Inhalte der Online-Ausgabe 5-2021

Digitalisierung zur Steigerung von Resilienz und Nachhaltigkeit

C. Brecher – Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen, Werkzeugmaschinenlabor WZL, RWTH Aachen sowie Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen (Editorial)

In den letzten Jahrzehnten galt in der Produktionstechnik vor allem das Streben nach hoher Qualität, niedriger Durchlaufzeit und geringen Kosten als Triebfeder für die Weiterentwicklung von Prozessen, Unternehmen und Geschäftsmodellen. Dies resultierte aus dem Kundenbedürfnis nach qualitativen und gleichzeitig günstigen Produkten. Gerade in der aktuellen Situation findet jedoch ein Umdenken in der Gesellschaft statt. Neben der Corona-Pandemie ist auch die Klima­erwärmung eine Problematik, die viele Menschen stark beschäftigt und ihr Verhalten definiert. Die Unterstützung lokaler Unternehmen und die besondere Beachtung von Nachhaltigkeit bei der Produktion und Entsorgung von Gütern rücken verstärkt in den Fokus der Bevölkerung und bestimmen immer mehr unser Konsumverhalten. S. 270

Lastverteilungen in Kugelgewindetrieben*

C. Brecher, B. Biernat, S. Neus – WZL der RWTH Aachen

Kugelgewindetriebe (KGT) weisen abhängig von ihrer Geometrie und der vorherrschenden Belastung deutlich variable innere Lastverteilungen auf. Finite-Elemente-Modelle erlauben die Ermittlung dieser Verteilungen, die aktuell jedoch vor allem bei der Lebensdauerberechnung nur unzureichend berücksichtigt werden. Nachfolgend wird eine Methode zur Berücksichtigung ortsdiskreter Lastverteilungen in der Lebensdauerberechnung von Kugelgewindetrieben vorgestellt. S. 271

Entwicklung eines Beveloid­verspannungsprüfstandes*

M. Willecke, J. Brimmers, C. Brecher – WZL der RWTH Aachen

In diesem Beitrag wird die Konzeptionierung und konstruktive Umsetzung eines Back-to-Back-Verspannungsprüfstandes für Trag­fähigkeitsuntersuchungen von Beveloidverzahnungen beschrieben. Im Rahmen der Konzeptionierung werden verschiedene Möglichkeiten der Umsetzung erarbeitet und bewertet. S. 277

Konzeption eines zweiachsigen Impulsaktors*

A. Schulte, A. Lechler, A. Verl – Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW), Universität Stuttgart

Der Impulsaktor bietet einen Ansatz, durch mechanische Stöße die Dynamik von Vorschubachsen deutlich zu erhöhen und nahezu sprunghafte Geschwindigkeitsänderungen zu erlauben. In diesem Beitrag wird vorgestellt, wie ein Versuchsstand mit zwei Vorschub­antrieben, der bereits einen zusätzlichen Aktor besitzt, um einen Aktor in der zweiten Achse erweitert und die Bahnplanung mit zwei Aktoren angepasst wird. Ein Nachweis der Funktionalität erfolgt simulativ an einem Mehrkörper­modell. S. 282

Der digitale Zwilling in der Batteriezellfertigung*

A. Kies, J. Krauß, A. Schmetz, C. Baum, R. H. Schmitt, C. Brecher – Fraunhofer IPT, Aachen

Der digitale Zwilling birgt große Potenziale hinsichtlich der Qualitätssteigerung in der Produktion. Die Implementierung eines solchen ist jedoch in hohem Maße abhängig vom spezifischen Anwendungsfall und die Übertragung theoretischer Modelle in die Praxis geht häufig mit großem Aufwand einher. In diesem Beitrag wird die Konzeptionierung eines digitalen Zwillings in der Batteriezellfertigung thematisiert und evaluiert. S. 286

Inline-fähige Prüftechnik von Lithium-Ionen-Batterien

M. Wild, S. Reuber, S. Hillmann, B. Bendjus, U. Cikalova, M. Schulze, H. Heuer – Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS, Dresden

Bei der Fertigung von Batteriezellen in millionenfacher Anzahl ist eine gleichbleibend hohe Qualität von großer Bedeutung und die Sicherstellung eine ebensolche Herausforderung. Daneben sind Aspekte wie Kostenreduktion und Ressourcenschonung entscheidend für die zukünftige Verbreitung von Lithium-Ionen-Batterien für die Elektro­mobilität aber auch für den vermehrten Anwendungsfall der stationären Energie­speicherung. S. 291

