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Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK
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PublicationTrennstrahlen mit flüssigem KohlendioxidDas 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.
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PublicationFräsbearbeitung von Nickelbasislegierungen mit Industrierobotern.(Fraunhofer Verlag, 2018)Reinkober, SaschaIndustrieroboter besitzen das Potenzial, die mechanische Fertigung der Zukunft maßgeblich zu beeinflussen. Die im Vergleich zu Werkzeugmaschinen wirtschaftlichen Vorteile können Industrieroboter als die technologischen Erfolgsfaktoren für die flexible und kundenindividuelle Produktion etablieren. Das Systemverhalten von Standard Industrierobotern qualifiziert diese derzeit jedoch primär für die Fräsbearbeitung weicher beziehungsweise leicht zerspanbarer Werkstoffe und bedingt die Nutzung von kostenintensivem Zusatzequipment, welches die Systemkosten negativ beeinflusst.
Die Fräsbearbeitung von hochharten Superlegierungen unter Nutzung von Industrierobotern wird angesichts der hohen zu erwartenden Prozesskräfte bisher ausgeschlossen. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Bearbeitungsprozesses zur Fräsbearbeitung von Nickelbasislegierungen unter Nutzung von Standard Industrierobotern. Dabei kommen keramische Schaftfräser zur Reduktion der Prozesskräfte zur Anwendung. Die somit erzielbare Zerspanleistung offenbart das Potenzial von marktverfügbaren Industrierobotern als Bearbeitungsmaschinen, auch ohne die Nutzung kostenintensiver Mess- und Zusatzsysteme. -
PublicationEndkonturnahe Schruppbearbeitung von Titanaluminid mittels Wasserabrasivstrahlen mit kontrollierter Schnitttiefe(Fraunhofer Verlag, 2018)Faltin, FabianIntermetallische Titanaluminid-Legierungen werden aufgrund ihrer hervorragenden thermomechanischen Eigenschaften bei gleichzeitig geringer Dichte weithin als eine mögliche Werkstoffgruppe für den Einsatz im Turbomaschinenbau betrachtet. Trotz der hervorragenden Eigenschaften ist der serientechnische Einsatz dieser Legierung bislang ausgeblieben. Der Hauptgrund ist hierbei unter anderem in der schwierigen Bearbeitbarkeit mit konventionellen Fertigungsverfahren wie dem Fräsen oder Drehen zu sehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Wasserabrasivstrahltechnologie für eine werkstoffeffiziente, endkonturnahe Schruppbearbeitung dieser schwer zerspanbaren Werkstoffe nutzbar gemacht. Mit Hilfe statistischer Versuchsplanungsmethoden wurden hierzu Regressionsmodelle abgeleitet, mit denen Schnitte mit definierter und vorhersagbarer Tiefe in Werkstücke eingebracht werden können, deren Überschneidung zur Entfernung von Segmenten aus Halbzeugen genutzt werden können. Anhand von Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen wurden zudem die Effekte, die zu Unebenheiten im Kerbgrund führen können, grundlegend untersucht und Bearbeitungsstrategien zu dessen Vermeidung vorgestellt.
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PublicationSpannutschleifen von Hartmetall-Schaftwerkzeugen mit gradierten Schleifscheiben(Fraunhofer Verlag, 2018)Schröer, NikolasDas Schleifen der Spannut ist der zentrale Prozessschritt bei der Herstellung von Schaftwerkzeugen. Im Vergleich mit den anderen Werkzeugschleifoperationen weist er hohe Zerspanungsvolumina und Hauptzeitanteile auf, beeinflusst aber auch das Einsatzverhalten des Zerspanwerkzeugs wesentlich. Er ist gekennzeichnet durch eine komplexe Prozesskinematik, die in variierenden Eingriffsbedingungen entlang der Schleifscheibenbreite resultiert. Mit Hilfe einer modellbasierten und experimentellen Analyse von Spannutschleifprozessen konnte ein umfangreiches Prozessverständnis generiert werden. Dabei wurden unter anderem Erkenntnisse über die komplexen Eingriffsbedingungen zwischen Schleifscheibe und Werkstück, die an der Nutentstehung beteiligten Schleifscheibenbereiche, die Oberflächenentstehungsmechanismen in der Spannut und das Abrichtverhalten von Diamantschleifscheiben erarbeitet. Dieses Wissen bildete die Basis für die Umsetzung eines Optimierungsansatzes für Spannutschleifprozesse, bei dem die Schleifscheibe ein anwendungsgerechtes, lokal variierendes Eigenschaftsprofil aufweist. Das Einsatzverhalten dieser gradierten Schleifwerkzeuge wurde untersucht und ihr Potenzial aufgezeigt.
