Veröffentlichungen

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

"Metall mal anders sehen": So lautet der Titel der Fotoausstellung, die derzeit in Ostfriesland zu sehen ist. Organisiert wurde die Ausstellung vom Institut für Werkstoffkunde (IW) der Leibniz Universität Hannover. Die Bilder stammen von fünf Mitarbeiterinnen der Metallographie des Produktionstechnischen Zentrums Hannover (PZH).

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

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

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

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

Die Volatilität des Strompreises nimmt durch den steigenden Ausbau erneuerbarer Energien insbesondere an der Strombörse stetig zu. Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) des produzierenden Gewerbes können sich diese Schwankungen durch gezielte Lastführung zu Nutze machen und Energiekosten sparen. Zur Hebung dieses Potenzials müssen KMU Messzähler zur registrierten Leistungsmessung nutzen und Strom zu möglichst börsennahen Preisen beziehen.

Strombezug, Spotmarkt Strombörse, Lastmanagement, Energiekosten

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind aus modernen Produktionsanlagen kaum mehr wegzudenken. Sie sind in der Lage, automatisiert Teile des Materialflusses zu übernehmen. Durch Fortschritte im Bereich des Lasthandlings, des Fahrverhaltens der fahrerlosen Transportfahrzeuge (FTF) und der generellen gesteigerten Automatisierung innerhalb von Produktionsanlagen, steigt auch die mögliche Einsatzfläche für FTF. Die Auslegung des Wegenetzes für Fahrerlose Transportsysteme (FTS) ist ein zeitaufwändiger Prozess, der zurzeit größtenteils manuell vollzogen wird. Durch den zunehmenden Komplexitätsgrad der FTS wird eine manuelle Planung des Wegenetzes immer schwieriger und herausfordernder. Im Zuge des Forschungsprojektes „Automatisierte Auslegung des Wegenetzes für fahrerlose Transportsysteme“ (IG 18007) wurde ein Softwaredemonstrator entwickelt, der es ermöglicht, automatisiert Wegenetze für FTS zu erstellen. Der Softwaredemonstrator wurde auf realen Referenzszenarien verwendet und es konnte gezeigt werden, dass die automatisiert erstellten Wegenetze genauso belastungsfähig sind wie manuell erstellte und in manchen Fällen sogar effizienter.

Fuzzy Logik, Expertensystem, FTF, Wegenetz

Die Prognose von Absatzmengen stellt eine Herausforderung für die Produktionsplanung dar. Vor allem schwer prognostizierbare Absatzschwankungen, wie sie beispielsweise durch Werbeaktionen hervorgerufen werden, sind dabei hinderlich. Oft sind Zusatzinformationen aus makroökonomischen Indizes nicht aktuell genug, der Detaillierungsgrad zu prognostizierender Produkte zu gering und der Prognoseaufwand zu hoch. Ziel eines neuen Forschungsprojektes ist daher die Entwicklung eines auf Suchmaschinendaten basierenden Modells zur Prognose von Absatzmengen auf spezifizierter Produktebene. Durch den ergänzenden Einsatz von Suchmaschinendaten zur Absatzprognose wird erwartet, dass der Prognosefehler gegenüber konventionellen Prognosemodellen auf Produktebene gesenkt werden kann. Insgesamt soll geklärt werden, ob und in welchem Maße sich die logistische Leistungsfähigkeit eines Unternehmens durch die suchmaschinendatenbasierte Prognose von Absatzmengen in der Produktionsplanung verbessern lässt.

Produktionsplanung, Absatzprognose, Suchmaschinendaten, Prognosemodell

Eine Software, die Fabriklayouts objektiv bewertet, entwickeln Forscher am Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH). Die Auswahl des optimalen Layouts ist damit keine Bauchentscheidung mehr, sondern lässt sich mit Zahlen belegen.

