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  • Publication
    Laserstrahlhybridschweissen von Türmen für Windkraftanlagen - Ökonomische und ökologische Vorteile
    ( 2023-12-19)
    Üstündag, Ömer
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    Bakir, Nasim
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    Knöfel, Frieder
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    Das Laserstrahlhybridschweißen ist beim Schweißen von Türmen für Windkraftanlagen eine Alternative zum Unterpulver schweißen von Dickblechen in Mehrlagentechnik und bietet hier ökonomische und ökologische Vorteile. Der industrielle Einsatz des Verfahrens ist jedoch durch prozessspezifische Herausforderungen eingeschränkt. Die im Beitrag beschriebene kontaktlose elektromagnetische Badstütze dient zur Erweiterung des Verfahrenspotenzials im Dickblechbereich >15 mm.
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    Wire Electron Beam Additive Manufacturing von niedriglegierten Zinnbronzen – Erreichbare Bauteileigenschaften und Prozessmerkmale
    ( 2023-12-05)
    Raute, Maximilian Julius
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    Die Additive Fertigung gewinnt zunehmend an Bedeutung für die Verarbeitung von Kupferwerkstoffen im industriellen Umfeld. Hierbei wird verstärkt auf drahtförmige Ausgangswerkstoffe gesetzt, da diese Vorteile im Handling bieten, bereits aus der Schweißtechnik bekannt sind und sich zumeist durch geringere Beschaffungskosten auszeichnen. In den letzten Jahren entwickelte sich unter den drahtbasierten Verfahren der Directed-Energy-Deposition (DED) eine Prozessvariante unter Nutzung des Elektronenstrahls zur industriellen Marktreife. Dabei zeigt die Technologie Wire Electron Beam Additive Manufacturing (DED-EB) besondere Vorteile gegenüber anderen DED-Prozessen für die Anwendung an Kupfer. Um das Verfahren einem breiten Anwenderkreis in der Industrie zugänglich zu machen, fehlen jedoch Daten zu Leistungsfähigkeit, Prozessgrenzen und Anwendungsmöglichkeiten. Die vorliegende Untersuchung beschäftigt sich mit dieser Problemstellung am Beispiel der Legierung CuSn1MnSi. Über mehrstufige Testschweißungen werden die physikalisch möglichen Prozessgrenzen ermittelt und Rückschlüsse über die Eignung der Parameter zum additiven Aufbau gezogen. An verschiedenen additiv gefertigten Probekörpern werden anschließend Kennwerte für Aufbaurate, Härte, Mikrostruktur, Oberflächenqualität sowie mechanische Festigkeitswerte ermittelt. Es zeigt sich, dass das die durch DED-EB hergestellten Proben, trotz des groben Gefüges sowie der thermischen Belastung im Aufbauprozess, in ihren Eigenschaften gut mit den Spezifikationen des Ausgangsmaterials übereinstimmen.
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    Tailor Welded Blanking Digital
    ( 2023-11-30)
    Weber, Joshua
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    Daniel, González
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    Höfemann, Matthias
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    Joos, Paul
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    Rys, Anastasia
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    Der immer effizientere Einsatz von Energie und Ressourcen bleibt eine große Herausforderung, die nur mit innovativen Lösungen zu bewältigen ist. Ein schneller, günstiger und ressourcenschonender Ansatz ist die Anwendung von digitalen Methoden. Vor allem bei anspruchsvolleren Fertigungsketten, wie die Herstellung von Karosseriebauteilen aus Tailor Welded Blanks, ist es sinnvoll, die Produktauslegung bzw. die Prozessauslegung vor der eigentlichen Produktion digital und ganzheitlich zu simulieren, um Werkzeuganpassungen und unnötige Versuche zu verhindern. Dies funktioniert mit der Benutzung eines sogenannten digitalen Zwillings für die Fertigungskette durch die Verknüpfung von numerischen Simulationen, die die einzelnen Prozessschritte abbilden.
