Dipl.-Ing.

Heinen, Daniel

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  • Publication
    Technological and economical assessment of alternative process chains for blisk manufacture
    ( 2015)
    Klocke, Fritz
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    Schmitt, Robert
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    Zeis, Markus
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    Heidemanns, Lukas
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    Kerkhoff, Johannes
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    Heinen, Daniel
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    Klink, Andreas
    Due to the increase of blisk (blade integrated disk) demands instead of the conventional fir-tree design in current aero-engine concepts there is a high resource-driven need for a comprehensive evaluation of different process chain alternatives for blisk manufacture. Therefore, in this paper different manufacturing chains consisting of roughing, pre-finishing and finishing/polishing are compared to each other by the example of a HPC-blisk out of Inconel 718. Beside conventional milling and electrochemical machining also alternative manufacturing technologies like wire-based laser cladding, water jet cutting and automated polishing are taken into account. Based on a technological analysis an adaptable methodology is introduced, which allows an independent economical assessment of different process chains regarding e.g. company-specific boundary conditions or different production quantities.
  • Publication
    Verschleißschutz von Werkzeugen durch eine lokale 5-achsige Laseroberflächenbehandlung
    ( 2015)
    Klocke, Fritz
    ;
    Heinen, Daniel
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    Wegener, Maximlian
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    Arntz, Kristian
    Werkzeuge für Schmiede-, Druckguss- oder Tiefziehanwendungen unterliegen während ihres Einsatzes lokal einem sehr hohen Verschleiß. Eine vorhergehende Laseroberflächenbehandlung erlaubt es, die Werkzeugrandschicht effizient und anwendungsspezifisch zu modifizieren. Die Potenziale der eingesetzten Laseroberflächenbehandlungsverfahren im Hinblick auf einen verbesserten Verschleißschutz werden in diesem Vortragsmanuskript dargestellt. Hierzu werden zunächst die Verschleißschutzverfahren aus dem Bereich der Laseroberflächenbehandlung, wie das Laserlegieren/-dispergieren und das drahtbasierte Laserauftragschweißen, vorgestellt. Es werden die Prozesscharakteristika der Verfahren sowie die daraus resultierenden Vor- und Nachteile diskutiert. Zudem werden Ergebnisse metallographischer Untersuchungen der behandelten Oberflächen vorgestellt. Ebenfalls werden Kombinationsmöglichkeiten mit bestehenden Verschleißschutzverfahren aufgezeigt, wie z.B. die Kombination von Laserlegieren und anschließendem Nitrieren für Schmiedeanwendungen. Um lokal komplexe Werkzeuggeometrien bearbeiten zu können, ist eine automatisierte 5-achsige Laseroberflächenbehandlung notwendig. Daher werden neben den Prozessgrundlagen ebenfalls Anlagensysteme, die gezielt für eine automatisierte Laserbehandlung entwickelt wurden vorgestellt. Weiterhin erfolgt eine Vorstellung des am Fraunhofer IPT entwickelten CAM-Systems zur Umsetzung der mehrachsigen Laserbehandlung. Abschließend wird anhand von Einsatztests der Werkzeuge in der Fertigung das Potenzial im Hinblick auf einen verbesserten Verschleißschutz aufgezeigt und die modifizierte Prozesskette von der Vorbearbeitung bis hin zum Einsatz der Werkzeuge in der Fertigung gezeigt.
  • Publication
    Verschleißreduktion von Tiefziehwerkzeugen durch Geometrie- und Aktivflächenoptimierung
    ( 2014)
    Bremen, M.
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    Clausen, P.
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    Esser, T.
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    Heinen, Daniel
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    Kotzian, M.
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    Leihkauf, Jörg
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    Liu, Y.
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    Malek, R.
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    Mühlbauer, H.
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    Petersen, S.
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    Schongen, Fabian
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    Spans, A.
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    Stautner, M.
