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, Bildverarbeitung, Fahrerassistenzsysteme, Flurförderzeuge, Hinderniserkennung
Innerhalb des Projekts "Entwicklung von ergonomisch optimierten Schmiedezangen zum kraftunterstützten und schwingungsgedämpften Handling von Schmiedeteilen (ErgoZang)" befast sich das IPH mit den Belastungen von Mitarbeitern in der Schmiedebranche.
Insbesondere stehen die Belastungen durch übertragene Stöße und Schwingungen des Hand-Arm-Systems der Mitarbeiter im Vordergrund.
Innerhalb des Vortrags wurden mehrere neuartige Schmiedezangenkonzepte vorgestellt, die die Stöße und Schwingungen reduzieren können.
Ergonomie, Schmiedezangen, Stoß- und Schwingungsreduktion
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
Durch das Gesenkschmieden lassen sich Bauteile mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften herstellen. Allerdings bietet das konventionelle Gesenkschmieden nicht die Möglichkeit, Hinterschnitte in ein Werkstück einzubringen und komplexe Geometrien mit einem Schmiedehub zu erstellen.
Schmieden, Gesenkschmieden, Hinterschnitte, Schieberwerkzeuge
An massivumgeformte Bauteile werden immer höhere Belastungsanforderungen bei gelichzeitigem Bestreben nach Ressour-
ceneffizienz gestellt. Durch ein ultrafeinkörniges Gefüge können Festigkeit und Duktilität des Bauteils verbessert werden. Dadurch wird esmöglich, kleinere und leichtere Bauteile zu konstruieren und Leichtbaupotentiale zu nutzen. Eine Möglichkeit
zur Erzeugung von ultrafeinkörnigem Gefüge stellt der Prozess des Querkeilwalzens dar.
Querkeilwalzen, Feinkörniges Gefüge, Leichtbau
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
In einem Forschungsvorhaben am Institut für Integrierte Produktion Hannover sollen die Prozessparameter für das Querkeilwalzen ermittelt werden, mit denen sich bei zylindrischen Rohteilen ein ultrafeines Gefüge einstellen lässt. Angestrebt werden Korngrößen des Walzteils im Bereich von 500 nm.
Prozessentwicklung, Querkeilwalzen, Werkstoffeigenschaften, Ultranfeines Gefüge
Wie kann die Umstrukturierung eines Fabriklayouts effizient und fehlerfrei geplant werden? Dank digitaler dreidimensionaler Fabrikplanung kann die Qualität bei Planungsprojekten verbessert und die Umsetzungsdauer verkürzt werden. Das zeigt der beispielhafte Einsatz eines digitalen Werkzeuges in einem Projekt des Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrums Hannover bei der Zerspanungstechnik Kuhn Edelstahl GmbH.
Fabrikplanung, Digitale Fabrik, Digitaler Zwilling, Drohne
Der Einsatz digitaler Assistenzsysteme kann zur Senkung nicht wertschöpfender Tätigkeiten beitragen und hat somit einen erheblichen Nutzen für kleine und mittlere Unternehmen. Das zeigt die methodenorientierte Konzeptentwicklung zur Einführung eines Assistenzsystems bei der Tietjen GmbH.
Digitales Assistenzsystem
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
Für die industrielle Etablierung mehrdirektionaler Schmiedeprozesse sind Kenntnisse über zu erwartende Standmengen und eine wirtschaftliche Fertigung essenziell. In diesem Beitrag wird der Einfluss verschiedener Prozessparameter auf das Verschleißverhalten von Schieberwerkzeugen innerhalb einer Simulationsstudie erarbeitet. Die Ergebnisse erlauben eine Identifikation verschleißinduzierender Prozessparameter und eine optimierte Prozessauslegung in Bezug auf die resultierende Standmenge.
Verschleiß, Schieberwerkzeuge, Schmiedeprozesse
Verfahrenstechniken zur Verbesserung der Herstellung thermoelektrischer Generatoren (TEG) sind ein wachsendes Forschungsgebiet. In diesem Beitrag wird ein anpassungsfähiger und skalierbarer Prozess vorgestellt, der Sprühbeschichtung und Laserstrukturierung für eine schnelle und einfache TEG-Herstellung umfasst. Das entwickelte Verfahren kombiniert additive und subtraktive Verfahrenstechniken zu einem anpassungsfähigen keramikbasierten TEG, das bei hohen Temperaturen einsetzbar ist und ein hohes Optimierungspotenzial aufweist. Als Prototyp wurde ein TEG auf Basis von Ca3Co4O9 (CCO) und Ag auf einem Keramiksubstrat hergestellt. Es wurde eine mikrostrukturelle und thermoelektrische Charakterisierung gezeigt, die bis zu 1,65 μW cm-2 bei 673 K und einem ΔT von 100 K erreicht. Die hohe Kontrollierbarkeit des entwickelten Verfahrens ermöglicht auch die Anpassung an verschiedene Arten thermoelektrischer Materialien.
Thermoelektrik, Laserstrukturierung
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
