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
Das hybride Verbundschmieden von Aluminiummassivteil und Stahlblechen ist eine Kombination aus Materialleichtbau und strukturellem Leichtbau. Bei diesem Verfahren werden ein Aluminiummassivteil und ein Stahlblech kombiniert und gleichzeitig umgeformt. Durch das Umformen wird unter Verwendung von Zink als Lotmaterial eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt. Dadurch wird die Bildung spröder intermetallischer Fe-Al-Phasen sowie Kontaktkorrosion verhindert. Die Zinkschicht wird durch Schmelztauchen auf das Aluminiummassivteil aufgebracht. Um durch Umformen eine stoffschlüssige Verbindung herzustellen, werden in ersten experimentellen Versuchen geeignete Parameter wie z.B. die Umformtemperatur ermittelt. Schliffbilder zeigten, dass die Zinkschicht nach der Umformung noch intakt ist. In dieser Veröffentlichung wird die Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Umformschritte und unterschiedlicher Geometrien der Aluminiummassivteiloberfläche auf die Verbindungsfestigkeit beschrieben. Die Umformversuche zeigen, dass eine weitere Umformung des Aluminiummassivteils, die zu einer größeren Verformung führt, zu einer stärkeren Verbindung zwischen beiden Fügepartnern führt. Es gibt jedoch eine Grenze für die Umformung, da sich die aufgebrachten Kräfte auf das Stahlblech übertragen können, was zu einer unbeabsichtigten Verformung führen kann. Die erzeugten Hybridteile werden auf ihre Fähigkeit zur weiteren Umformung geprüft. Daher werden die gefügten Hybridteile einem Tiefziehprozess unterzogen, um festzustellen, ob die Verbindung einer weiteren Verformung des Hybridteils standhält.
Aluminium, Hybridschmieden, Leichtbau, Hybrid
Wenn Unternehmen während der Fabrikplanung schon ein passendes Transportsystem auswählen, können sie nachträgliche Anpassungen vermeiden und viel Zeit und Kosten sparen. Das IPH entwickelt einen Softwaredemonstrator für die automatisierte Layout- und Transportsystemplanung.
Fabrikplanung, Fuzzy Logik, Transportmittelauswahl, Routenplanung
Die branchenübergreifende Digitalisierung der Wirtschaft führt nicht nur zur Entstehung innovativer Produkte und Dienstleistungen, sondern auch zu einem Wandel bestehender Marktlogiken. Insbesondere digitale Plattformen werden in zunehmendem Maße als Wachstums- und Innovationstreiber des digitalen Wandels betrachtet. Durch die Verknüpfung der Sharing Economy in Form des Kapazitäten-Sharings mit digitalen Plattformen können Unternehmen ihre freien bzw. benötigten Kapazitäten überbetrieblich ver- bzw. einkaufen und damit Negativfolgen der Unter- bzw. Überlastung, wie z. B. Kurzarbeit oder Überstunden, entgegenwirken.
Kapazitätensharing
Glühend heiße, kiloschwere Stahlteile zu handhaben ist körperlich belastend. Eine neuartige Schmiedezange soll Belastungen bei der Arbeit reduzieren, Schmerzen vorbeugen und den Krankenstand senken.
Schmieden, Ergonomie, Belastungsreduktion
Die Auswahl von Lager-, Kommissionier- und Transportsystemen (LKT-Systeme) ist aufgrund der hohen Anzahl an zur Verfügung stehenden Systemen am Markt und zu betrachtenden Einflussfaktoren sehr komplex. Ein wichtiger Einflussfaktor ist die Automatisierung. Zur Einordnung der Automatisierungsgrade von LKT-Systemen und zur Bestimmung der individuell notwendigen Automatisierung wird folgend eine Methode vorgeschlagen.
Automatisierung, Lager, Kommissionier und Transportsysteme
Die Investitionskosten für die Fertigung von Spritzgusswerkzeugen sind die Grundlage für die Entscheidung, ob ein Werkzeug für die Massenproduktion geeignet ist. Wenn die Werkzeugkosten zu hoch sind, kann es sein, dass ein Produkt für die Produktion nicht rentabel ist. Wenn die Werkzeugkosten vom Werkzeugbauer zu niedrig veranschlagt werden, kann dies Auswirkungen auf den Vertrag haben.
Das Ziel dieser Forschung ist es, eine Methode mit menschenähnlicher Angebotsgenauigkeit zu entwickeln, eine Standardisierung zu erreichen, historische Angebotsdaten zu berücksichtigen und die Angebotsprozesszeiten zu verkürzen. Der entwickelte maschinelle Lernansatz basiert auf Geometriedaten von Teilen und zusätzlichen Meta-Informationen.
Spritzgießen, Werkzeugbau, Industrie 4.0
Das Ziel des Teilprojektes B1 des Sonderforschungsbereiches (SFB) 1153 ist die Ermittlung der Umformbarkeit neuartiger hybrider Halbzeuge mittels des inkrementell umformenden Querkeilwalzens. Hauptaspekt ist die Umformung verschieden hergestellter Hybridhalbzeuge aus Stahl, Aluminium und Hartwerkstofflegierungen. Zur Reduktion des Bauteilgewichts ist es durch die Verwendung hybrider Halbzeuge möglich, weniger belastete Segmente eines zuvor monolithischen Bauteils aus einem Leichtmetall zu fertigen. Zur Erhöhung des Verschleißwiderstandes kann ein Bauteilbereich (z. B. ein Lagersitz) mit einem Hartwerkstoff ummantelt werden. Darüber hinaus sollen zukünftig Prozessgrößen (z. B. Temperatur und Kraft) im Werkzeug-Werkstück-Kontakt gemessen werden. Für die verwendeten Halbzeuge gibt es primär zwei Werkstoffanordnungen: ummantelt (koaxial - Demonstrator Welle 1) und stirnseitig gefügt (seriell - Demonstrator Welle 3). Eine Herausforderung ist die für die Umformung notwendige Erwärmung der Halbzeuge, da das Hybridhalbzeug aufgrund der verschiedenen Werkstoffe unterschiedliche Fließwiderstände besitzt und ggf. inhomogen erwärmt werden muss, um eine gleichmäßige Umformung zu ermöglichen.
Umformtechnik, Querkeilwalzen, Hybride Halbzeuge, Tailored Forming
Der Sonderforschungsbereich 1153 „Tailored Forming“ am Institut für Integrierte Produktion Hannover erschließt weiteres Potenzial hybrider Massivbauteile. Auf Basis eines neuartigen Fertigungsablaufs sollen maßgeschneiderte, bereits vor der Formgebung gefügte Halbzeuge eingesetzt werden.
Tailored Forming, Querkeilwalzen, Umformtechnik, Aluminium, Stahl
Methoden zur Qualitätssicherung sind ein zentraler Erfolgsfaktor für die weitere Industrialisierung der Additiven Fertigung. In diesem Beitrag wird ein Ansatz für ein optisches Prüfsystem vorgestellt, welches die Prozessgüte bei der additiven Materialextrusion schichtweise während der Herstellung überwacht. Die Prüfaufgabe wird analysiert, Hardwarekomponenten für die Datenerfassung werden konzeptioniert und ein erster Schritt zur texturanalytischen Fehlerdetektion wird vorgestellt.
Additive Fertigung, 3D-Druck, Materialextrusion, Fused Deposition Modeling, Bildverarbeitung
