TITELTHEMEN: FERTIGUNGSMESSTECHNIK – QUALITÄTSMANAGEMENT – MIKROTECHNIK – PRÄZISIONSBEARBEITUNG – SCHLEIFEN – WERKZEUG-/FORMENBAU 17.12.2021, 11:59 Uhr

Inhalte der Online-Ausgabe 11/12-2021

Daten, Modelle, Entscheidungen – Basis für eine nachhaltige & resiliente Produktion

R. H. Schmitt – RWTH Aachen University (Editorial)

Die aktuellen Herausforderungen in der Produktionstechnik sind vielfältig: In der Pandemie ist die Bedeutung der Resilienz für die Gesellschaft, die Volkswirtschaft sowie einzelne Unternehmen sehr deutlich geworden. Auf der anderen Seite ist die Notwendigkeit der Nachhaltigkeit unumstritten und fordert auch die Verantwortung der produzierenden Unternehmen ein – mit neuen, multidimensionalen Zielen. Die Begegnung dieser Herausforderungen kann gelingen, indem wir die Digitalisierung zur Umsetzung datengetriebener Systeme und Entscheidungen nutzen.   S. 775

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Rückführung von Messergebnissen in den Konstruktionsprozess*

K. Ballach, R. Christoph; R. H. Schmitt – Werth Messtechnik GmbH, Gießen; RWTH Aachen University

Die Geometrie von Kunststoffspritzgußwerkstücken wird durch Abkühlung der Schmelze bei der Fertigung beeinflusst. Die hieraus resultierende Geometrieabweichung wird mittels Simulation abgeschätzt und bei der Konstruktion berücksichtigt. Trotz der ein­gesetzten Verfahren sind Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Geometrie häufig zu groß. Durch Rückführung von Messergebnissen in den Konstruktionsprozess werden systematische Abweichungen reduziert. Aufwendige manuelle Verfahren können so entfallen. S. 776

View-Planning im Remanufacturing*

J.-P. Kaiser, M. Bolender, N. Eschner, G. Lanza – wbk Institut für Produktionstechnik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Eine Automatisierung der Inspektion im Remanufacturing bietet die Möglichkeit, Kostenpotenziale zu erschließen. Dies lässt sich mittels robotergeführter optischer Messsysteme erreichen. In diesem Beitrag werden bestehende Ansätze vorgestellt und Herausforderungen für View-Planning-Ansätze diskutiert, welche sich aus den Besonderheiten des Remanufacturing heraus ergeben. Gleichzeitig werden Lösungsansätze für diese Problemstellungen an einem beispielhaften Anwendungsfall aufgezeigt. S. 781

Temperaturverteilung beim Wälzschälen*

F. Sauer, M. Gerstenmeyer, V. Schulze – wbk, KIT, Karlsruhe

Innenverzahnungen, die aufgrund der Elektromobilität zunehmend im Fokus stehen, lassen sich mithilfe des Wälzschälens produktiv herstellen. Um diese Produktivität weiter zu steigern, müssen die wirkenden Verschleißmechanismen untersucht und verstanden werden. Der Beitrag behandelt die experimentelle Temperaturuntersuchung des Wälzschälens mit anschließender Modellierung der Wärmeverteilung, welche als erster Schritt zum Mechanismenverständnis angesehen werden kann. S. 786

Präzise Mikrostrukturen produktiv fertigen*

B. Denkena, B. Bergmann, J.-P. Schmidtmann, P. Schreiber – Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen IFW, Universität Hannover; Exzellenzcluster PhoenixD

Präzise Mikrostrukturen gewinnen in Bereichen wie der Optik und Mikrofluidik zunehmend an Bedeutung. Damit rückt auch deren produktive Herstellung in den Vordergrund. Magnet­führungen erlauben hohe Schnittgeschwindigkeiten und haben die Fähigkeit zur dynamischen Feinpositionierung. Im Exzellenzcluster „PhoenixD“ und der Forschungsgruppe „Ultra-­Precision High Performance Cutting“ wird erforscht, wie Magnetführungen zur produktiven Herstellung von Mikro­strukturen durch Hobeln eingesetzt werden können. S. 792