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    Laserstrahlauftragschweißen - Einfluss von Schutzgasgemischen auf die Bauteilqualität
    ( 2023-09)
    Kampffmeyer, Dirk
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    Wolters, Michael
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    Raute, Julius
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    Im Additive Manufacturing Verfahren Directed Energy Deposition (DED) wird bei der Verarbeitung von Werkzeugstahl in der Regel reines Argon als Schutzgas verwendet. Dabei kann die Verwendung von speziellen Schutzgasgemischen, auch bei geringen Anteilen zugemischter Gase, durchaus die Bauteilqualität positiv beeinflussen. In Vorarbeiten der Messer SE & Co. KGaA zeigte ein gewisser Sauerstoffanteil im Schutzgas die Tendenz, den Flankenwinkel von Schweißspuren beim DED zu verbessern. In der vorliegenden Studie wurde daher detailliert untersucht in wie weit unterschiedliche Schutzgasgemische einen Einfluss auf die Qualität sowie die geometrischen Eigenschaften der additiv gefertigten Strukturen des Werkzeugstahls 1.2709 beim Laser-DED ausüben. Es erfolgten zunächst Testschweißungen in Form von Einzelspuren mit unterschiedlichen Gemischen aus dem Basisschutzgas Argon mit geringen Anteilen verschiedener Gase. Dabei wurde der Einfluss der Zusätze auf die Spurgeometrie und Aufbauqualität untersucht. Auf Basis dieser Vorversuche wurde eine Auswahl vielversprechender Gasgemische getroffen und Detailuntersuchungen in Form von Spuren, Flächen und Quadern unter Zugabe verschiedener Mengen an Zusätzen durchgeführt. Zur Bewertung des Einflusses der Schutzgasbeimengungen wurden der Flankenwinkel, die Porosität und das Gefüge der Proben anhand metallografischer Schliffe untersucht. Es zeigte sich, dass eine Zugabe von geringen Anteilen an Zusätzen zunächst zu einer Vergrößerung des Flankenwinkels im Vergleich zu reinem Argon führt. Mit steigendem Anteil der Gase nimmt dieser Winkel jedoch ab. So kann je nach Menge des zugesetzten Gases eine individuelle Benetzung des aufgetragenen Materials an der Oberfläche erreicht werden. Auch die Porosität ließ sich durch Schutzgasgemische beeinflussen und zeigt ein abweichendes Verhalten im Vergleich zu reinem Argon.
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    Brennstoffzelle - wie sauber muss es sein?
    Die technische Sauberkeit ist bei der Brennstoffzelle eine wichtige Einflussgröße für die realisierte Produktqualität in Bezug auf Lebensdauer und Performanz. Wie an welcher Stelle der Prozesskette im Hinblick auf welche Grenzwerte gereinigt und geprüft werden sollte, wird aktuell im Rahmen eines Forschungsprojektes betrachtet.
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    Automatisierte Optimierung der Energieeffizienz verschalteter Anlagen durch steuernden Eingriff
    (Fraunhofer Verlag, 2023)
    Thiele, Gregor
    Industrielle Kälteanlagen bestehen aus verschiedenen Komponenten wie Kühltürmen, Kältemaschinen und Wasserkreisläufen. Über Leitsysteme lassen sich Variablen wie Drücke und Temperaturen einstellen. Die Komponenten einzeln energieeffizient zu fahren, führt nicht zum optimalen Betrieb der gesamten Anlage. Die zunehmende Vernetzung von Maschinen und Anlagen ermöglicht eine übergeordnete Orchestrierung der Teilsysteme, die neue Optimierungsaufgaben mit sich bringt. Mit OptTopo stellt dieses Buch einen Algorithmus vor, der auf Basis verschiedenartiger Modelle der Komponenten die effizientesten Werte für das Gesamtsystem berechnet. Die Berücksichtigung der Topologie verschalteter Systeme birgt Potenziale, das Optimierungsproblem zu reduzieren. Die Untersuchung weist die Machbarkeit des Ansatzes nach und zeigt auf, dass im Gegensatz zu konventionellen Ansätzen nach einmaliger Initialisierung beliebig viele Anforderungen ohne erneute Berechnung bedient werden können.
