Die Additive Fertigung - auch als 3D-Druck bezeichnet - umfasst Fertigungsverfahren, bei denen ein Bauteil in der Regel schichtweise aufgebaut wird. Dieser Artikel beschreibt Chancen, Hürden und den aktuellen Entwicklungsstand der Additiven Fertigung.
Additive Fertigung, 3D-Druck
Werkzeugverschleiß ist für Schmiedeunternehmen von großer wirtschaftlicher Relevanz. Neben den Instandhaltungskosten fallen ebenfalls Kosten für verschleißabhängige Ausschussteile an. Im Zuge des Forschungsprojektes „Verfahren zur kostenoptimalen Losgrößenbildung unter Berücksichtigung des Verschleißes von Schmiedewerkzeugen“ wurde eine Methode zur Ermittlung bauteilindividueller Kostenfunktionen in Abhängigkeit des Verschleißes entwickelt. Die Methode ermöglicht die Bestimmung einer Losgröße, mit der eine maximale Kosteneinsparung erzielt werden kann.
Losgrößenbildung, Werkzeugverschleiß, Methode, Softwaredemonstrator, Schmiedewerkzeuge
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
Durch die Automatisierung von Prozessschritten kann Additive Fertigung in industrielle Wertschöpfungsketten eingebunden werden. Am Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH wird eine Prozesskette aufgebaut, die 3D-Drucker und Montagestationen automatisiert verkettet.
3D-Druck, Additive Fertigung, Automatisierung
Die Auswahl eines Lager-, Kommissionier- und Transportsystems erfolgt in Zeiten der Industrie 4.0 oftmals auf Grundlage der Automatisierung, die diese Systeme mit sich bringen. Doch welchen Grad an Automatisierung ein solches System vorweist, ist schwer zu beurteilen. In dieser Arbeit werden zunächst allgemeine Ansätze zur Bestimmung der Automatisierung vorgestellt. Anschließend wird die entwickelte Methode zur Bestimmung des Automatisierungsgrads dieser Systeme erläutert.
Automatisierungsgrad, Lager-, Kommissionier und Transport-systeme, Lagerplanung, Logistik
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
Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind ein etabliertes und wirksames Instrument, um die Wirtschaftlichkeit von modernen Produktionsanlagen zu steigern und intralogistische Prozesse effizienter zu gestalten. Neben einer Leitsteuerung und einem Kommunikationssystem gehören auch Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) zu den Hauptkomponenten eines FTS. In Relation zu manuell gesteuerten Flurförderfahrzeugen zeichnen sich automatisierte FTF durch eine höhere Effizienz aus. Der Nachteil von FTF besteht darin, dass sie nicht in der Lage sind kritische Betriebssituationen selbstständig zu lösen. In diesem Fall ist ein aufwendiges Eingreifen durch Fachpersonal erforderlich.
Mit dem Ziel diese Hemmnisse zu überwinden ist das Projekt „Mobile Mensch-Maschine-Interaktion zur Beauftragung und Steuerung von FTF (MobiMMI)“ entstanden. In diesem Projekt soll die Mensch-Maschine-Interaktion zwischen einem Bediener und einem FTF durch den Einsatz eines sprach- und gestenbasierten Systems erweitern werden, um die Intervention durch den Bediener einfacher und intuitiver zu gestalten und somit die Anschaffungs- und Betriebskosten von FTF signifikant zu senken.
Vor dem Hintergrund der Sicherheit, Ergonomie, Benutzerfreundlichkeit und Integrierbarkeit wird mit diesem Zweck ein mobiles System entwickelt und mit verschiedenen Sensoren zur 3D-Erfassung der Umgebung, zur Indoor-Positionsbestimmung und zur multimodalen Kommunikation ausgestattet. Die aufgezeichneten Daten werden mittels Computer Vision und Machine Learning ausgewertet, sodass der Bediener befähigt wird schnell und unkompliziert auf kritische Betriebssituationen zu reagieren.
Fahrerloses Transportsystem, Fahrerloses Transportfahrzeug, Mensch-Maschine-Interaktion
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