Algorithmen-basierte Freiformflächenstrukturierung*

A. L. Meijer, T. Merhofe, T. Platt, D. Biermann – Institut für Spanende Fertigung ISF, Technische Universität Dortmund

In diesem Beitrag wird ein neuer Ansatz zum Erstellen von Maschinenprogrammen zur mikrofrästechnischen Oberflächen­strukturierung vorgestellt und die Anwendung der Prozesskette für ein komplexes, industrielles Verzahnungswerkzeug beschrieben. Durch die Reduzierung des Berechnungsaufwandes in der CAD/CAM (Computer-aided Design & Manufacturing)-Umgebung können die Limitierungen konventioneller Softwarelösungen umgangen und Bearbeitungs­programme für komplexe Strukturierungsaufgaben effizient erstellt werden. S. 797

Detektion von Schneidkantenversatz und Rautiefe*

D. Hasselder, E. Uhlmann – Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb IWF, Technische Universität Berlin

Bei Drehbearbeitung auftretender Verschleiß am Werkzeug ist seit Jahrzehnten Gegenstand der Forschung, denn er beeinflusst die Oberflächengüte und den resultierenden Durch­messer des Werkstücks. Durch die gezielte Platzierung eines Triangulationssensors lassen sich Einflüsse dieser Art detektieren. In Zerspanungsuntersuchungen bei der Bearbeitung des austenitischen Stahls 1.4301 ohne Kühlmedium konnte gezeigt werden, dass der verschleißbedingte Durchmesserfehler und die hergestellte Oberflächentopografie prozesssicher messbar sind.   S. 803

3D-Druck für die Mobilität von morgen*

M. Baranowski, N. Matkovic, M. Friedmann, J. Fleischer – wbk, KIT, Karlsruhe

Additive Verfahren besitzen das Potenzial den durch die Globalisierung und Digitalisierung getriebenen Trend hin zur Individualisierung und kürzeren Produktlebenszyklen wirtschaftlich zu adressieren. Insbesondere im Bereich der Mobilität ergeben sich hierbei aufgrund der hohen Volatilität besondere Herausforderungen. Um diese zu bewältigen, wird hier ein hochflexibles Anlagenkonzept zur additiv-subtraktiven Fertigung hochfunktionaler Kunststoffbauteile mit Inline-Prozessregelung vorgestellt.   S. 807

Tiefziehen mit additiv gefertigten Werkzeugen*

G. Schuh, G. Bergweiler, F. Fiedler, N. Lackner, B. Löffler – Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen

Additiv gefertigte Tiefziehwerkzeuge versprechen aufgrund kürzerer Fertigungszeiten und geringerer Kosten erhebliche Vorteile bei der Produktion von Prototypen und Kleinserien. Am Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen Uni­versity wird erstmals ein additiv gefertigtes Kunststoffwerkzeug für das Tiefziehen eingesetzt. Durch das Verknüpfen dieser Technologie mit flexiblen Fertigungs­verfahren lassen sich vollfunktionsfähige Tiefziehbauteile auch bei kleinen Stückzahlen wirtschaftlich herstellen. S. 812

Nachbearbeitung additiv gefertigter Fräswerkzeuge*

T. Kelliger, C. Zachert, D. Schraknepper, T. Bergs – WZL der RWTH Aachen; Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik IPT, Aachen

Durch additive Fertigung können Zerspanwerkzeuge beanspruchungsgerecht und individuell designt und gefertigt werden. Um das volle ökonomische und ökologische Potenzial dieser Werkzeuge auszuschöpfen, ist eine übergreifende Prozesskettenbetrachtung von der Konstruktion über die Fertigung bis zur spanenden Nachbearbeitung nötig. Dabei müssen übergreifende Lösungen und Gestaltungsrichtlinien entwickelt werden. S. 818

