssen Untersuchungen und Forschungen durchgeführt werden. Ein Prüfstand für angetriebene Rollen ist unerlässlich, um diese Technologie zur Marktreife zu bringen. Gleichzeitig muss ein Testprozess implementiert werden.

Dieses Papier gibt einen Überblick über angetriebene Rollen und einen genauen Einblick in die Entwicklung eines Prüfstandes zur Untersuchung angetriebener Rollen. Mit diesem Prüfstand kann der Einsatz von angetriebenen Rollen unter bestimmten klimatischen Bedingungen simuliert werden. Darüber hinaus können mit Hilfe modernster Technik auch unterschiedliche Lasten und Geschwindigkeiten simuliert werden.

angetriebene Tragrollen, Gurtförderanlagen, Energieeffizienz, Prüfstand, Kosteneinsparungen

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

Ende des Jahres 2020 fallen gleichzeitig etwa 6.000 Windkraftanlagen erstmals aus der zwanzigjährigen Förderung nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Etwa 8.000 weitere Windturbinen folgen bis Ende 2025. Betreiber betroffener Windkraftanlagen haben dann die Wahl zwischen dem Weiterbetrieb der Altanlage zu den deutlich geringeren Spotmarktpreisen der European Power Exchange (EPEX), dem Betrieb einer neuen und effizienteren Windkraftanlage am Standort der Altanlage (Repowering) zu auktionierten Förderkonditionen oder der endgültigen Stilllegung. Quo vadis Ü20-Anlagen (so der zunehmend an Beliebtheit gewinnende Sammelbegriff für die Altanlagen)? Diese Frage bewegt die Windbranche, aber auch Rückbau- und Entsorgungsbetriebe immer mehr. Wissenschaftler des Instituts für Integrierte Produktion Hannover (IPH) haben sich deshalb im durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt „DemoNetXXL“ in Kooperation mit dem Institut für Wirtschaftsinformatik der Leibniz Universität Hannover mit der Auswahl und Ausgestaltung optimaler Nachnutzungsstrategien für Windkraftanlagen beschäftigt. 

Windkraftanlagen, Repowering, Nachnutzungsstrategien, Demontage

Im automobilen Leichtbau werden hybride Strukturen sowohl aus unterschiedlichen Materialien, als auch aus Massiv- und Blechelementen eingesetzt. Durch hybrides Verbundschmieden können ein Stahlblech und ein Aluminiummassivteil schon im Umformprozess stoffschlüssig verbunden werden. Das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH erforscht gemeinsam mit dem Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren (ISAF) der TU Clausthal, wie massive Aluminiumbolzen und Stahlbleche stoffschlüssig gefügt werden können. In Diesem Artikel werden die entscheidenden Umformparameter erläutert. Des Weiteren wird die Werkzeugkonstruktion für die Fügeversuche vorgestellt.

Leichtbau, Aluminium, Verbundschmieden

Die Fügestelle ist der schadensanfälligste Bereich an einem hybriden Halbzeug in der Innenhochdruckumformung. In realen Prozessen würde daher eine Umformung an der Fügestelle verhindert werden, um einer Schädigung vorzubeugen. Eine bessere Kenntnis des Umformverhaltens trägt dazu bei, den Aufwand bei der Auslegung zu reduzieren. Zu diesem Zweck sollen in dieser Studie die Umformeignung der Werkstoffpartner simulativ und die Umformeigenschaften der Fügestelle des hybriden Stahl-Aluminium-Halbzeugs experimentell untersucht werden.

IHU, THT, Tailored Forming, Stahl-Aluminium, FEM

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

Der automobile Leichtbau setzt zunehmend auf hybride Strukturen aus Stahl und Aluminium. Die Verbindung dieser Werkstoffe erfolgt derzeit vorwiegend durch Formschluss, beispielsweise durch Nieten. Auch Schweißen und Kleben werden zum Fügen der beiden Werkstoffe eingesetzt. Das hybride Verbundschmieden erlaubt ein Fügen der unterschiedlichen Bauteilelemente während der Umformung. Dies verkürzt die Prozesskette. Mithilfe von Zink als Lotwerkstoff werden die Bauteile stoffschlüßig verbunden. In dieser Veröffentlichung die Ergebnisse der simulative Parameterstudie erläutert. Es wird gezeigt, wie Temperatur, Geometrie und Geschwindigkeit das Fügeergebnis beeinflussen. Weiterhin werden erste Ergebnisse von praktischen Fügeversuchen vorgestellt.

Leichtbau, Aluminium, Simulative Parameterstudie

Ressourcenverknappung und Klimawandel sind die Haupttreiber für den raschen Wandel der Stromerzeugungsstrukturen. Die Energiewende führt zu einem Anstieg der Energiepreise für die Herstellung von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU). Innerhalb des letzten Jahrzehnts haben sich die Energiepreise in Deutschland verdoppelt und werden voraussichtlich weiter wachsen. Metallverarbeitende KMU schreiben bereits 4,5 Prozent ihres Bruttoproduktionswerts den Stromkosten zu. Das Paper zeigt mögliche Einsparpotenziale bei der Nutzung von Lagerbeständen als Energiespeicher und bietet Ansätze für eine effiziente Lösung der damit verbundenen Optimierungsprobleme.

Produktionsprogrammplanung, Energiekosten, Lagerbestand, Energiespeicher

Ihre Ansprechpartnerin

Judith Kebbe
M. A.

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.