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Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK
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PublicationEinsatzverhalten keramisch gebundener Gleitschleifkörper(Fraunhofer Verlag, 2021)Eulitz, AlexanderZu den kritischen Erfolgsfaktoren beim Gleitschleifen zählt insbesondere die Wahl eines geeigneten Schleifkörpers sowie passender Parameterwerte im Rahmen der Prozessauslegung. Obwohl die Anfänge der Gleitschleifbearbeitung vermutlich bis in das Altertum zurückreichen, basiert die Prozessauslegung nach wie vor vordergründig auf Erfahrungswissen der Anwender. Um eine wissensbasierte Prozessauslegung zu ermöglichen, werden in dieser Arbeit grundlegende Erkenntnisse zum Einsatzverhalten keramisch gebundener Gleitschleifkörper unterschiedlicher Form und Größe beschrieben. Weiterhin werden die Voraussetzungen für eine Übertragbarkeit auf industrielle Anwendungsfälle geschaffen.
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PublicationSelbstoptimierendes System zur aktiven Schwingungskompensation in Werkzeugmaschinen(Fraunhofer Verlag, 2021)Mewis, JanDie Werkzeugmaschinenindustrie ist charakterisiert durch ständig steigende Anforderungen an Fertigungskosten und -qualität. Der dadurch zunehmenden Belastung der Werkzeugmaschinen muss durch geeignete Maßnahmen entgegengewirkt werden. Insbesondere das dynamische Verhalten hat einen hohen Anteil an der erreichbaren Produktivität und Fertigungsgenauigkeit. Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung erfordert eine Verringerung der Massen. Gleichzeitig ist jedoch auch eine Erhöhung der Dämpfung und der Steifigkeit gefordert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Entwicklung eines aktiven, robusten, sowie sich selbst identifizierenden und optimierenden Systems zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen durchgeführt und evaluiert. Die Modelle und Grundlagen hierfür sind systematisch erarbeitet, nachvollziehbar dargestellt und zielgerichtet miteinander verknüpft worden. Die Dämpfungswirkung konnte anhand eines aktiven Mehrgrößensystems mit signifikanten Interaktionen nachgewiesen werden, das seriell in den Kraftfluss eines Maschinengestells integriert wurde. Zusammen mit den entwickelten Methoden sind die Modelle auf beliebige linearisierbare aktive Mehrgrößensysteme anwendbar.
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PublicationSortierung von Objekten in mikrofluidischen Systemen auf Basis von piezogetriebenen Aktoren(Fraunhofer Verlag, 2020)Horbert, Peter PaulLab-on-a-Chip Systeme finden breite Anwendung in der Grundlagenforschung, der Diagnostik sowie in der Biotechnologie und setzen sich aus einem Netzwerk mikrofluidischer Funktionsstrukturen zusammen. Ein Teil dieser Strukturen dient zur Isolation von Probenbestandteilen für eine nachfolgende Analytik, ist aber in vielen Fällen nicht für ein breites Anwendungsgebiet geeignet. Zielstellung dieser Arbeit ist daher die Entwicklung und Charakterisierung eines piezogestützten Sortiersystems, das für Objektgrößen von 7 - 300 µm und unterschiedliche Betriebsmodi in der Mikrofluidik geeignet ist. Im Vordergrund stehen die Untersuchung des Sortierprozesses und der Strömungseigenschaften im Mikrokanal. Die Erkenntnisse ermöglichen u. a. über Modellgleichungen die Charakterisierung des Sortiersystems und einen direkten Einblick in die Funktionsweise der mikrofluidischen Funktionsstrukturen. Das Sortiersystem leistet durch seine Vielseitigkeit und Flexibilität einen wichtigen Beitrag, um das Anwendungsfeld für mikrofluidische Applikationen im Bereich der Probenisolation zu erweitern. Im Bereich der Mikrofluidik konnte das Verständnis von Sortiervorgängen im Mikrokanal erweitert werden.
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PublicationLiquid Metal Embrittlement of Advanced High Strength Steels during Resistance Spot Welding(Fraunhofer Verlag, 2019)Frei, JulianNeue Stahlwerkstoffe mit verbesserten Materialeigenschaften stellen die etablierten Schweißverfahren vor neue Herausforderungen. Während des Widerstandspunktschweißens hochfester Stähle wird teilweise flüssigmetallinduzierte Rissbildung (liquid metal embrittlement) beobachtet. Eine qualitativ hochwertige, rissfreie Punktschweißverbindung liegt im Interesse der gesamten metallverarbeitenden Industrie. Vor allem jedoch in Bereichen hochbeanspruchter bzw. sicherheitsrelevanter Bauteile und Konstruktionen wie zum Beispiel Automobilkarosserien wird hierauf besonderen Wert gelegt. Das Phänomen liquid metal embrittlement (LME) bietet ein weites Spektrum an Fragestellungen aus der Ingenieurs- bzw. der Forscherperspektive. Es handelt sich dabei um ein komplexes Zusammenwirken verschiedener Prozesse, deren Kombination letztendlich zur Rissentstehung führt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, anwendungsrelevante Einflussfaktoren zu untersuchen, um einerseits das Prozessverständnis zu verbessern, und andererseits potentielle Abhilfemaßnahmen aufzuzeigen.