Kryogenes Fräsen additiv gefertigter Bauteile*

K. Gutzeit, S. Greco, B. Kirsch, J. C. Aurich – Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation (FBK), Kaiserslautern

Die erreichbare Oberflächenqualität additiv gefertigter Bauteile ist für industrielle Anwendungen häufig unzureichend. Daher ist eine in der Regel spanende Nachbearbeitung der Bauteile unumgänglich. In diesem Beitrag wird die spanende Nachbearbeitung durch eine kryogene Kühlung ergänzt. Hierdurch wird die thermische Belastung in der Werkstückrandschicht reduziert, um so eine Kaltverfestigung zu begünstigen. Es konnte eine verbesserte Oberflächenqualität sowie eine Randschichthärtung realisiert werden. S. 824

Gradierte Schleifscheiben beim Nutentiefschliff*

B. Denkena, A. Krödel, D. Raffalt – IFW, Universität Hannover

Die Nutbearbeitung von Vollhartmetallfräsern ist durch variierende Eingriffsbedingungen gekennzeichnet. Daraus resultiert ein ungleichmäßiger Verschleiß der Schleifwerkzeuge. Dies bewirkt eine Reduktion der Formgenauigkeit und eine Standzeitsenkung. Durch eine simulationsgestützte, belastungsan­gepasste Auslegung eines Gradienten an die Schleifaufgabe kann das Einsatzverhalten deutlich optimiert werden. Für die gradierten Schleifscheiben wird ein gleichmäßigeres Verschleißverhalten und eine geringe Schneidkantenschartigkeit nachgewiesen. S. 829

Standzeitoptimierung von Kreissägewerkzeugen*

M. Kolb, T. Mayer, N. Rasenberger – Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart

Dieser Beitrag beschreibt, wie sich die Standzeit von Kreis­sägeblättern durch Schneidkantenpräparation gezielt beeinflussen lässt. Hierfür wurden zunächst einzelne Segmente aus einem Sägeblatt heraus­getrennt und Einzahnproben mit variierenden Schneidenmikro­geometrien mittels Bürstspanen präpariert. Anschließend wurde das Einsatz- und Verschleiß­verhalten der zuvor hergestellten Proben in einem Kreissäge-Modellversuch untersucht. S. 833

Werkzeugeintritt beim Rührreibschweißen*

S. Stribick, E. Dieringer; P. Huber – Institut für industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF, Universität Stuttgart; Fraunhofer IPA, Stuttgart

Faserverbundkunststoffe besitzen ein hohes industrielles Interesse. Die bisher industrieüblichen Fügeverfahren besitzen jedoch noch große prozessspezifische Nachteile für diese Werkstoffklasse, sodass das volle Potenzial des Werkstoffes durch Beschädigen der Fasern nicht ausgeschöpft werden kann. Rührreibschweißen kann dieses Potenzial nutzen. Im Rahmen dieses Beitrags werden Grundlagenuntersuchungen der Eintrittsphase näher betrachtet. Diese dienen als Basis für weiterführende Schweißversuche. S. 840

FKV-Bohrrohre mit strukturintegrierter Sensorik*

S. Michel, D. Biermann; M. Kurkowski, A. Spickenheuer, M. Stommel; J. Summa, H.-G. Herrmann – ISF, TU Dortmund; Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V.; Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP, Saarbrücken

Bei BTA-Tiefbohrprozessen kommt es aufgrund der großen Werkzeuglängen häufig zu Torsionsschwingungen des Werkzeugsystems aus Bohrkopf und Bohrrohr. Im Vergleich zu konventionellen Stahl-Bohrrohren reduzieren Bohrrohre aus faserverstärktem Kunststoff diese Schwingungen durch ihr materialspezifisches Dämpfungs­potenzial und erhöhen damit die Prozesssicherheit und verringern den Werkzeugverschleiß. Die Einbindung von Sensorfasern direkt in das Laminat erlaubt zudem eine Prozessüberwachung. S. 846

