Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    The Working Posture Controller: Automated adaptation of the workpiece pose to enable a neutral working posture
    (Fraunhofer Verlag, 2018)
    Nguyen, The Duy
    Although modern automation technology has succeeded in replacing much of the workforce in factories, there are scenarios where full automation cannot be realised. Experienced human workers are able to adapt to new tasks in a short time and possess cognitive and sensorimotor skills that cannot easily be imitated by machines. However, maintaining the health of the workforce is a challenge. One fundamental risk factor for these disorders is work that requires awkward postures. Extensive research has been conducted into preventing this issue. The solutions proposed thus far have achieved a significant improvement of the situation. However, implementing the most effectual solutions is labour-intensive and impairs the flexibility of the production line. This thesis strives to bridge this trade-off. Herein, the Working Posture Controller (WPC) was proposed. The WPC is an assistance system, which automatically monitors the worker's posture when performing a task at hand. In the case of an ergonomically unfavourable situation, the device proposes a re-adjustment of the workplace layout, enabling the worker to perform the same task while maintaining an ergonomically superior posture.
  • Publication
    Methodology for the in-process evaluation of software-based process failures in Selective Laser Melting machine tools
    (Fraunhofer Verlag, 2018)
    Pastl Pontes, Rodrigo
    The 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.
  • Publication
    Simulationsmodell als Basis zur Ableitung von Zerspanstrategien zur Reduzierung von thermischen Bearbeitungseinflüssen beim Hartdrehen
    (Fraunhofer Verlag, 2017)
    Ivanov, Ivan Mitkov
    Die in zahlreichen Bereichen des Maschinenbaus eingesetzten Stahlbauteile unterliegen im Betrieb hohen mechanischen und thermischen Beanspruchungen. Im Anschluss an die erforderliche Härtung erfolgt die Schlichtbearbeitung zur Schaffung der Endkontur. Aufgrund der Produktivitätssteigerung, Flexibilität und Ressourceneffizienz bietet sich die Hartdrehbearbeitung als Alternative zum konventionellen Schleifen an. Beim Hartdrehen werden die physikalischen Werkstückeigenschaften durch die prozessabhängige Randschichtbildung verändert. Das Verständnis dieser Phänomene und die Prozessoptimierung hinsichtlich der Schaffung von qualitativ höherwertigen Oberflächen erfordern die Modellierung der Hartdrehbearbeitung unter Berücksichtigung von temperaturabhängigen Phasentransformationen. Das übergeordnete Ziel der vorliegenden Dissertationsarbeit ist es, durch die Entwicklung eines Simulationsmodells der Hartdrehbearbeitung des gehärteten Wälzlagerstahls 100Cr6 Erkenntnisse über die thermischen Bearbeitungseinflüsse auf die Werkstückqualität zu erhalten. Das beschriebene Simulationsmodell dient als Basis zur Ableitung von Fertigungsmaßnahmen und Zerspanstrategien zur Vermeidung von prozessbedingten Fertigungsungenauigkeiten beim Hartdrehen.
  • Publication
    Kinematisch modulierte Schleifprozesse zur Strukturierung von tribologisch beanspruchten Funktionsoberflächen
    (Fraunhofer Verlag, 2017)
    Bäcker, Clemens
    Eine gezielte Strukturierung von tribologisch beanspruchten Oberflächen kann zu einer Verbesserung der Kontaktbedingungen und somit zu einer Steigerung ihrer Lebensdauer führen. Komplexe Funktionsflächen wie die Zahnflanke werden nach der Wärmebehandlung mittels Schleifprozessen nachbearbeitet und im Anschluss häufig einer Endbearbeitung unterzogen, um den Verschleiß der Zahnräder im Einsatz zu reduzieren. Als zentrale Fragestellung dieser Arbeit wurde untersucht, in welcher Weise sich durch Schleifverfahren die Oberflächenstruktur von unterschiedlichen Funktionsflächen beeinflussen lässt. In simulationsbasierten und experimentellen Untersuchungen konnte ein umfangreiches Wissen über die Zusammenhänge zwischen dem Konditionierprozess, der Stellgrößen des kinematisch modulierten Schleifprozesses und den Arbeitsergebnissen sowie dem Einsatzverhalten der strukturierten Oberflächen erarbeitet werden. Die Analyse der durchgeführten Versuche dokumentiert eindrucksvoll, wie sich sowohl die Oberflächenkennwerte als auch die -struktur unter Einsatz geeigneter Stellgrößen der kinematischen Modulation verbessern lassen, die in vorteilhaften Kontaktbedingungen beim Einsatz resultieren können.