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    Kompensationsstrategien zur Verbesserung des thermischen Verhaltens von Industrierobotern
    (Fraunhofer Verlag, 2023)
    Lubisch, Christian
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    Die thermische Beeinflussung der Roboterstruktur durch die Erwärmung der Antriebe hat einen wesentlichen Effekt auf die Genauigkeit des Roboters. Daraus resultierende Vorformungen führen zu einer Drift am Tool Center Point, woraus eine Abweichung von der Soll-Position resultiert. Diese Abweichungen sind in den meisten Anwendungsfällen für die spanende Fertigung nicht tragbar, weshalb das Robotersystem im erwärmten Zustand zyklisch und unter Nutzung kostenintensiver Laser Tracker Systeme aufwändig nachkalibriert werden muss. In der vorliegenden Arbeit werden Kompensationsstrategien zur Verbesserung des thermischen Verhaltens von Industrierobotern entwickelt, die möglichst ohne kostenintensive externe Systeme und ohne Stillstandzeiten für die Korrektur auskommen. Zum einen wird eine Lösung umgesetzt, die das gesamte Robotersystem auf einem permanenten, ausgeglichenen Temperaturniveau – also im Beharrungszustand – hält. Zum anderen wird eine indirekte Kompensation der thermischen Drift beschrieben, die auf Simulationsdaten des thermischen Verhaltes des Robotersystems zurückgreift. Mit den Systemen kann die Genauigkeit von Robotersystemen weiter gesteigert und diese für den industriellen Einsatz ertüchtigt werden.
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    Qualitätsorientiertes Komplexitätsmanagement am Beispiel des automobilen Konfigurationsmanagementprozesses
    (Fraunhofer Verlag, 2023)
    Frisch, Alexander
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    Jochem, Roland
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    Grasse, Jean
    Qualität und Komplexität sind zwei Größen, die häufig zusammen aufgeführt werden. Eine hohe Komplexität stellt ein wesentliches Risiko für die Qualität als wichtigste Größe des klassischen Zieldreiecks dar. In der Literatur wird deshalb oftmals eine Reduzierung der objektiven Komplexität empfohlen. Dadurch bleiben jedoch wesentliche Wettbewerbsvorteile einer hohen und beherrschten Komplexität ungenutzt. In der vorliegenden Arbeit wird deshalb ein neues Vorgehensmodell entwickelt, welches durch Kombination aus verschiedenen Ansätzen des Qualitäts- und Komplexitätsmanagements eine methodische und gleichzeitige Verbesserung der Qualität und Komplexität ermöglicht. Zentraler Bestandteil der Arbeit ist die Anwendung des Vorgehensmodells im automobilen Konfigurationsmanagement als Beispiel für ein äußerst komplexes System. Im Rahmen der Praxisanwendung werden mehrere digitale Lösungen erarbeitet und umgesetzt, welche das Qualitätsniveau trotz der hohen vorliegenden Komplexität verbessern. Die Wirksamkeit der Lösungen wird schließlich in zwei durchgeführten Studien untersucht sowie die nachhaltige Verankerung im Unternehmen erläutert.
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    Trennstrahlen mit flüssigem Kohlendioxid
    (Fraunhofer Verlag, 2023)
    John, Patrick
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    Das Hochdruckstrahlspanen mit flüssigem Kohlenstoffdioxid (HDCO2) ist ein trockener und rückstandsfreier Fertigungsprozess, der die Vorzüge des konventionellen Wasserstrahlschneidens mit den Potenzialen der Reinigungsverfahren des Schnee- und Pelletstrahlens vereint. Die industrielle Ausbreitung dieser jungen Technologie scheitert momentan an einem geringen Wissensstand und dem fehlenden Nachweis der Konkurrenzfähigkeit. Daher bildet die vorliegende Arbeit eine Grundlage für die Erhöhung der Produktivität und Qualität beim HDCO2. Erstmals werden das Abrasivstrahlen mittels HDCO2 entwickelt und neue Erkenntnisse zu Strahlgeometrie sowie entstehenden Werkstückeigenschaften beim Trennstrahlen mit flüssigem Kohlenstoffdioxid gewonnen. Die durchgeführten Verfahrensvergleiche und Materialuntersuchungen verdeutlichen neue Erkenntnisse über Wirkzusammenhänge und Abtrennmechanismen. Insgesamt führen die Untersuchungen der Einsatzbedingungen und der anwendungsnahen Einseitenbearbeitung von CFK/GFK-Hohlkammerbauteilen zu unterschiedlichsten Empfehlungen für den industriellen Einsatz der neuartigen Technologie.