Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Agentenbasierte Automatisierung des Betriebs Industrieller Produkt-Service Systeme
    (Fraunhofer Verlag, 2016)
    Raue, Niels
    Die wirtschaftliche Bearbeitung von Nickelbasis-Legierungen gehört zu einer der herausforderndsten Aufgaben in der Fertigungstechnik. Moderne Schneidkeramiken haben in den vergangenen Jahren vielfach bewiesen, dass sie bei der Bearbeitung von Nickelbasis-Legierungen die Produktivität signifikant steigern können. Insbesondere Sialon-Keramik und Whisker-Keramik haben sich mittlerweile in Form von Wendeschneidplatten im Turbinenbau etabliert. Schaftwerkzeuge sind bisher jedoch nicht in diesen Schneidstoffen verfügbar. Die Bereitstellung keramischer Schaftfräswerkzeuge stellt damit einen wichtigen Beitrag zur kontinuierlichen Senkung von Herstellungskosten im Turbinenbau dar. Dieser Themenstellung widmet sich die vorliegende Arbeit. Es werden Werkzeuggeometrien entwickelt, Prozessumgebungen beschrieben sowie Betrachtungen zur Reduzierung von Hauptzeiten am Beispiel einer Turbinenleitschaufel durchgeführt, die wichtige Impulse für die industrielle Anwendung liefern. Die Ergebnisse der Untersuchungen zum Werkzeugverschleiß sowie der Simulation von Spannungsverteilungen eröffnen Ansatz-punkte für weiterführende wissenschaftliche Arbeit.
  • Publication
    Trennende Schutzeinrichtungen für Werkzeugmaschinen zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung
    (Fraunhofer IRB Verlag, 2004)
    Bold, J.
    ;
    Uhlmann, E.
    Aus der zunehmenden Dynamisierung der Prozeßgeschwindigkeiten bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung resultiert eine hohe Gefährdung der Bediener durch im Schadensfall abgeschleuderte Bruchstücke von Werkzeugen, Werkstücken oder Spannzeugen. Trennende Schutzeinrichtungen müssen diese Bruchstücke sicher zurückhalten. Ein auf der Grundlage von europäischen Richtlinien neu installiertes Produkthaftungsgesetz verpflichtet die Hersteller von Werkzeugmaschinen die Sicherheit ihrer Produkte auf höchstem Niveau zu gewährleisten. Mit Hilfe von experimentellen Aufprallprüfungen lassen sich die Rückhalteeigenschaften von Materialien für trennende Schutzeinrichtungen untersuchen. Durch die Bereitstellung einer breiten Datenbasis an spezifischen Durchdringungswiderständen sowie die Diskussion der Bauweisen von Wandelementen und Sicherheitsfenstern unter Aspekten wie der chemischen Alterung oder der Kostenoptimierung liefert die vorliegende Arbeit einen wichtigen Beitrag zur sicherheitstechnischen Qualifizierung.
  • Publication
    Berechnungsmodell zur Ermittlung von Spannkräften bei Backenfuttern
    (Fraunhofer IRB Verlag, 2003)
    Feng, P.
    ;
    Uhlmann, E.
    Die Berechnung der optimalen Spannkraft für Backenfutter ermöglicht neben der Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit und der Prozesssicherheit, die Effektivität der Drehbearbeitung für hohe Drehzahlen zu steigern. Die notwendige Ausgangsspannkraft beu Außenspannung wird durch die zur Aufnahme der am Werkstück auftretenden Prozesskräfte erforderliche Mindestspannkraft und den dynamischen Spannkraftverlust infolge der Fliekräfte beschrieben. In dem Teilmodell zum Spannkraftverlust wird der Einfluss der Werkstück-, Spannfutter- und Spannbackensteifigkeit berücksichtigt. In dem Teilmodell zur Mindestspannkraft wird die Spannkraftverteilung in den Spannflächen mit Hilfe von FEM-Analysen untersucht. Die Genauigkeit des in dieser Arbeit neu entwickelten Spannkraftberechnungsmodells übersteigt die der bisherigen Berechnungsansätze deutlich. Das Modell besitzt sowohl für herkömmliche Spannfutter als auch für Spannfutter neuer Bauart Gültigkeit. Diese und der Grad der Genauigkeit des Berechnungsmodells werden anhand von experimentellen Untersuchungen und FEM-Analysen validiert. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage zur Erstellung einer neuen VDI-Richtlinie, die bei der Ermittlung der zulässigen Drehzahl oder der notwendigen Ausgangsspannkraft von Backenfuttern in der Arbeitsvorbereitung Anwendung finden kann.
