Options
Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK
Now showing
1 - 10 of 437
-
PublicationTechnologieaudit zur Bewertung von Forschungs- und TechnologieorganisationenForschungs- und Technologieorganisationen (RTOs) bilden die Brücke zwischen Grundlagenforschung und Industrie und sind somit zentrale Akteure nationaler Innovationssysteme. Um in einem dynamischen Forschungs- und Geschäftsumfeld konkurrenzfähig und langfristig erfolgreich sein zu können, müssen RTOs innovative technologische Lösungen anbieten. Diese Innovationen können sie nur generieren, wenn sie präzise Kenntnis über die eigenen technologischen Stärken und Schwächen erlangen. Das Technologieaudit bildet eine Methode, die es erlaubt, die technologische Reife von Forschungs- und Technologieorganisationen systematisch zu analysieren und zu bewerten, Verbesserungspotenziale zu identifizieren und Optimierungsprozesse anzustoßen. Die Arbeit nimmt eine umfassende Untersuchung vor, um mithilfe des Methoden-Engineerings diese passgenaue, standardisierte und umsetzungsorientierte Methode zur technologischen Auditierung von RTOs zu entwerfen und in der praktischen Anwendung zu prüfen.
-
PublicationEntwicklung und Analyse thermoelektrischer Temperiersysteme für WerkzeugmaschinenBei der spanenden Bearbeitung wird ein hoher Anteil der geometrischen Bauteilfehler durch thermisch bedingte Tool-Center-Point (TCP)-Verlagerungen der eingesetzten Werkzeugmaschinen (WZM) verursacht. Die Zielstellung dieser Arbeit besteht in einer Steigerung der thermischen Stabilität von WZM-Komponenten sowie in einer Reduktion von thermisch bedingten TCP-Verlagerungen durch bedarfsorientierte Temperierung. Als Lösungsansatz wird die Nutzung der Thermoelektrik in WZM fokussiert. Das entwickelte Adaptive Kühlsystem mit thermoelektrischen Generatoren vereint den Ansatz eines volumenstromgeregelten Kühlsystems mit der Nutzung systeminhärenter Energie durch Rekuperation thermischer Verluste. Das entwickelte Geregelte Temperiersystem mit Peltierelementen besitzt die Fähigkeit, durch eine Regelung des elektrischen Peltier-Stroms die Wärmeabfuhr und damit den thermischen Gesamtwiderstand des Kühlsystems lastabhängig anzupassen. Das System ermöglicht die Realisierung eines Kühl- und Heizbetriebs. Die Ergebnisse zeigen, dass die Nutzung der Thermoelektrik zur Verbesserung des thermoelastischen Verhaltens von WZM einen vielversprechenden Lösungsansatz darstellt.
-
PublicationDeformationsverhalten des elastischen Werkzeugsystems beim BandschleifenDas Bandschleifen besitzt aufgrund seiner großen Anpassungsfähigkeit an verschiedene Werkstückformen und -gestalten ein sehr breites Anwendungsspektrum. Allerdings sorgen, trotz der weiten industriellen Verbreitung und Anwendung, fehlende wissenschaftliche Erkenntnisse über die nicht-linearen Prozesszusammenhänge infolge elastischer Werkzeugsystemdeformationen während des Schleifprozesses dafür, dass industrielles Potential ungenutzt bleibt. Die Prozessauslegung orientiert sich dabei an empirischen Zusammenhängen und erfolgt in der Regel erfahrungsbasiert. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zum weiterführenden Verständnis und zur grundsätzlichen modellbasierten Auslegung von Bandschleifprozessen, wodurch zukünftig vor allem die effiziente und ressourcenschonende Ausnutzung des Schleifbands gewährleistet werden kann. Ferner erlaubt der modulare Grey-Box-Ansatz die Erweiterung des bestehenden Prozessmodells durch empirische Erkenntnisse zu anderen Werkstoffen und Werkzeugsystemen nach dem in dieser Arbeit vorgestellten Vorgehen.
-
PublicationProzesskettenentwicklung für die Replikation und die Qualifizierung komplexer Mikrobauteile mit mikrooptischen FunktionsstrukturenMikrooptiken sind für industrielle Anwendungen im Bereich der Lasertechnik, des Quantencomputings sowie der biomedizinischen Technik von besonderem Interesse. Die Integration von Mikrolinsensystemen in komplexe Kunststoffbauteile ist aktuell jedoch noch eine große Herausforderung. Die Erfüllung der Anforderungen an die Maßhaltigkeit des Kunststoffbauteils und die funktionsgerechte Abformung der mikrooptischen Funktionsstrukturen kann aktuell nicht prozesssicher erfolgen. In dieser Arbeit wird zunächst eine Messempfehlung zur Qualifizierung von Mikrooptiken entwickelt. Deren Anwendung ermöglicht die Beurteilung der Fertigungsqualität sowie die Ableitung einer Funktionshypothese. Aus der experimentellen Analyse des Spritzgussprozesses zur Fertigung von Mikrooptiken werden anschließend Aussagen zur Wirkung relevanter Prozessstellgrößen auf die Replikationsqualität abgeleitet. Durch die Erweiterung der Analysen mit den Verfahren der röntgenbasierten particle-image-velocimetry (PIV) und der in-situ-Spannungsoptik wird schließlich ein Replikationsprozess definiert, der die prozesssichere Fertigung eines komplexen Kunststoffbauteils mit mikrooptischen Funktionsstrukturen ermöglicht.
