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
Datenbrillen oder Datenhandschuhe als neuartige Mensch-Maschine-Schnittstelle ermöglichen eine intelligente Vernetzung innerhalb der Smart Factory. Aufgrund fehlender Einführungsstrategien zögern kleine und mittelständische Unternehmen mit der Integration dieser Technologien in die Produktion und Logistik. In diesem Zusammenhang beschreibt dieser Beitrag einen reifegradorientierten Ansatz zur systematischen und ganzheitlichen Planung und Steuerung der Einführung dieser interaktiven Assistenzsysteme.
Industrie 4.0, Reifegradmodell, Interaktive Assistenzsysteme, Datenbrillen
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 des Schulterwinkels beim Querkeilwalzen auf verschiedenen Parameter des mehrdirektionalen Schmiedens. Zuerst ist der aktuelle Stand der Forschung, die Entwicklung des Prozesses und die Werkzeugkonzepte des Querkeilwalzens und des mehrdirektionalen Schmiedens dargestellt. Danach sind die Ergebnisse des Einflusses des Schulterwinkels auf die Gratbildung, Bauteiltemperaturen, Umformgrad, Umformkraft und Spannung gezeigt. Grundsätzlich entsteht Grat, weil eine rotationsymmetrische Vorform asymmetrisch umgeformt wird. Ein steigender Schulterwinkel führt dabei zu einem größeren Grat unten an den Kurbelwangen.
mehrdirektionales Schmieden, Querkeilwalzen, Kurbelwelle, Parameterstudie, Schulterwinkel
In der Reklamationsbearbeitung werden 8D-Reports zur Dokumentation der Analyse und Beseitigung von Fehlern eingesetzt. Die Qualität dieser Reports ist jedoch oftmals unzureichend und führt unter anderem zu längeren Bearbeitungszeiten und der Wiederholung von Fehlern. Das neu entwickelte Bewertungssystem QuSys ermöglicht eine automatisierte Überprüfung von 8D-Reports.
Reklamationsbearbeitung, Qualität, Bewertungssystem, Fehler, 8D-Reports
Die hohe Störfanfälligkeit bei der Montage großskaliger Produkte verlangt eine kurzfristige Auswahl von Maßnahmen zur Reaktion auf Störungen, um Auswirkungen wie Lieferantenverspätungen oder Auslastungsverluste zu reduzieren. Die Nutzung von Flexibilitätspotenzialen eines Produktionssystems stellt einen Ansatz dar, um diese Herausforderungen zu bewältigen. Dieser Fachbeitrag zeigt auf, welche Flexibilitätspotenziale in diesem speziellen Umfeld zur Verfügung stehen und genutzt werden können.
Montage, Produktionsmanagement, Störungsmanagement
Um die Produktionskosten von Schmiedeteilen zu reduzieren, sind unterschiedliche Ansätze möglich. Speziell für wertvolle Materialien wie Titan stellen die Materialkosten einen Großteil der Produktionskosten dar. Daher kann die Verringerung des Ausgangsmaterials die Gesamtkosten signifikant verringern. Um das Verbesserungspotenzial zu identifizieren, wurde eine bestehende Schmiedeprozesskette untersucht.
Für ein Hüft-Implantat aus Titan wurde eine neue Schmiedeprozesskette entwickelt. Um das anfänglich benötigte Material zu reduzieren, wurde das Querkeilwalzen als Vorformvefahren und das Gesenkschmieden mit Gratsperren untersucht. Der Einfluss der verschiedenen Prozessschritte auf das Endergebnis wurde analysiert und detailliert dargestellt. Um die Vorhersagegenauigkeit des neu entwickelten gratreduzierten Schmiedeprozesses zu erhöhen und Iterationsschleifen von Gesenkauslegungen zu verringern, wurden passende Simulationsparameter unter Berücksichtigung der Randbedingungen der Schmiedeumgebung untersucht. Dies geschieht mittels Finite-Elemente-Analyse (FEA) unter Berücksichtigung von Formfüllung, Prozessstabilität und Pressenkräfte. Beim Einsatz von Querkeilwalzen und Gesenkschmieden mit Gratsperre reduziert der neu entwickelte Schmiedprozess den Gratanteil deutlich von 69% auf 32%.
Querkeilwalzen, Schmieden, Gratreduziert, FEM Simulationen, Gratsperren
In diesem Paper wird die Bildverarbeitung einer binären Einspurcodierung für die Bestimmung des Drehmoments präsentiert. Das Ziel der wissenschaftlichen Untersuchung ist die Bestimmung des absoluten Drehwinkels eines Zylinders und dem anliegenden Drehmoment. Für die Bildaufnahme werden zwei unabhängige Module genutzt, welche jeweils erlauben, die absolute Drehposition und Drehzahl zu erfassen. Bei gleichzeitiger Nutzung beider, kann das Drehmoment bestimmt werden. Markierungen werden mit einem Laserverfahren aufgebracht, um auch eine spätere Umsetzung zu ermöglichen. Der gewählte technologische Ansatz ist das sog. Winkeldifferenzverfahren. Das Konzept der Bildverarbeitung als auch erste Ergebnisse zur Drehmomentmessung aus der zweifachen absoluten Winkelpositionserfassung werden präsentiert.
Bildverarbeitung, Einspurcodierung, Drehmoment