Smartes Assistenzsystem zur Anforderungserhebung*

E. Tinsel, O. Riedel, A. Verl – ISW, Universität Stuttgart

Fehler bei der Inbetriebnahme von Maschinen und Anlagen sind kostspielig und zeitintensiv. Dabei steigen die Kosten mit dem Voranschreiten des Entwicklungsprozesses stark an. Um Missverständnisse oder Planungsfehler zu minimieren, bevor diese hohe Kosten verursachen, wird ein intelligentes Assistenzsystem beschrieben, das die Vorstellungen, Ziele und Mittel des Kunden auf einfache Weise erfasst und auftretende Probleme oder Unklarheiten reaktiv korrigiert. Der Maschinen- und Anlagenhersteller profitiert dabei von einer automatisch erstellten, einheitlichen Dokumentation der Kunden­anforderungen. S. 295

Piezoaktive Profilschienenführung*

W. Zorn, M. Barthel, W.-G. Drossel – Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU), Dresden

Aktive Maschinenkomponenten können durch das Anpassen ihrer Eigenschaften an die jeweilige Situation dazu beitragen, die Prozess­bedingungen zu verbessern oder die Lebensdauer der beteiligten Systembestandteile zu erhöhen. Dieser Beitrag stellt den Entwurf einer Profilschienenführung vor, welche mittels integrierter Piezoaktoren zwischen unterschiedlichen Vorspannungsklassen wechseln und damit den eigenen Verschleiß minimieren kann. S. 300

Sensorlose Überwachung der Einzelteilfertigung*

B. Denkena, B. Bergmann, J. Becker, H. Blech – Institut für Fertigungs­technik und Werkzeugmaschinen IFW, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover

Durch die Messung von Spindelströmen lassen sich Informationen aus spanenden Fertigungsprozessen ohne zusätzliche Sensorik erfassen. Diese Daten sind aus der Maschinensteuerung mit geringem Aufwand abrufbar. Jedoch stellt die Klassifikation von Fehlerereignissen bei Einzelteilen ohne Vergleichsdaten eine erhebliche Herausforderung dar. Untersucht wurde die Berechnung von Toleranzgrenzen durch ein neuronales Netzwerk basierend auf den Daten einer Materialabtrags­simulation. S. 305

Intelligente Überwachung von Werkzeugverschleiß*

C. Brecher, T. Xi, I. M. Benincá, S. Kehne, M. Fey – WZL, RWTH Aachen

Numerische Steuerungen für Werkzeugmaschinen erfassen eine erhebliche Menge an Sensordaten für die Achsregelung. Diese liefern nicht nur Informationen über die aktuellen Achspositionen oder die Ströme, sondern können mithilfe von Modellen auch für das Monitoring von anderen Prozessgrößen verwendet werden. In diesem Beitrag wird ein Machine-Learn­ing-Verfahren zur Überwachung von Werkzeug­verschleiß untersucht, welches allein auf maschinen-internen Daten basiert. S. 309

Digitalisierung der KSS-Pflege für den Mittelstand*

Y. Dassen, A. Müller, C. Brecher; A. K. Rüppel, T. Bergs – Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen; Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren WZL, RWTH Aachen

In kleinen und mittelständischen Unternehmen wird die Pflege von Kühlschmierstoff (KSS) oftmals händisch durchgeführt und nur minimal dokumentiert. Dadurch können Fehler auf­treten und der tatsächliche Verbrauch von KSS nur schwierig nachvollzogen werden. In diesem Beitrag wird ein System vorgestellt, welches zur Verbesserung dieser Situation den Prozess teilautomatisiert und digitalisiert. S. 314

Effektivität industrieller Exoskelette

M. Schalk, J. Siegert, U. Schneider, T. Bauernhansl – Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF, Uni Stuttgart

Exoskelette sind neue ergonomische Hilfen, die körperliche Beanspruchung bei schwerer körperlicher Arbeit senken. Mit der wachsenden Nachfrage nach Exoskeletten wächst auch der Bedarf an neuem Wissen zu Wirksamkeit und Effizienz dieser Systeme. Hierzu wurde eine Expertenbefragung durchgeführt.   S. 319

Interoperabilität für OPC-UA-Spezifikationen*

T. Heinemann, S. Friedl, A. Lechler – ISW, Universität Stuttgart

Die Entwicklung branchenspezifischer OPC-UA-Modelle schreitet stetig voran. Um die benötigte Interoperabilität der Geräte sicherzustellen, werden Konformitätstests definiert. Dieser Beitrag führt die Grundlagen für OPC-UA-Tests ein und zeigt die Definition und Verwendung an den zwei Beispielen von OPC UA für Werkzeug­maschinen und OPC UA für die Wägetechnik. Zudem wird eine Methode für die Aufwandsabschätzung als Handreichung für Standardisierungsarbeitsgruppen vorgestellt. S. 324