Hochdynamisches Festwalzwerkzeug*

B. Denkena, B. Breidenstein, A. Krödel, V. Prasanthan; O. Maiß – IFW; Garbsen; Ecoroll AG Werkzeugtechnik, Celle

Das Festwalzen ist ein etabliertes Verfahren, um gezielt Druckeigenspannungen in der Bauteilrandzone einzustellen. Aktuell existieren keine Werkzeuge, die lokal hochaufgelöst unterschiedliche Eigen­spannungen erzeugen. Mit der Entwicklung eines hochdynamischen Festwalzwerkzeugs lassen sich lokal unterschiedliche Eigenspannungs­zustände belastungsangepasst einstellen. Die hierfür notwendigen Anforderungen werden mittels Analogieuntersuchungen identifiziert. Darauf basierend wird ein Konzept für das Werkzeug erstellt und konstruktiv umgesetzt. S. 851

Distributed Ledgers für den Materialdatenaustausch*

M. Lechner, P. Frey, M. Kreß, M. Merklein; T. Christ, C. Charlet – Lehrstuhl für Fertigungstechnologie LFT, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg; d fine GmbH, Frankfurt

Moderne industrielle Fertigungsprozesse müssen stetig wachsende Anforderungen an Material- und Ressourceneffizienz, Qualität und Variantenvielfalt erfüllen. Die unternehmensübergreifende Zusammenführung integritätsgesicherter Daten ist hierbei Voraussetzung für die retrospektive Identifikation von Qualitätsproblemen, die Dokumentation der Einhaltung von Standards und die Allokation von Ressourcenverbräuchen entlang der Wertschöpfungskette. In diesem Beitrag wird am Beispiel eines Materialcharakterisierungsverfahrens für den hybriden Leichtbau diskutiert, wie mit der Blockchain-Technologie ein manipulationssicheres Speicherkonzept umgesetzt werden kann.   S. 857

OCT-Einschweißtiefenüber­wachung bei Unterdruck*

T. Mattulat, R. Pordzik, P. Woizeschke – BIAS Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH

Die optische Kohärenztomographie (OCT) erlaubt die zerstörungsfreie In-situ-Überwachung der Einschweißtiefe beim Laserstrahlschweißen. Für dieses Verfahren wird hier der Einfluss von verringerten Umgebungsdrücken auf die Messqualität untersucht. Es wird gezeigt, dass sich bei niedrigerem Umgebungsdruck deutlich größere Signalanteile aus dem Bereich des Bodens der Dampfkapillare zurückerhalten lassen. Auf diese Weise steigen die effektive Mess­frequenz und die Erkennbarkeit von Änderungen der Einschweißtiefe. S. 863

Laserschweißen im Mikro-Reaktor-/Reformer-Bau

T. Klotzbücher, T. Braune, I. Spitzer, C. Hofmann – Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM, Mainz

Das Laserschweißen ist eine seit Jahren etablierte Technologie in der Aufbau- und Verbindungstechnik, getrieben unter anderem auch durch die breite Verfügbarkeit moderner Laserstrahlquellen, die mittlerweile in vielen industriellen Anwendungen, wie zum Beispiel beim Schweißen von Tailored Blanks in der Automobilindustrie, zum Standard geworden ist. Die Vorteile der Technologie liegen auf der Hand, formtreue Verbindungen und geringe Wärmebelastung der Bauteile durch lokalen Energieeintrag, hohe Festigkeit durch Stoffschluss sowie gute Automatisierbarkeit durch berührungslosen Energieeintrag. Ins­besondere die gute Fokussierbarkeit der Laserstrahlung und der damit verbundenen, hohen Ortsauflösung des Energie­eintrages in das Bauteil, machen das Laserschweißen auch für mikrotechnische Anwendungen sehr interessant. S. 869