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PublicationSteigerung des Formänderungsvermögens der Magnesiumlegierung AZ31 bei Raumtemperatur unter Nutzung der elektro-magnetischen Umformung(Fraunhofer Verlag, 2017)Prasol, LukasDas geringe Formänderungsvermögen der Magnesiumlegierung AZ31 in konventionellen Blechumformprozessen bei Raumtemperatur limitiert den Einsatz in industriellen Anwendungen. Das elektro-magnetische Blechumformen hat eine Steigerung des Formänderungsvermögens der Magnesiumlegierung AZ31 bei Raumtemperatur zur Folge. Inhalt dieser Arbeit ist eine systematische Untersuchung des Formänderungsvermögens der Magnesiumlegierung AZ31 bei elektro-magnetischer Blechumformung und Raumtemperatur. Durch die Entwicklung eines FE-Simulationsmodells unter Integration eines formänderungsgeschwindigkeitsangepassten Werkstoffmodells ist eine Untersuchung der maßgeblichen, das Formänderungsvermögen beeinflussenden Effekte der Magnesiumlegierung AZ31 bei elektro-magnetischer Blechumformung realisierbar. Das Formänderungsvermögen wird experimentell im Belastungszustand der ebenen Dehnung und bei bi-axialer Streckziehbelastung ermittelt. Die prozessbedingte Joulesche Erwärmung des Werkstücks sowie die hohe Formänderungsgeschwindigkeit bewirken eine Steigerung des Formänderungsvermögens der Magnesiumlegierung AZ31 bei Raumtemperatur im Vergleich zu konventionellen Blechumformprozessen.
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PublicationAdaptives Entwicklungstool zur intelligenten Konfigurierung von Condition-Monitoring-Algorithmen(Fraunhofer Verlag, 2017)Laghmouchi, AbdelhakimDie Verfügbarkeit von Produktionsmaschinen und Anlagen hängt überwiegend vom Zustand ihrer verschleißanfälligen mechanischen Komponenten ab. Ein Maschinenausfall wird in der Regel durch Verschleiß dieser Komponenten verursacht. Das Condition Monitoring von verschleißkritischen Komponenten führt zur Vermeidung ungeplanter Maschinenausfälle und zur Erhöhung der Verfügbarkeit von Produktionsmaschinen und Anlagen. Hierbei ist die Entwicklung geeigneter, zuverlässiger und robuster Auswertealgorithmen ein elementares Kernstück einer Condition-Monitoring-Lösung. Das übergeordnete Ziel der vorliegenden Dissertationsarbeit ist es, durch die Entwicklung einer innovativen Vorgehensweise zur Konfigurierung von Algorithmen für die Datenanalyse, den Entwicklungsaufwand zukünftiger Algorithmen für verschiedene Zustandsüberwachungsanwendungen zu reduzieren. Hierzu wurde ein Tool zur Evaluierung dieser Vorgehensweise entwickelt und anhand verschiedener Use Cases unter realitätsnahen Betriebsbedingungen evaluiert. Das entwickelte Tool dient als Werkzeug zur Realisierung diverser Auswertealgorithmen für unterschiedliche Condition-Monitoring-Anwendungen.
