Heute bestehen die meisten technischen Bauteile und Komponenten aus monolithischen Werkstoffen. Dennoch erreichen die bisher verwendeten monolithischen Werkstoffe ihre technologischen und konstruktiven Grenzen, so dass eine Verbesserung der Bauteileigenschaften durch Hybridteile realisiert werden könnte. Schmieden der zuvor gefügten Halbzeuge zu präzisen Hybridteilen ist eine vielversprechende Methode, um funktionell angepasste Bauteile in wenigen Prozessschritten herzustellen. Diese neue Prozesskette bietet eine Reihe von Vorteilen im Vergleich zu anderen Herstellungstechnologien. Beispiele sind die Herstellung von spezifischen belastungsangepassten Schmiedeteilen mit einer hohen Materialausnutzung, die eine Verbesserung der Fügezone durch die nachfolgende Umformung erbringt und einfach zu implementierende Fügeverfahren aufgrund der simplen Geometrien der Halbzeuge. Dieser Artikel beschreibt die Herstellungsverfahren für Hybridstahlteile, die durch eine Kombination eines Auftragschweißprozesses mit anschließender Warmumformung (Stauchen) oder Querkeilwalzen hergestellt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die innovative Prozesskette die Herstellung von Hybridbauteilen ermöglicht, wobei die Umformung zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des laserauftraggeschweißten Materials führt.
Prozesskette, Auftragschweißen, Warmmassivumformen, Querkeilwalzen
Die Herstellung von großskaligen Produkten ist nicht nur mit großen Herausforderungen, sondern oftmals auch mit riesigen Kosten verbunden. Die Art und Weise, wie das Produkt gestaltet ist, bietet das größte Potenzial zur Kostensenkung. Am IPH entwickeln Ingenieure derzeit eine neue Modulbauweise für XXL-Produkte.
XXL-Produkte, Modulbauweise
Im Rahmen des Forschungsprojekts „Intelligente Schmiedewerkzeuge zur Fehlerreduktion in der Massivumformung“ (AiF 17009 N) wurden intelligente Schmiedewerkzeuge und eine spezifische Software entwickelt, die eine Identifikation von Schmiedefehlern sowie eine Formfüllungsüberwachung ermöglichen. Dieser Beitrag stellt das zugrunde liegende Konzept und die entwickelte Software vor.
Schmieden, Prozessüberwachung
Die Planung und Steuerung einer Baustellmontage in der Einzel- und Kleinserienfertigung stellt aufgrund der Vielfalt an bestehenden Unsicherheiten eine besondere Herausforderung dar. Im Fall einer Ablaufstörung besteht zusätzlich das Problem, dass sich der aktuelle Systemzustand schwer und zudem nur ungenau erfassen lässt. Diese Unsicherheiten bei den Eingangsdaten müssen in einer Methode zur Unterstützung der Montagesteuerung im Fall einer Ablaufstörung berücksichtigt werden, dürfen aber auf ihre Funktionalität und die Qualität der Hilfestellung keinen Einfluss haben. Mit Hilfe eines einfachen Beispiels wird die Funktionsfähigkeit der entwickelten Methode demonstriert und ein Vorteil des Methodeneinsatzes gegenüber strikten Strategien zum Umgang mit Störungen festgestellt.
Montagesteuerung, Simulation, Produktionsplanung und -steuerung, Störungsmanagement
In produzierenden Unternehmen haben die Energiekosten einen erheblichen Anteil an den Produktionskosten. Durch die zeitliche Überlagerung einzelner Fertigungsaufträge treten große Schwankungen und Leistungsspitzen in der Energienachfrage auf, die mit hohen Kosten verbunden sind. Eine Lösung zur Reduzierung von Lastspitzen sind Lastmanagementsysteme. Durch ihren Einsatz können aber die logistischen Zielgrößen negativ beeinflusst werden. Eine simultane Betrachtung der logistischen Zielgrößen und der Energiekosten in der Belegungsplanung von Maschinen ist bislang nicht möglich. In diesem Artikel wird eine Methode zur Belegungsplanung vorgestellt, welche die Nivellierung des Energieverbrauchs über der Zeit ermöglicht und gleichzeitig die logistischen Zielgrößen Durchlaufzeit, Bestand, Termintreue und Auslastung betrachtet.