Zeitpunktabhängige Prognose von Änderungsaufwänden*

M. J. Kratzer, C. Buchner, T. Burkert, B. Szost; P. Kübler, T. Bauernhansl – BMW Group, Oberschleißheim; Fraunhofer IPA; Institut für industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF (Bauernhansl), Stuttgart

Der Beitrag stellt eine Methode zur Prognose des Änderungsaufwands in der Fertigung eines sich noch in der Entwicklung befindlichen Bauteils vor. Der Änderungsaufwand wird definiert über die Umsetzungsdauer und die Änderungskosten. Im Unterschied zu bestehenden Methoden, die Änderungen bewerten, erlaubt diese Methode den Änderungsaufwand zu beliebigen Zeitpunkten im Produktentstehungsprozess zu prognostizieren. Je nach zeitlicher Distanz zum Produktionsstart variiert der Änderungsaufwand. Die speziell für die Automobilindustrie entwickelte Methode liefert eine Entscheidungsgrundlage, um die Änderungsflexibilität zu erhöhen. S. 329

Prozess-Maschine-Interaktion des Verzahnungshonens*

C. Brecher, T. Bergs, C. Kiesewetter-Marko, M. Schrank, S. Neus, J. Brimmers – WZL, RWTH Aachen

Für die Endbearbeitung von Zahnrädern wird unter anderem das Verzahnungshonen eingesetzt. Die theoretisch erreichbare Maschinen­leistung kann aufgrund auftretender Schwingungen eingeschränkt sein. In einem aktuellen Forschungsprojekt zur Abbildung der Prozess-Maschine-Interaktion beim Verzahnungshonen werden die Eigenschaften der Maschine und die Prozesskräfte berücksichtigt. In diesem Beitrag wird ein gekoppeltes Prozess-Maschine-Modell für das Verzahnungs­honen vorgestellt. S. 336

Filtermaterialien für die FVK-Nasszerspanung*

S. Kleinhenz – Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) bieten aufgrund ihrer hervorragenden gewichtsbezogenen Steifigkeiten ein enormes Potenzial bewegte Massen zu reduzieren. Bei der Nasszerspanung solcher Materialien gibt es Vorbehalte durch fehlendes Wissen in der Handhabung und der Wechselwirkung des Kühlschmierstoffes (KSS) mit den Matrixmaterialien. Der Beitrag befasst sich mit der richtigen Handhabung des KSS in der Filtration und der Auslegung des Filtrationsmediums für einen stabilen Prozess beim zerspanenden Endanwender. S. 343

Lärmuntersuchung an PKD-Planfräsern im Leerlauf*

A. Dobrinski, T. Stehle, H.-C. Möhring – Institut für Werkzeugmaschinen (IfW), Uni Stuttgart

Die Lärmentstehungsproblematik bei der HSC (High Speed Cutting)-Fräsbearbeitung von Leichtbaumaterialien wie Aluminiumlegierungen und Kunststoffen ist aufgrund der hohen auf Maschinenbediener wirkenden Schallexpositionswerten sehr aktuell. Am Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) der Universität Stuttgart wurden Unter­suchungen zur Ermittlung der Lärm­entstehungs­mechanismen im Leerlauf sowie der daraus folgenden Ableitung von Lärmminderungsmaß­nahmen an schnell rotierenden Planfräswerkzeugen im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Forschungs­projektes STE 1563/28-1 durchgeführt. S. 349

Ermitteln von Lagefehlern bei Einlippenbohrern*

M. Schweigart, H.-C. Möhring – IfW, Universität Stuttgart

Dieser Beitrag stellt eine berührungslose Messmethode zum Feststellen von Lagefehlern bei Einlippenbohrern vor, die auf der Verwendung eines Laser-Profilsensors basiert. Durch die Messung von Verlagerungen an mehreren Positionen entlang des langsam rotierenden Werkzeugschafts kann die Lage des Werkzeugs in Polarkoordinaten abgebildet werden. Das System bietet die Möglichkeit sowohl herstellungsbedingte Fehler als auch durch Bearbeitungskräfte und -momente verursachte Formänderungen des Werkzeugs nach verschiedenen Schnittwegen feststellen zu können. S. 355

* 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).