Ermittlung der Bohrzeiten beim Laserbohren von Saugflächen

A. Stephen, D. Tyralla, T. Radel, F. Vollertsen – BIAS, Bremen

Hybrid Laminar Flow Control (HLFC) ist eine Schlüsseltechnologie, durch die der Luftwiderstand bei Flugzeugen durch Perforation der Vorderkanten von Leitwerken und Tragflächen reduziert werden kann. Für eine qualitativ hochwertige Perforation von Blechen mittels Laser ist die Bohrzeit ein entscheidender Einflussfaktor. Durch eine Auswertung des Prozessleuchtens beim Laserstrahlbohren kann die für den Anwendungsfall geeignete Bohrzeit ermittelt werden. S. 872

Systematisierung der Materialbereitstellung*

D. Ranke, P. Foith-Förster, T. Bauernhansl – Fraunhofer IPA, Stuttgart

Die Praxis der Materialbereitstellung ist eine herausfordernde Aufgabe. Dabei soll das Materialbereitstellungssystem effizient und transparent sein. Zur methodischen Planung ist eine Systematisierung von Materialbereitstellungsstrategien nötig, um diese zu beschreiben und neue Strategien herzuleiten. Dieser Beitrag erweitert die bekannte Systematisierung von Bullinger und Lung und zeigt die Möglichkeit zur Entwicklung neuer Strategien auf. Ein Anwendungsfall ist die Matrixproduktion. S. 875

Einsatz von BIM in der Fabrikplanung*

L. Rieke, L. Hingst, J. Hook, P. Nyhuis; S. F. Schäfer – Institut für Fabrikanlagen und Logistik IFA, Leibniz Universität Hannover; Ingenics AG, Wolfsburg

Die synergetische Fabrikplanung dient der Intensivierung der Zusammenarbeit in Fabrikplanungsprojekten. Eine Weiter­entwicklung dieses Vorgehens zur Beherrschung wachsender Datenmengen existiert jedoch bislang nicht. Jenseits der Fabrikplanung hat sich für diese Herausforderung das Building Information Modeling (BIM) etabliert. In diesem Beitrag wird BIM der synergetischen Fabrikplanung gegenübergestellt, um Anforderungen und Potenziale bei der Integration in die Fabrikplanung abzuleiten. S. 881

Virtuelle Klimatisierung*

D. Emonts, M. P. Sanders, P. Dahlem , M. Bodenbenner, B. Montavon, R. H. Schmitt – WZL der RWTH Aachen; Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen

Das Ziel der Klimaneutralität erfordert große Veränderungen in der Wirtschaft. Produzierende Unternehmen versuchen diesen Wandel mitzugestalten, ohne dabei ihr Kerngeschäft aufzu­geben. Ein attraktives Szenario ist die schrittweise Effizienz­steigerung der Produktion. Die Virtuelle Klimatisierung kann hierbei eine Schlüsselrolle einnehmen und hoch energie- aufwendige Klimatisierungsmaßnahmen vermeiden. Die Autoren erforschen Enabling-Technologien für eine industrielle Umsetzung auf Werkzeugmaschinen und stellen in diesem Beitrag entsprechende Sensor-, Modell- und Dateninfrastrukturen vor. S. 887

Sauerstofffreie konduktive Erwärmung*

L. Albracht, S. Hübner, E. Farahmand, B.-A. Behrens; U. Holländer, A. Langohr – Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen IFUM, Garbsen; Institut für Werkstoffkunde IW, Garbsen

In diesem Beitrag werden die Ergebnisse der sauerstofffreien konduktiven Erwärmung für das Formhärten, welches im Teilbereich A04 des Sonderforschungsbereiches 1368 behandelt wird, vorgestellt. Mit der entwickelten Prozesskammer können unbeschichtete Bleche sauerstofffrei, konduktiv erwärmt und beschichtet werden, die in einem miniaturisierten Stoßfänger-Werkzeug formgehärtet werden. Die Beschichtung wird durch Querschliffe untersucht, die Ergebnisse diskutiert und ein Ausblick dargestellt. S. 893

* Bei den mit einem Stern gekennzeichneten Beiträgen handelt es sich um Fachaufsätze, die von Experten auf diesem Gebiet wissenschaftlich begutachtet und freigegeben wurden (peer-reviewed).

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