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PublicationGleitschleifen - Verfahrensgrundlagen und Prozessmodellierung(Fraunhofer Verlag, 2016)Dethlefs, ArneDer großen wirtschaftlichen Bedeutung des Gleitschleifens steht eine im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren sehr geringe wissenschaftliche Durchdringung des Prozesses gegenüber. Vor dem genannten Hintergrund ist es Ziel dieser Arbeit einen Beitrag zum verbesserten Verständnis der Wirkzusammenhänge beim Gleitschleifen zu leisten und hieraus Möglichkeiten zur umfassenden Prozessmodellierung abzuleiten.
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PublicationEinfluss von Herstellungs- und Lagerungsfaktoren auf die Eigenschaften von Trockeneispellets und das Strahlergebnis(Fraunhofer Verlag, 2016)Motschmann, SimonDas Trockeneisstrahlen bietet die Möglichkeit einer schonenden, trockenen und rückstandsfreien Bearbeitung. Eine gesteigerte Abrasivität sowie reproduzierbare Eigenschaften des Strahlmittels ermöglichen die Ausweitung auf potentiell neue Einsatzfelder. Analysiert sind ausgewählte Einflussparameter in Form von Herstellungs- und Lagerungsbedingungen mit ihren Effekten auf die Eigenschaften von Trockeneispellets und das Strahlergebnis.
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PublicationCO2-Schneeentstehung und deren Wirkung auf die Effekte beim CO2-Schneestrahlen(Fraunhofer Verlag, 2016)Kretzschmar, MichaelDas Reinigungsstrahlen mit festem CO2 hat viele Vorteile gegenüber dem Strahlen mit beständigen Strahlmitteln und hat sich als industrielle Anwendung bewährt. So entfällt beispielsweise die Entsorgung oder die Aufbereitung des Strahlmittels, da es nach dem Strahlvorgang in die Gasphase übergeht und in die Atmosphäre entlassen wird. Bisherige Untersuchungen befassten sich vornehmlich mit dem Trockeneisstrahlen und der beim Strahlprozess auftretenden Effekte. Für das CO2-Schneestrahlen existieren bislang weder Untersuchungen zu den Effekten noch zur CO2-Schneeentstehung während des Strahlvorgangs. Diese Untersuchungen sind Teil dieser Arbeit mit dem Ziel, die CO2-Schneeentstehung mittels eines Modells zu beschreiben. Darüber hinaus sollen die CO2-Schneeeigenschaften wie die Partikelhärte und damit auch die Zusammensetzung der Effekte funktional beschrieben werden. Auf der Grundlage der statistischen Versuchsplanung wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt und im Anschluss die entsprechenden Modellgleichungen erstellt. Die Modelle können genutzt werden, um die CO2-Schneeeigenschaften gezielt zu beeinflussen und so den CO2-Schneestrahlprozess effektiver gestalten zu können.
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PublicationEinsatzverhalten von PKD und Bor-dotiertem CVD-Diamant bei der Mikrofunkenerosion(Fraunhofer Verlag, 2012)Röhner, MarkusDie funkenerosive Senkbearbeitung von Bauteilen mit Strukturen im Mikrometerbereich, wie beispielsweise Mikroabformwerkzeuge und Bohrungen mit Durchmessern kleiner als 200 µm, stellt einen größer werdenden Bereich der Anwendungen dar. Für die Herstellung dieser Strukturen werden vornehmlich Relaxationsentladungen eingesetzt, die bei den konventionellen Werkzeugelektrodenwerkstoffen wie Hartmetall und Wolfram-Kupfer zu einem hohen Verschleiß führen. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit und der hohen Härte von Diamant werden in der vorliegenden Arbeit, die Potentiale von polykristallinem Diamant (PKD) und Bor-dotiertem CVD-Diamant (B CVDD) hinsichtlich der Verschleißreduktion aufgezeigt und Einsatzgrenzen bezüglich erreichbarer Abtragraten geprüft. Dafür wird eine grundlegende technologische Analyse des Einsatzverhaltens von PKD und B CVDD bei der Verwendung von Relaxationsentladungen durchgeführt. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse werden Empfehlungen hinsichtlich der für den Einsatz als Werkzeugelektroden optimalen Werkstoffeigenschaften und angepasste Technologien, die eine abtrag- und verschleißoptimierte Bearbeitung ermöglichen, abgeleitet.
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