  • Publication
    System zur sicherheitsgerechten Konstruktion von Werkzeugmaschinen
    (Fraunhofer IRB Verlag, 2001)
    Ising, M.
    ;
    Krause, F.-L.
    In der Arbeit wird die Konzeption und Realisierung eines Systems beschrieben, das den Konstrukteur in frühen Phasen des Produktentwicklungsprozesses bei der sicherheitsgerechten Konstruktion von Werkzeugmaschinen unterstützt. Das Gesamtsystem gliedert sich in drei Module. Das Modul zur sicherheitsintegrierten Prozeßgestaltung übernimmt dabei die Aufgaben der Planung, Steuerung und Überwachung von Prozessen, das Modul zur sicherheitsintegrierten Produktgestaltung die Aufgaben der Konzeption, des Entwurfs, der Ausarbeitung und der sicherheitstechnischen Bewertung des Produktes. Defizite, die im Rahmen der sicherheitstechnischen Produktbewertung festgestellt wurden, werden durch das Modul zur sicherheitsintegrierten Optimierung von Prozessen und Produkten beseitigt. Wesentliche neue Merkmale des informationstechnischen Ansatzes sind die Wiederverwendung von Vorgehensweisen aus bereits abgeschlossenen, sicherheitstechnisch optimierten Prozessen im Rahmen der Prozeßplanung, die Bewertung der Bauteilsicherheit unmittelbar nach der Gestaltung eines sicherheitsrelevanten Bauteils sowie die Beseitigung von Gestaltungsdefiziten basierend auf einer weitestgehend automatisierten Optimierung des Prozeßablaufplans. Die Funktionalität des entwickelten Systems wird am Beispiel einer sicherheitsgerechten Drehmaschinenkonstruktion demonstriert. Die Bereitstellung von Informationen über Gefährdungen sowie von Hinweisen zur sicherheitsgerechten Dimensionierung und Gestaltung der Maschinenbaugruppen und -teile erfolgt dabei durch eine im Rahmen der Arbeit entwickelte Wissensbasis Maschinensicherheit. Eine besondere sicherheitstechnische Bedeutung an Werkzeugmaschinen besitzt die trennende Schutzeinrichtung. Um den Produktentwickler bereits in frühen Phasen des Konstruktionsprozesses bei der sicherheitsgerechten Auslegung der Maschinenschutzeinrichtung zu unterstützen, wird die Aufprallfestigkeit der Schutzwand- und Sichtscheibenmaterialien mit der Finite-Elemente-Methode beurteilt. Der Aufprallfestigkeitsbeurteilung wurde eine neue Prüfablauffolge zur Beurteilung von Baugruppen und Materialien trennender Schutzeinrichtungen zu Grunde gelegt. Kennzeichen der neuen Vorgehensweise ist eine im Anschluß an die normative Prüfung stattfindende Worst-Case-Aufprallfestigkeitsbeurteilung. Eine Verifizierung der FE-Berechnungsergebnisse erfolgte durch experimentelle Beschußuntersuchungen. Durch den Einsatz dieses Systems in frühen Phasen des Produktentwicklungsprozesses werden damit Voraussetzungen geschaffen, Gefährdungen, die im späteren Betrieb von der Werkzeugmaschine ausgehen können, bereits am virtuellen Prototyp zu erkennen und durch Maßnahmen der unmittelbaren und mittelbaren Sicherheitstechnik zu beseitigen. Auf diese Weise können gefahrenminimierte Maschinen ohne umfangreiche experimentelle Sicherheitsprüfungen am realen Produkt entwickelt werden.
  • Publication
    Methoden zur Verbesserung der Fehlererkennung an Antriebsstrecken
    (Fraunhofer IRB Verlag, 1999)
    Krüger, J.
  • Publication
    Arbeitssicherheit an Drehmaschinen
    (Hanser, 1989)
    Lehmann, W.R.
    The development of the machine tools is characterized by an increasing degree of automation, capacity and flexibility. With higher speed frequencies and more links particulary in the tool system increase the requirements at the safety. For the workpiece system of a turning machine the determination of hazards and the reasons of them are described exemplary. Algorithm for calculating the energy of releasing elements are given. The use of constructive measures can prevent or reduce possible damage.