Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Einsatzverhalten keramisch gebundener Gleitschleifkörper
    (Fraunhofer Verlag, 2021)
    Eulitz, Alexander
    Zu den kritischen Erfolgsfaktoren beim Gleitschleifen zählt insbesondere die Wahl eines geeigneten Schleifkörpers sowie passender Parameterwerte im Rahmen der Prozessauslegung. Obwohl die Anfänge der Gleitschleifbearbeitung vermutlich bis in das Altertum zurückreichen, basiert die Prozessauslegung nach wie vor vordergründig auf Erfahrungswissen der Anwender. Um eine wissensbasierte Prozessauslegung zu ermöglichen, werden in dieser Arbeit grundlegende Erkenntnisse zum Einsatzverhalten keramisch gebundener Gleitschleifkörper unterschiedlicher Form und Größe beschrieben. Weiterhin werden die Voraussetzungen für eine Übertragbarkeit auf industrielle Anwendungsfälle geschaffen.
  • Publication
    VIB-SHP - Virtuelle Inbetriebnahme für Industrie 4.0 zukunftssicher beherrschen
    (Fraunhofer Verlag, 2018)
    Stark, Rainer
    ;
    Müller, Patrick
    ;
    Grosser, Hendrik
    Die digitale Transformation ist eines der aktuell bestimmenden Themen der Industrie. Mit Industrie 4.0 wurde zunächst ein Förder- und Innovationsschwerpunkt eröffnet, der als Wegbereiter der digitalen Transformation in Deutschland und darüber hinaus seine Wirksamkeit entfaltete. Das Leitbild der Industrie 4.0 adressiert dabei eine Prozess- und Technologiefähigkeit, die stark von der Anwendung von Informations- und Kommunikationstechnologien sowie Software an sich im Umfeld der Produktion abhängt. Sie ist Ausdruck der Tatsache, dass der Anteil der digitalen Wertschöpfung in der Produktentwicklung, Herstellung und im Dienstleistungsprozess signifikant groß ist und weiterhin ansteigt. Wesentliche Innovationen sind dem Gebiet der digitalen Wertschöpfung zuzuordnen: Serviceorientierte Geschäftsmodelle und datengetriebene Leistungsangebote verzahnen mit cyberphysischen Systemen zu Smarten Produkten, die im Kern auf kommunikationsfähiger Mechatronik beruhen. Auch im Anlagenbau ist die digitale Transformation stark zu spüren wie Studien des VDMA zur Digitalisierung der Branche und dem Wandel der Berufsbilder und Kompetenzen zeigen.
  • Publication
    Werkzeug- und prozessseitige Grundlagen des Schienenschleifens unter Berücksichtigung der Schienentemperatur und der Wechselwirkung mit dem Einsatzverhalten der Schiene
    (Fraunhofer Verlag, 2018)
    Lypovka, Pavlo
    Trotz der großen wirtschaftlichen Bedeutung des Schienenschleifens ist dieses Reparaturverfahren aus der Sicht der Fertigungstechnik kaum wissenschaftlich erforscht. Das Ziel der Arbeit ist es, ein Grundverständnis des Wirkzusammenhanges relevanter Einflussgrößen und Bearbeitungsergebnissen zu gewinnen und daraus die Empfehlungen zur Prozessgestaltung hinsichtlich des wirtschaftlich sinnvollen Schienenbetriebes nach der Schleifbearbeitung abzuleiten.
  • Publication
    Einsatzverhalten und Leistungsbedarfe unterschiedlicher Kühlungsmethoden beim Außen-Längs-Runddrehen
    (Fraunhofer Verlag, 2018)
    Fürstmann, Paul
    Die Drehbearbeitung hochwarmfester Legierungen stellt produzierende Unternehmen vor wirtschaftliche Herausforderungen. Insbesondere die physikalischen Grenzen verfügbarer Schneidstoff-Beschichtungssysteme limitieren die Schnittparameter und damit potenzielle Produktivitätssteigerungen. Eine wichtige Einflussgröße, welche den Prozesswirkungsgrad und die Produktivität beeinflusst, ist die Wahl einer geeigneten Werkzeugkühlung. Zum besseren Verständnis und mit dem Ziel die Produktivität trotz vorhandener Grenzen zu steigern, wird die Ursache-Wirkungskette des Werkzeugverschleißes bei der Trockenbearbeitung, der Trockenbearbeitung mit einem geschlossen-innengekühlten Drehwerkzeug mit Flüssigstickstoffkühlung und der Überflutungskühlung mit Kühlschmierstoff beim Außen-Längs-Runddrehen von TiAl6V4 analysiert. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Modellierung der energetischen und wirtschaftlichen Effektivität und Ermittlung der jeweils günstigsten Prozessparameter. Aus den gewonnenen Erkenntnissen lassen sich zukünftige Entwicklungspotenziale ableiten, um die Fertigung hochwarmfester Werkstoffe energetisch effizienter und ökonomischer durchzuführen.