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PublicationNumerische Prozesssimulation zur Auslegung des Druckfließläppens am Beispiel additiv gefertigter BauteileFür die Feinbearbeitung von Bauteilen mit komplexer Geometrie, insbesondere in innenliegenden Bereichen, mit höheren Ansprüchen an die Oberflächengüte hat sich das Druckfließläppen in der industriellen Anwendung etabliert. Mit dem Verfahren lassen sich zudem Grate entfernen und Kanten definiert konturieren. Für den abrasiven Vorgang sorgen in ein polymeres Basismedium eingebettete Schleifkörner. In der vorliegenden Arbeit wird ein rheologisches Modell zur Beschreibung der viskoelastischen Eigenschaften der abrasiven Medien entwickelt und in konventionelle Simulationssoftware implementiert. Der Abgleich zwischen Simulations- und Arbeitsergebnissen erfolgt am Beispiel additiv gefertigter Bauteile aus verschiedenen Werkstoffen. In diesem Zusammenhang wird auch das Potenzial für das Druckfließläppen laserstrahlgeschmolzener Bauteile aufgezeigt. Als Ergebnis liegt ein Simulationstool zur Prognose der Bearbeitungsergebnisse vor, welches sich auf beliebige Anwendungsszenarien übertragen lässt. Auf diese Weise wird zukünftig der Versuchsaufwand zur Prozessauslegung und -optimierung signifikant reduziert.
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PublicationMethodology for the in-process evaluation of software-based process failures in Selective Laser Melting machine tools(Fraunhofer Verlag, 2018)Pastl Pontes, RodrigoThe intense use of Additive Manufacturing technologies, especially Selective Laser Melting (SLM), to produce complex functional components by several sectors of the industry evidenced that current machines are not able to ensure the product quality. The results are affected by failures occurred in manufacturing processes caused, for instance, by the controller software. Such failures influence either the time to manufacture a component or its final quality. Current system validation methodologies are not adapted to SLM machines and, therefore, they are not effective. Within this context, this dissertation focused on the development of a methodology to evaluate process failures originated by the software of SLM machines in order to measure the machine quality. For this purpose, a process map for the machine was described, Key Performance Indicators were designed, and the Conformance Timed Automata Effect Analysis (ConTEA) testing methodology was developed. By using ConTEA, models with functioning scenarios are created, the tests can be generated and applied to the SLM machine software, failures can be tracked and the machine quality can be assessed.
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PublicationMethodik zur integrierten virtuellen Auslegung und Absicherung flexibler Bauteile(Fraunhofer Verlag, 2018)Hofheinz, NicolasAufgrund angespannter Bauraumverhältnisse und der geringen Biegesteifigkeit flexibler Bauteile (Kabel und Schläuche), stellt ihre geometrische Integration in komplexe technische Produkte weiterhin eine Herausforderung dar. Die Absicherung dieser Bauteile findet in der Regel anhand aufwendiger Hardwareversuche statt. Ziel dieser Arbeit ist die Optimierung der Integration flexibler Bauteile in komplexe Gesamtsysteme und insbesondere die Reduzierung der notwendigen physischen Versuchsumfänge. Dabei wird ein Frontloading-Ansatz durch eine frühzeitige Produktmitgestaltung aus Absicherungssicht verfolgt. Gepaart mit einer prognosesicheren Simulation des strukturmechanischen Verhaltens der auszulegenden Bauteile wird damit eine signifikante Erhöhung des Reifegrads virtuell generierter Leitungskonzepte angestrebt. Zu diesem Zweck wird, ausgehend von einer umfassenden industriellen Analyse, eine Methodik zur integrierten virtuellen Auslegung und Absicherung flexibler Bauteile entwickelt: ein System interagierender, simulationsgestützter Methoden, Modelle und Werkzeuge. Der Nutzen der Methodik wird anhand realer Anwendungsfälle aus der automobilen Fahrwerksentwicklung evaluiert.
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PublicationWerkzeug- und prozessseitige Grundlagen des Schienenschleifens unter Berücksichtigung der Schienentemperatur und der Wechselwirkung mit dem Einsatzverhalten der Schiene(Fraunhofer Verlag, 2018)Lypovka, PavloTrotz der großen wirtschaftlichen Bedeutung des Schienenschleifens ist dieses Reparaturverfahren aus der Sicht der Fertigungstechnik kaum wissenschaftlich erforscht. Das Ziel der Arbeit ist es, ein Grundverständnis des Wirkzusammenhanges relevanter Einflussgrößen und Bearbeitungsergebnissen zu gewinnen und daraus die Empfehlungen zur Prozessgestaltung hinsichtlich des wirtschaftlich sinnvollen Schienenbetriebes nach der Schleifbearbeitung abzuleiten.
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PublicationResource-optimized verification planning for mechatronic systems in the virtual stage of product creation(Fraunhofer Verlag, 2017)Gerhorst, FrankMost current methods for product verification and reliability assurance are based upon statistical sample sizes and the underlying probability distributions. But that approach typically results in industrially unmanageable sample sizes and high test resource requirements. The proposed approach in this thesis uses a generalized "Inverse Most-Probable-Limit State" concept, which takes a Monte-Carlo based most likely noise factor scenario in all load dimensions into account for each failure mode.
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PublicationDie-Sinking EDM of high aspect ratio cavities in nickel-base alloyDie steigende industrielle Relevanz von Hochtemperaturlegierungen, wie Nickelbasislegierungen für die Luftfahrtindustrie, erfordert aus wirtschaftlichen Aspekten eine permanente Entwicklung und Optimierung bestehender Fertigungsverfahren und Technologien. Ziel dieser Arbeit ist die Leistungssteigerung bei der Fertigung von Kavitäten mit hohem Aspektverhältnis durch die Entwicklung, Analyse und Anwendung neuartiger Technologien - automatisiertes Abrichten von Elektroden und vibrationsunterstützte EDM-Bearbeitung.