Fabrikplanung, Layoutbewertung, Optimierungsverfahren

Eine dreistufige Stadienfolge zur gratlosen Herstellung einer Einzylinderkurbelwelle mit Zapfen und Flansch mittels Querkeilwalzen, merkdirektionales Schmieden und Fertigschmieden wäre energie-, zeit- und kostensparend, führt aber zum Verschleiß am Werkzeug. Die querkeilgewalzte Vorform kann maßgeblich durch die Geometrieparameter Schulterwinkel und Querschnittsflächenreduktion beschrieben werden. Abhängig von der Geometrie der Vorform und dem beim mehrdirektionalen Schmieden erzeugten Lagerversatz resultiert unterschiedlich hoher abrasiver Verschleiß am mehrdirektionalen Gesenk. Die vorgestellte Untersuchung der Verschleißtiefe wurde simulativ und basierend auf dem Ansatz nach Archard berechnet. Kernerkenntnisse waren, dass der Verschleiß an formgebenden Werkzeugen primär von der Kontaktzeit und der Reibung mit dem querkeilgewalzten Bauteil abhängt. Ein geringer Lagerversatz, ein Schulterwinkel von maximal 50 ° und eine hohe Querschnittsflächenreduktion führen alle zu einer  relativ gesehen – geringeren Kontaktzeit und wirken sich dadurch positiv auf die Verschleißtiefe aus.

Verschleiß, mehrdirektionales Schmieden, Querkeilwalzen

In der Produktion lassen sich durch den optimalen Einsatz des Produktionsfaktors „Mensch“ produktbezogene Fehlerkosten reduzieren und die Qualität erhöhen. Hierfür müssen menschliche Leistungsschwankungen in der Produktionsplanung und -steuerung berücksichtigt werden. Dieser Artikel stellt die Grundlagen einer Methode für eine qualitätsorientierte Belegungsplanung unter Berücksichtigung menschlicher Leistungsschwankungen im Tagesverlauf vor.

Produktionsplanung und -steurung, Leistungskurve, Qualität

Zum Hinterschnittschmieden von Stahlkolben soll ein mehrdirektionales Schmiedewerkzeug entwickelt werden. Dazu wurde zunächst der Schmiedeprozess simulativ ausgelegt und solange angepasst, bis eine geeignete Stadienfolge gefunden wurde.

FEM, Schmieden, Hinterschnitt, Hinterschnittschmieden, mehrdirektional

In diesem Artikel wird die Erforschung der Grundlagen des neuen Fertigungsverfahrens Hybridschmieden beschrieben, das Blech- und Massiv-Elemente gleichzeitig umformt und fügt. Mittels eines Demonstratorbauteils wird simulativ die Möglichkeit untersucht, mehrere unterschiedliche Fügeverbindungen an einem Bauteil herzustellen. Die Ergebnisse zeigen günstige Parametervariationen, welche in experimentellen Untersuchungen getestet werden sollen.

FEM, Hybridschmieden, Massivumformung, Blechumformung

Wegenetze für fahrerlose Transportsysteme (FTS) werden bisher meist manuell generiert. Denn Algorithmen geben häufig Ergebnisse aus, die zwar mathematisch optimiert sind, sich aber nicht auf reale Produktionsumgebungen anwenden lassen. Dieses Paper stellt eine Lösung vor: Ein Expertensystem, das klassische Wegfindungsalgorithmen mit einem Fuzzy-System kombiniert und somit das Expertenwissen von menschlichen Wegenetzplanern einfließen lässt. Ergebnisse, die die Effizienz dieser Lösung zeigen, werden in diesem Paper ebenfalls veröffentlicht.

Wegenetz, fahrerlose Transportfahrzeuge, Wegenetzplanung, Fuzzy Logik

Für seine Masterarbeit hat IPH-Mitarbeiter Benjamin Küster den ersten Preis der Jungheinrich Excellence Awards gewonnen. Ziel seiner Arbeit war die Entwicklung eines Systems zur Gestenerkennung: Damit lassen sich fahrerlose Transportfahrzeuge per Handzeichen steuern.

Excellence Award, Jungheinrich, Gestenerkennung

Zum ersten Mal hat das Institut für Integrierte Produktion Hannover den IPH-Zukunftspreis verliehen. Die Auszeichnung ging an Daniel Kampen für seine Bachelorarbeit über evolutionäre Algorithmen. Seine Ergebnisse helfen der Schmiedeindustrie, Zeit und Material zu sparen.

IPH, Zukunftspreis, evolutionärer Algorithmus, Vorformoptimierung

Flugzeuge, Schiffe oder Baumaschinen: Für die Montage sogenannter XXL-Produkte wird viel Platz benötigt. Forscher am IPH entwickeln eine Methode, mit der sich Montageflächen automatisch optimal anordnen lassen. So sparen Unternehmen Platz und steigern ihre Produktivität.

XXL-Produkte, Flächenanordnung

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.