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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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PublicationPrototyping von Produkt-Service Systemen und Smart Services in der Konzeptphase des Entwicklungsprozesses(Fraunhofer Verlag, 2019)Exner, KonradAus politischer und wirtschaftlicher Sicht wurden in den letzten Dekaden zwei Treiber eines notwendigen Wandels fokussiert: Zum einen die systematische Unterstützung des gesamtwirtschaftlichen Trends hin zu einer Dienstleistungsgesellschaft, zum anderen die Digitalisierung und Automatisierung der Industrie zur Steigerung der Qualität und Effizienz. Die Evolution und Synthese dieser beiden Perspektiven führte zur Verbreitung und Akzeptanz ganzheitlicher Leistungsangebote sowie der damit einhergehende Bedarf der Wirtschaft diese Produkt-Service Systeme (PSS) erfolgreich zu entwickeln. Die vorliegende Arbeit fokussiert dazu die frühe Phase des Entstehungsprozesses und adressiert Lösungen, die es ermöglichen erste Konzepte von PSS mittels innovativer Prototypen für die am Prozess beteiligten Stakeholder erlebbar und bewertbar zu machen. Zudem befähigt die Methode die Konzeptionierung von Smart Services. Beide Lösungen sind synergetisch in einer ganzheitlichen Entwicklungsvorgehensweise verortet und bieten somit die Möglichkeit einer systematischen Entwicklung. Die entwickelten Ergebnisse befähigen die digitale Transformation der Unternehmen im Zeitalter der Digitalisierung.
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PublicationEinflussfaktoren der Reinigung mit flüssigem Kohlendioxid auf fertigungsrelevante Materialeigenschaften medizintechnischer Kunststoffe(Fraunhofer Verlag, 2017)Mankiewicz, JohannesDurch seine chemischen und physikalischen Vorteile hat sich Kohlendioxid in der Verfahrens- und Produktionstechnik in verschiedenen Anwendungen etabliert. Der reinigungstechnische Einsatz ist aktuell noch auf das Trockeneis- und CO2-Schneestrahlen beschränkt. Bei der Imprägnierung und Färbung von Kunststoffen gehört es zum etablierten Stand der Technik. Die Anwendung der flüssigen Phase des Kohlendioxids für die Lösemittelreinigung hat sich in der industriellen Praxis noch nicht durchsetzen können. Vor diesem Hintergrund besteht ein besonderes Potential der Technologie für medizintechnische Produktionsprozesse zur rückstandsfreien Reinigung von Kunststoffen, ohne eine anschließende Trocknung. Die vorliegende Arbeit fokussiert sich auf die Erarbeitung von Erkenntnissen zum Einfluss der Reinigung mit flüssigem Kohlendioxid auf die konstruktions- und fertigungstechnischen Materialeigenschaften von medizintechnischen Kunststoffen. Dazu werden aus der Gruppe der Elastomere sowie der amorphen und teilkristallinen Thermoplaste Kunststoffe im Rahmen des entwickelten Versuchsprogramms zum Einfluss der Reinigungszeit sowie der Parametrisierung des Übergangs zwischen Prozess- und Umgebungsbedingungen untersucht. Dies erlaubt die Beschreibung signifikanter Eigenschaftsänderungen der Materialien hinsichtlich der Gravimetrie, Geometrie, Zugfestigkeit, Oberflächenhärte und Quellung. Die dadurch erlangten Erkenntnisse erweitern das Prozessverständnis zur reinigungstechnischen Anwendung von flüssigem Kohlendioxid und erlauben die Ableitung von grundsätzlichen Anwendungshinweisen für den angestrebten Einsatz in der Praxis.
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PublicationEinsatzverhalten nanocomposite-beschichteter PcBN-Werkzeuge für die Hartdrehbearbeitung.Diese Dissertation verschafft einen Überblick über das Einsatzverhalten nanocomposite-beschichteter PcBN-Werkzeuge für die Bearbeitung gehärteter Stähle. Dabei wird speziell auf die Verschleiß- und Temperaturentwicklung im Hartdrehprozess eingegangen.
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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.