Energiekosten, Lastspitzen, Belegungsplanung
In produzierenden Unternehmen haben die Energiekosten einen erheblichen Anteil an den Produktionskosten. Durch die zeitliche Überlagerung einzelner Fertigungsaufträge treten große Schwankungen und Leistungsspitzen in der Energienachfrage auf, die mit hohen Kosten verbunden sind. Eine Lösung zur Reduzierung von Lastspitzen sind Lastmanagementsysteme. Durch ihren Einsatz können aber die logistischen Zielgrößen negativ beeinflusst werden. Eine simultane Betrachtung der logistischen Zielgrößen und der Energiekosten in der Belegungsplanung von Maschinen ist bislang nicht möglich. In diesem Artikel wird eine Methode zur Belegungsplanung vorgestellt, welche die Nivellierung des Energieverbrauchs über der Zeit ermöglicht und gleichzeitig die logistischen Zielgrößen Durchlaufzeit, Bestand, Termintreue und Auslastung betrachtet.
Energiekosten, Lastspitzen, Belegungsplanung
In produzierenden Unternehmen haben die Energiekosten einen erheblichen Anteil an den Produktionskosten. Durch die zeitliche Überlagerung einzelner Fertigungsaufträge treten große Schwankungen und Leistungsspitzen in der Energienachfrage auf, die mit hohen Kosten verbunden sind. Eine Lösung zur Reduzierung von Lastspitzen sind Lastmanagementsysteme. Durch ihren Einsatz können aber die logistischen Zielgrößen negativ beeinflusst werden. Eine simultane Betrachtung der logistischen Zielgrößen und der Energiekosten in der Belegungsplanung von Maschinen ist bislang nicht möglich. In diesem Artikel wird eine Methode zur Belegungsplanung vorgestellt, welche die Nivellierung des Energieverbrauchs über der Zeit ermöglicht und gleichzeitig die logistischen Zielgrößen Durchlaufzeit, Bestand, Termintreue und Auslastung betrachtet.
Energiekosten, Lastspitzen, Belegungsplanung
Die nutzbare Windenergie steigt exponentiell mit der Höhe einer Windenergieanlage an. In gleicher Weise steigt allerdings auch die Masse der Anlage. Daher wurde in einem Forschungsprojekt ein systematischer Ansatz zur Auslegung von Leichtbau-Türmen für Onshore-Windenergieanlagen entwickelt. Unterschiedliche Strukturen aus Bionik, Luftfahrt und Automotivebereich wurden entwickelt und in FEM-Simulationen auf ihre Belastbarkeit getestet. Mit der gefundenen Leichtbau-Struktur ist es möglich Türme mit geringeren Blechstärken zu entwickeln, sodass eine Gewichtsersparnis von bis zu 20 % gegenüber konventioneller Bauweise möglich ist.
XXL-Produkte, großskalig, XXL, WEA, Windenergie, Leichtbau, Turmbau, FEM
Am Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH (IPH) wird derzeit eine Methode entwickelt, mit der sich die Entwicklung logistischer Zielgrößen und damit verbundener Logistikkosten in der Supply Chain für die Montage von WEA kontinuierlich messen und deren Entwicklung beim Auftreten von Terminabweichungen bei der Materialverfügbarkeit prognostizieren lässt. Betrachtet wird der Teil der Supply Chain nach der Herstellung der Einzelkomponenten bis zur Übergabe an den Kunden. Es wird kontinuierlich prognostiziert, ob Terminabweichungen kritische monetäre und terminliche Auswirkungen auf den Projekterfolg haben.