  • Publication
    Die-Sinking EDM of high aspect ratio cavities in nickel-base alloy
    (Fraunhofer Verlag, 2017)
    Domingos, David Carlos
    Die 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.
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    Wissensbasierte Entwicklung nachhaltiger Produkte
    (Fraunhofer Verlag, 2017)
    Lindow, Kai
    Basierend auf umfangreichen Analysen wird sowohl der wissenschaftliche Forschungsbedarf als auch der industrielle Handlungsbedarf für eine neue Vorgehensweise zur Entwicklung nachhaltiger Produkte beschrieben - unter Berücksichtigung der Ebenen Prozess und Organisation, Entwicklungsaktivitäten und -methoden, Informationstechnologien und Werkzeuge sowie Informationsartefakte und -standards. Diese Ebenen sind integrativ zu betrachteten und erfordern ein ideales Zusammenspiel. Vor diesem Hintergrund wird ein neues Vorgehensmodell vorgeschlagen, das so genannte Regelkreise zur Verbesserung der Konstruktion, zur verbesserten Bewertung des Konstruktionsmodells und letztendlich zur verbesserten Entscheidungsfindung beinhaltet. Das neue Vorgehensmodell wird konzeptionell beschrieben und exemplarisch umgesetzt. Es unterstützt Produktentwicklerinnen und -entwickler gezielt darin, ihrer Verantwortung für eine nachhaltige Entwicklung nachzukommen und Produkte über den gesamten Lebensweg ressourcenschonend, umweltfreundlich und sozialverträglich zu gestalten. Zugleich macht es den Einfluss deutlich, den die Produktentwicklung auf die Nachhaltigkeit eines Produktes hat.
  • Publication
    Trockeneisstrahlen als Vorbehandlungsverfahren vor dem Galvanisieren
    (Fraunhofer Verlag, 2017)
    Baira, El Mustapha
    Galvanotechnische Verfahren werden angewendet, um metallische Überzüge mit definierten Eigenschaften auf nahezu allen technisch bedeutsamen Werkstoffen abzuscheiden. Für qualitativ hochwertige Ergebnisse des galvanischen Beschichtungsprozesses sind gut gereinigte und vorbehandelte Oberflächen erforderlich. Gegenwärtig erfordert die Vorbehandlung vor dem Galvanisieren neben diversen Spülbädern einen Beizvorgang unter Verwendung von Chrom (VI). Das Trockeneisstrahlen hat viele Vorteile gegenüber konventionellen Vorbehandlungsverfahren. Da das Strahlmittel beim Auftreffen auf die zu reinigenden Oberflächen sublimiert, muss es weder entsorgt werden noch muss das Bauteil in einem nachfolgenden Reinigungsbad aufbereitet werden. Ziel der Arbeit ist die Substitution der konventionellen Vorbehandlungsverfahren durch alternative Verfahren unter Verwendung des Trockeneisstrahlens. Die neu gewonnenen, fundierten Erkenntnisse über die funktionalen Abhängigkeiten zwischen den Vorbehandlungsverfahren, den Oberflächeneigenschaften und der Haftfestigkeit der Galvanobeschichtung schaffen die Basis für eine umweltfreundliche, auf das Substrat-Beschichtungssystem abgestimmte Vorbehandlung.