-
PublicationAutomatisierte Optimierung der Energieeffizienz verschalteter Anlagen durch steuernden Eingriff(Fraunhofer Verlag, 2023)Thiele, GregorIndustrielle Kälteanlagen bestehen aus verschiedenen Komponenten wie Kühltürmen, Kältemaschinen und Wasserkreisläufen. Über Leitsysteme lassen sich Variablen wie Drücke und Temperaturen einstellen. Die Komponenten einzeln energieeffizient zu fahren, führt nicht zum optimalen Betrieb der gesamten Anlage. Die zunehmende Vernetzung von Maschinen und Anlagen ermöglicht eine übergeordnete Orchestrierung der Teilsysteme, die neue Optimierungsaufgaben mit sich bringt. Mit OptTopo stellt dieses Buch einen Algorithmus vor, der auf Basis verschiedenartiger Modelle der Komponenten die effizientesten Werte für das Gesamtsystem berechnet. Die Berücksichtigung der Topologie verschalteter Systeme birgt Potenziale, das Optimierungsproblem zu reduzieren. Die Untersuchung weist die Machbarkeit des Ansatzes nach und zeigt auf, dass im Gegensatz zu konventionellen Ansätzen nach einmaliger Initialisierung beliebig viele Anforderungen ohne erneute Berechnung bedient werden können.
-
PublicationAlgorithmische Konzeption von hochautomatisierten Fließmontagesystemen am Beispiel des automobilen Karosseriebaus(Fraunhofer Verlag, 2023)
-
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.
-
PublicationLaser Surface Texturing of Ti6Al4V Alloy for the Reduction of Peri-implantitis(Fraunhofer Verlag, 2023)Souza Schweitzer, Luiz Guilherme DeWithin the scope of the present work, a novel laser texturing processing to optimize the surface characteristics of dental titanium implants is developed. The treatment with ultrashort pulsed laser for the surface texturing shows promising results to prevent implant-associated infections on dental implants. On the one hand, this is achieved by reducing the biofilm formation of the pioneer bacteria Streptococcus. The reduction of biofilm formation on the surface avoids the proliferation of pathogen bacteria responsible for the peri-implantitis disease. On the other hand, the host tissue integration is achieved through the adhesion of human MSCs, allowing the maintenance of biocompatibility. The investigation of both aspects within the same framework conditions comprises a method to assess the technology developed to prevent the occurrence of peri-implantitis cases without compromising the biocompatibility of the implant.
-
PublicationMethode zur Quantifizierung von Einsatzgrenzen einer zentralen und dezentralen Struktur für die FertigungssteuerungIn der Massenfertigung werden flexible Organisationsformen und dezentrale Steuerungsstrukturen als Lösungsansätze für volatile Märkte seit mehr als einem Jahrzehnt diskutiert. Über die Einsatzgrenzen in einem Fertigungssystem kann jedoch ohne einen Leistungsvergleich keine Aussage getroffen werden. Die Untersuchung einer Vielzahl von Algorithmen ist zeit- und ressourcenaufwändig. Um eine praxistaugliche Schätzung der Einsatzgrenzen zu ermöglichen, wird eine Angleichung der Auswahllogik bei der Entscheidungsfindung vorgenommen, sodass diese anhand der Eigenschaften proaktives Rüsten und Aktualität der Entscheidungsgrundlage bestimmt werden können. Ein Simulationsmodell wurde entwickelt und Simulationsstudien durchgeführt. Für die Berechnung einer Kennzahl und den Vergleich von Simulationsalternativen wurde ein existierendes Verfahren automatisiert. Die Sieger aus den Vergleichen werden in Entscheidungshilfen operationalisiert. Das entwickelte Verfahren ermöglicht eine performantere Simulation und die Bestimmung minimal möglicher Einsatzgrenzen der Werkstattfertigung.
-
PublicationKompensationsstrategien zur Verbesserung des thermischen Verhaltens von IndustrieroboternDie thermische Beeinflussung der Roboterstruktur durch die Erwärmung der Antriebe hat einen wesentlichen Effekt auf die Genauigkeit des Roboters. Daraus resultierende Vorformungen führen zu einer Drift am Tool Center Point, woraus eine Abweichung von der Soll-Position resultiert. Diese Abweichungen sind in den meisten Anwendungsfällen für die spanende Fertigung nicht tragbar, weshalb das Robotersystem im erwärmten Zustand zyklisch und unter Nutzung kostenintensiver Laser Tracker Systeme aufwändig nachkalibriert werden muss. In der vorliegenden Arbeit werden Kompensationsstrategien zur Verbesserung des thermischen Verhaltens von Industrierobotern entwickelt, die möglichst ohne kostenintensive externe Systeme und ohne Stillstandzeiten für die Korrektur auskommen. Zum einen wird eine Lösung umgesetzt, die das gesamte Robotersystem auf einem permanenten, ausgeglichenen Temperaturniveau – also im Beharrungszustand – hält. Zum anderen wird eine indirekte Kompensation der thermischen Drift beschrieben, die auf Simulationsdaten des thermischen Verhaltes des Robotersystems zurückgreift. Mit den Systemen kann die Genauigkeit von Robotersystemen weiter gesteigert und diese für den industriellen Einsatz ertüchtigt werden.