    Um Karosserien leichter und effektiver zu gestalten ist der Einsatz von Leichtbauwerkstoffen, wie Aluminiumlegierungen und hochfesten Stählen, notwendig. So kann die Blechdicke reduziert und Gewicht eingespart werden. Jedoch führen höherfeste Stähle und die Adhäsionsneigung von Aluminium zu einem signifikanten Anstieg der Anforderungen an den Werkzeugwerkstoff. Um hohe Werkzeugstandzeiten und somit eine hohe Ressourceneffizienz hinsichtlich des eingesetzten Werkstoffs und der Rüstzeiten im Presswerk zu gewährleisten ist eine lokale Optimierung der hochverschleißbehafteten Oberflächen zielführend. Daher wurde im Rahmen dieses Teilprojekts zunächst ein FEM/BEM-Tool für eine zeiteffiziente und genaue Berechnung der auftretenden Belastungen der komplexen Tiefziehwerkzeuggeometrie entwickelt. Parallel zur Geometrieoptimierung des Werkzeugs wurde eine Laseroberflächenbehandlung zum erweiterten Verschleißschutz erforscht. Durch Kombination der Technologien ist eine höchstverschleißfeste Oberfläche erzielbar die zu gesteigerten Werkzeugstandzeiten als auch zu verbesserten Reproduzierbarkeiten in der Fertigung führt.
  • Publication
  • Publication
    Innovative surface technologies for optimized tooling
    ( 2013)
    Klocke, Fritz
    ;
    Andrecht, Dennis
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    Heinen, Daniel
    ;
    Arntz, Kristian
    ;
    Dambon, Olaf
    ;
    Schongen, Fabian
  • Publication
    Wear protection of pools by local geometry and material optimization
    ( 2012)
    Klocke, Fritz
    ;
    Heinen, Daniel
    ;
    Schongen, Fabian
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    Arntz, Kristian
    ;
    Bäcker, Vladimir
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    Feldhaus, Björn
  • Publication
    Scanner-based laser cladding
    ( 2012)
    Klocke, Fritz
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    Brecher, Christian
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    Wegener, Maximilian
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    Heinen, Daniel
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    Fischer, Bettina
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    Do-Khac, Dennis
    An innovative laser cladding technology based on laser scanning is presented. The variable scan width allows adjusting the dimensions of the weld seams on-line in a broad range for a flexible adaption of specific requirements concerning the part's geometry. Additionally, an enhancement of the deposition rate is achieved. Automated adaption of the laser power with regard to the processing speed allows for a constant weld seam quality in curves. Furthermore, the feasibility of replacing edges by weld seams and restoring the initial part geometry is demonstrated.
  • Publication
    Oberflächen komplexer Werkzeuge durch Laserbehandlung schützen
    ( 2012)
    Heinen, Daniel
    ;
    Arntz, Kristian
    Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen untersucht im EU-geförderten Forschungsprojekt Curare Verfahrenskombinationen zur Laseroberflächenbehandlung, die die Standzeiten von Bauteilen und Werkzeugen deutlich verlängern können. Ziel ist, das Verfahren des Laserlegierens/-dispergierens kombiniert mit einer anschließenden Nitrierbehandlung auf Schmiede- und Aluminium-Druckgusswerkzeuge anzuwenden. Eine Standzeitverlängerung von Tiefziehwerkzeugen wird im BMBF-geförderten Forschungsprojekt InnocaT3 mittels Geometrieoptimierung und anschließender Laseroberflächenbehandlung untersucht. Beim Laserlegieren wird der Werkstoff in einer oberflächennahen Randzone umgeschmolzen. Dabei wird ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff (beispielsweise WC-Co-Cr, TiC, VC) kontinuierlich in die Schmelze eingebracht, aufgelöst und nach dem Erstarren in Lösung gehalten. Beim Laserdispergieren dagegen wird der Zusatzwerkstoff während der Erstarrung feindispers ausgeschieden. Die Zufuhr des Pulverpartikel erfolgt sowohl beim Laserlegieren als auch beim -dispergieren über einen Gasstrom, der gleichzeitig als Schutzgas des Prozesses dient. Ein weiteres Verfahren zum Verschleißschutz ist das Laserauftragschweißen.
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