Materialbereitstellung, Baustellenmontage, Kosten-Controlling, Terminabweichung, Frühwarnsystem, Pro
Indoor Positionierung ist das Rückgrat vieler entwickelter intralogistischen Anwendungen. Im Gegensatz zur einheitlichen Outdoor-Satellitenpositionierung, gibt es viele verschiedene technische Ansätze zur Ortung in Gebäuden. Je nach Anwendungsfall gibt es unterschiedliche Kompromisse zwischen Genauigkeit, Reichweite und Kosten. In diesem Paper stellen wir ein Konzept für ein 4-Freiheitsgrad (4-DOF) Positionierungssystem vor, das für die Fahrzeugverfolgung in einer logistischen Anlage verwendet werden kann. Das System verwendet die optische Datenübertragung zwischen aktiver Infrastruktur und Empfangseinrichtungen. Im Vergleich zu bestehenden Systemen versprechen diese optischen Technologien eine höhere Genauigkeit bei geringeren Kosten zu erreichen. Wir stellen den Positionierungsalgorithmus und den experimentellen Aufbau des Systems vor.
Optische Indoorpositionierung, Datenübertragung, Signalverarbeitung, Bildverarbeitung, flexible Ware
Störungen, wie z. B. ein defektes Werkzeug, führen häufig im Ablauf einer Baustellenmontage zu Verzögerungen und dazu, dass die Montagesteuerung kurzfristig einen neuen Montageablauf festlegen muss, um negative Folgen zu vermeiden. In diesem Artikel wird ein Forschungsprojekt vorgestellt, welches die Entwicklung einer Methode zum Ziel hat, in der Online-Simulation eingesetzt wird, um schnell günstige Alternativpläne zu identifizieren und anhand unternehmensindividueller Zielgrößen zu bewerten.
Montagesteuerung, Simulation, Produktionsplanung und -steuerung, Störungsmanagement
In diesem Artikel wird die Erforschung der Grundlagen des neuen Fertigungsverfahrens Hybridschmieden beschrieben, das Blech- und Massiv-Elemente gleichzeitig umformt und fügt. Mittels dreier Modellversuche wird das stoff- und das formschlüssige Fügen durch Umformen des Massivelements untersucht. Während sich das nietähnliche, formschlüssige Fügen als günstig erwies konnte eine stoffschlüssige Verbindung nicht vollständig erreicht werden.
Hybrid, Schmieden, Blechumformung, Fügen, Stahl, Stoffschluss, Formschluss
Das Festigkeits-/ Dichteverhältnis von Aluminium kann durch die Integration von Keramikpartikeln in die Metallmatrix, sogenannte Aluminium-Metal Matrix Composites (MMC), weiter gesteigert werden. Der Aufwand für die spanende Bearbeitung von MMC-Werkstoffen ist auf Grund ihrer hohen Härte sehr groß und nicht wirtschaftlich. Das gratlose Präzisionsschmieden von Aluminium-MMC verspricht die Herstellung von endkonturnahen Bauteilen, welche über eine stahläquivalente Festigkeit verfügen und nachbearbeitungsarm hergestellt werden können. Die Möglichkeiten, die Vorteile von Aluminium-MMC mit denen des Fertigungsverfahrens "gratloses Präzisionsschmieden" zu verbinden, wurden in einem Forschungsprojekt am IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH untersucht.
Aluminium-MMC, Gratloses Schmieden, FEM
In einem Forschungsprojekt vom Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) und dem Lehrstuhl für Umformtechnik Siegen wurden die Grundlagen für die Innenhochdruckumformung von Titanbauteilen erforscht. Das Ziel des Forschungsvorhabens bestand darin, eine mehrstufige Prozesskette für IHU-Bauteile aus Titan zu entwickeln. Dafür sollten zunächst die verfahrensspezifischen Werkstoffeigenschaften sowie das tribologische System untersucht werden. Die Ergebnisse wurden in einem Simulationsmodell zusammengeführt welches die Prozessentwicklung ermöglichte. Abschließend wurde die entwickelte Prozesskette am Realbauteil verifiziert und ein Abgleich von Simulationsergebnissen mit realen Bauteilen durchgeführt.