  • Publication
    Umweltbewertung und Ökoeffizienz beim Metall-Schutzgasschweißen von Dickblechverbindungen
    (Fraunhofer Verlag, 2017)
    Sproesser, Gunther
    Der globale Wettbewerb fordert von schweißtechnischen Fertigungsverfahren und Verfahrensentwicklungen eine starke Konzentration auf die Leistungsfähigkeit und die Wirtschaftlichkeit. Beim Metall-Schutzgasschweißen (MSG-Schweißen) kommen deshalb zunehmend MSG-Hochleistungsverfahren zum Einsatz. Parallel zu dem wirtschaftlichen Druck steigt das Bewusstsein für die planetarischen Grenzen der Erde und rückt Themen wie den Klimawandel in den Fokus der Öffentlichkeit. Ziel der vorliegenden Arbeit ist ein Beitrag zur Lösung der Umweltprobleme, welche auf das MSG-Schweißen zurückgeführt werden können. Um die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen zu berücksichtigen werden sowohl Prozesse im konventionellen als auch im Hochleistungsbereich betrachtet. Zunächst wird der Energiebedarf in Abhängigkeit von Verfahrensvariante, Lichtbogenart und Leistungsbereich charakterisiert. Mit Hilfe von Ökobilanzen erfolgt eine detaillierte Analyse der Umweltwirkungen in den Kategorien Klimawandel, Versauerung, Eutrophierung, Photooxidantien und stratosphärischer Ozonabbau. Anschließend werden die Verbesserungsstrategien "Energieeffizienz" und "Fugenvorbereitung" in einer Ökoeffizienzbetrachtung bewertet.
  • 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
    Herstellung und Einsatz von Wendeltiefbohrern zur Hartbearbeitung
    (Fraunhofer Verlag, 2016)
    Richarz, Sebastian
    Eine Innovation im Bereich der Tiefbohrbearbeitung ist vor einigen Jahren durch die Bereitstellung von Hochleistungswerkzeugen zum Wendeltiefbohren gelungen. Der Einsatz dieser Werkzeuge in Bearbeitungszentren ermöglicht im Vergleich zu konventionellen Tiefbohrwerkzeugen und im Vergleich zu alternativen Tiefbohrverfahren signifikante Produktivitätssteigerungen bei erhöhter Flexibilität. Inhalt der Arbeit ist die systematische Untersuchung der Herstellung und des Einsatzverhaltens von Wendeltiefbohrern mit dem Ziel einer prozess- und qualitätssicheren, wirtschaftlichen Bearbeitung von gehärteten Werkstoffen. Besonderes Augenmerk der Untersuchungen lag auf der Beurteilung des Einflusses fertigungsbedingter Toleranzen entlang der Herstellungskette der geometrisch komplexen innengekühlten Wendeltiefbohrwerkzeuge. Unter Einsatz geeigneter Werkzeuggeometrien mit hoher Symmetrie, verschleißbeständigen Hartstoffbeschichtungen und einer exakt abgestimmten Prozessführung einschließlich geeigneter Spannmittel und Kühlschmierstrategie lassen sich Wendeltiefbohrer zur Hartbearbeitung hochproduktiv und prozesssicher einsetzten, wobei hohe Bohrungsqualitäten erzeugt werden können. Treten dynamische Biegebelastungen aufgrund von Asymmetrien in den Vordergrund, so verringern sich Bohrungsqualität und Standmenge signifikant und es kommt, gerade im Bereich der Hartbearbeitung, zu geringen Prozesssicherheiten mit häufigem Totalversagen durch Werkzeugbruch.
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    Modellbasierte Prozessoptimierung für das Mikrofräsen
    (Fraunhofer Verlag, 2016)
    Mahr, Frederik Felix
    Aufgrund der Prozessdynamik beim Mikrofräsen kommt es zu Verlagerungen und Verformungen des rotierenden Fräswerkzeugs bis hin zum regenerativen Rattern. Dies hat Genauigkeitsverluste am zu fertigenden Bauteil und Einschränkungen der Prozesssicherheit zur Folge. Ziel dieser Arbeit ist es, ein parametrierbares Simulationsmodell für den Mikrofräsprozess zu entwickeln und für Prozessoptimierungen anzuwenden. Es werden Teilmodelle im Zeitbereich zur Berechnung der Zerspankräfte und den damit wechselwirkenden Verlagerungen der schwingungsfähigen nicht rotierenden und rotierenden Strukturkompenenten entwickelt und zu einem Gesamtmodell gekoppelt. Neben der Simulation zahlreicher Prozessgrößen sowie Stabilitätsprognosen werden zügige und mit geringem experimentellem Aufwand verbundene Ermittlungen von Prozessparametern für optimierte Mikrofräsprozesse ermöglicht. Es erfolgen modellbasierte Prozessoptimierungen zur Steigerung des Zeitspanungsvolumens und zur Erhöhung der erreichbaren Genauigkeit. Durch die Verwendung verschiedener Fräswerkzeuge und Werkstückwerkstoffe an zwei Werkzeugmaschinen unterschiedlicher Bauart, wird die Übertragbarkeit des Simulationsmodells nachgewiesen.
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    Keramische Schaftfräswerkzeuge für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Nickelbasis-Legierungen
    (Fraunhofer Verlag, 2015)
    Wacinski, Manuel
    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 Ansatzpunkte für weiterführende wissenschaftliche Arbeit.