Innenhochdruckumformen, FEM, Titan
Aufgrund hoher mechanischer Belastungen bei der Halbwarmmassivumformung ist die Werkzeugoberfläche hohem Verschleiß ausgesetzt. In diesem Artikel wird die Eignung einer mit 40 % Chrom dotierten amorphen wasserstoffhaltigen Kohlenstoffschicht als Verschleißschutzschicht für die Massivumformung beschrieben. Dazu wurden Werkstücke bei Temperaturen zwischen 650 und 1200 °C auf beschichteten Gesenkeinsätzen abgeschmiedet. Anschließend wurden die Schichten analysiert und ihre Verschleißeigenschaften bewertet.
Beschichtungen, Schmieden, Umformtechnik
Eine frühzeitige Erkennung von fehlerhaften Schmiedeteilen bietet wirtschaftliche Vorteile, da diese Bauteile sofort aus der weiteren Fertigungsfolge ausgeschleust werden können. Eine prozessintegrierte Überwachung ist nicht Stand der Technik. Aufgrund der rauen Umgebungsbedingungen beim Schmieden (wie z. B. extrem hohe Temperaturen und Kräfte) ist die Integration von Sensoren in Schmiedeprozesse kaum möglich. Schmiedefehler, die nicht offensichtlich sind und daher vom Pressenbediener nicht erkannt werden, werden häufig nach dem Abkühlen oder erst beim Kunden entdeckt. In beiden Fällen fallen zusätzliche Kosten an. Im Rahmen des vorgestellten Forschungsprojekts wurde ein sensorloses Überwachungssystems entwickelt. Dieses funktioniert ohne Sensoren im Schmiedegesenk und zeigt Schmiedefehler direkt beim Schmieden auf.
Metall, Stahl, Metallverarbeitung, Schmieden, Qualität
Eine frühzeitige Erkennung von Fehlern im Schmiedeprozess bietet wirtschaftliche Vorteile. So können beispielsweise fehlerhaft geschmiedete Werkstücke sofort aus der weiteren Prozesskette ausgeschleust werden und verursachen keine Kosten zum Beispiel in einer anschließenden Wärmebehandlung. Die Entwicklung einer neuartigen Prozessüberwachung mittels elektrischen Stroms ermöglicht die Identifikation von Schmiedefehlern und mangelnder Formfüllung.
Schmieden, Prozessüberwachung
In der Halbwarmmassivumformung steigen die mechanischen Belastungen im Gesenk, wodurch erhöhter mechanischer Verschleiß hervorgerufen wird. Durch harte Diamond-like Carbon (DLC)-Verschleißschutzschichten kann dieser Nachteil aufgefangen werden. Eine Dotierung ermöglicht eine ausreichende Temperaturbeständigkeit dieser Schichtart. Insbesondere in Bereichen mit hoher Relativbewegung besitzen die untersuchten Schichten Vorteile gegenüber unbeschichteten Gesenken.
diamond-like carbon (DLC), Halbwarmmassivumformung, Verschleiß
Schmiedeteile haben geometrische Schwankungen, bedingt beispielsweise durch den Gesenkverschleiß. Die Untersuchung von Kompensationsmöglichkeiten durch eine per FEM-Simulation gesteuerte Gratbahn wies nach, wie weit der Stofffluss sich im Moment der Umformung variieren lässt. Dies eröffnet Potential, das Schmiedeergebnis weiter zu verbessern.
Schmieden, Werkzeugkonstruktion, Stofffluss, FEM, Gratbahn
Zur Umformung von dünnwandigen Hohlbauteilen aus Rohren wird oftmals das Verfahren des Innenhochdruckumformens angewendet. Um auch dickwandige Hohlbauteile aus Aluminium umformen zu können wurde ein Verfahren entwickelt, welches die Umformung solcher Bauteile im erwärmten Zustand mit Hilfe eines Wirkmediums auf einer hydraulischen Presse ermöglicht. Zur Untersuchung wurde für ein Beispiel-Bauteil solch ein Umformprozess ausgelegt. Dieser Prozess wurde mit Hilfe der FEM analysiert und in Laborversuchen verifiziert.
Innenhochdruckumformen, Schmieden, Rohre, Aluminium, FEM
