Futur 1/2012: Produktionstechnologien und -systeme

Mitteilungen aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin

FUTUR

Vision Innovation Realisierung

Produktionstechnologien und -systeme

Kopfsache

Reinigen von Triebwerkskomponenten

Die Kante im Profil

Geometrien exakt bestimmen

Inhalt Impressum Futur 1/2012 14. Jahrgang ISSN 1438-1125 Herausgeber Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Mitherausgeber Prof. Dr.-Ing. Roland Jochem Prof. Dr.-Ing. Erwin Keeve Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger Prof. Dr.-Ing. Kai Mertins Prof. Dr.-Ing. Michael Rethmeier Prof. Dr.-Ing. Günther Seliger Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der TU Berlin Chefredaktion Steffen Pospischil Redaktion Claudia Engel, Ina Roeder, Salome Zimmermann Gestaltung und Produktion Katharina Dermühl Kontakt Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK Institutsleitung Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Pascalstraße 8-9 10587 Berlin Telefon +49 30 39006-140 Fax +49 30 39006-392 info@ipk.fraunhofer.de http://www.ipk.fraunhofer.de Herstellung Heenemann Druck GmbH Fotos Gerold Baumhauer: 1, 23, 37, 39 oben BBS: 8 KOMET RHOBEST GmbH: 36 Niles GmbH: 33 unten, 35 Siemens AG: 19, 24, 33 Steffen Pospischil: 3, 13, 38, 40

04

Feine Schneidkante – präzise Werkzeuge

06

Die Kante im Profil – Geometrien exakt bestimmen

08

Genau und effizient – Robotergeführtes Tauchgleitschleifen

10

Smarte Werkzeuge für harte Werkstoffe

12

Diamant in der Leichtbaufertigung

14

Innovative Bearbeitungstechnologien für hochwarmfeste Werkstoffe

16

Marktstudie Wasserstrahlschneiden 2011

18

Fraunhofer-Innovationscluster MRO

20

Reprofilieren von Schienenrädern

22

Kopfsache – Reinigen von Turbinenkomponenten

24

Turbinenschaufeln robotergestützt reparieren

26

Laser-Pulver-Auftragschweißen als Reparaturverfahren

28

Fertigung in Hochgeschwindigkeit

30

Integrierte Prozess- und Maschinensimulation

32

Mikrostrukturierte Zahnräder für Windkraftanlagen

34 Interview 36 Partnerunternehmen 37 Maschinensteckbrief 38

Ereignisse und Termine

© Fraunhofer IPK Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit vollständiger Quellenangabe und nach Rücksprache mit der Redaktion.

Belegexemplare werden erbeten.

FUTUR 1/2012

Editorial

Liebe Leserinnen, liebe Leser,

für die Unternehmensberatung gibt es viele verschiedene Ansätze. So kann man sich mit der Strategie eines Unternehmens befassen, seiner Logistik oder dem Fabriklayout für eine effiziente Fertigung.

Als Unternehmen kann man Beratungsleistungen für die Verbesserung einzelner

Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

Prozesse einkaufen und neue Maschinen für die Herstellung neuer Produkte erwerben. Doch wie bekommt man alle diese Möglichkeiten unter den sogenannten

Herstellern der Anlagen und deren Kunden

»einen Hut«?

intensiv an ihrer Entwicklung und Optimierung gearbeitet. Sie kennen Stärken und

Bei der Zusammenarbeit mit unseren Kun-

Schwächen von Technik und Prozessen

den betrachten wir im Produktionstech-

sowie ihre Potenziale. Unsere Kunden

nischen Zentrum Berlin – wenn gewünscht

profitieren somit direkt von unserem

– nicht allein die Prozesse, die Logistik

Know-how. Dabei hilft natürlich auch das

oder das Fabriklayout. Wir blicken auch

große Spektrum der wissenschaftlichen

auf oder sogar in eine einzelne Maschinen,

Disziplinen, aus denen sich unser Team re-

ihre Steuerung, kümmern uns um ihre

krutiert. Maschinenbauer, Elektrotechniker,

»Wohlfühlumgebung«, ihre Wartung. Und

Informatiker und Wirtschaftsingenieure,

wir entwickeln mit unseren Kunden neue

um nur einige zu nennen, sind in der Lage,

Werkzeuge, ganz gleich, ob es sich um

Beratung, Forschung und Entwicklung

eine komplett neue Fertigungsstraße han-

anzubieten – entlang der kompletten

delt, ein neues – vielleicht eher in Richtung

Wertschöpfungskette, vom Management

Dienstleistung orientiertes – Geschäftsmo-

über die erste Produktidee bis zur hoch

dell oder ob in der vorhandenen Fertigung

automatisierten Fertigung.

ein neuer Werkstoff verwendet werden soll, der sich der Bearbeitung mit den

Blicken Sie mit unseren Wissenschaft-

vorhandenen Mitteln widersetzt.

lern in dieser Ausgabe der FUTUR etwas detaillierter in die Maschine, auf unsere

In unserem Versuchsfeld stehen zahlreiche

Ideen für Werkzeuge und Verfahren. Ich

moderne Maschinen, mit denen unsere

wünsche Ihnen viel Freude bei der Lektüre.

Wissenschaftler bestens vertraut sind.

Schließlich haben sie gemeinsam mit den

3

4

Forschung und Entwicklung

Fertigungstechnologien

Feine Schneidkante – präzise Werkzeuge

Aufgrund der rasanten Fortschritte im Maschinenbau und der Fertigungs-

►►Erweiterung von Zerspanmodellen

messtechnik ist es heute möglich, hochpräzise Zerspanwerkzeuge zu fertigen.

Auf die Frage, welche Methoden Hersteller

Genauigkeiten bis in den Mikrometerbereich hinein lassen sich dank letzter

von Zerspanwerkzeugen bei der Ausle-

technologischer Entwicklungen z. B. im Bereich des Werkzeugschleifens

gung und Konstruktion von Schneidkanten

erreichen. Hochpräzise Schleifmaschinen und ein detailliertes Verständnis

einsetzen, gab der überwiegende Teil der

der mikroskopischen sowie thermo­mechanischen Zusammenhänge schufen

Experten an, sich derzeit auf das intuitive

die Voraussetzung dafür. Aktuelle Forschungsarbeiten am IWF zeigen, dass

Erfahrungswissen der Konstruk­teure zu

Fertigungsgenauigkeiten im Mikrometerbereich sowohl an Hartmetall als auch

stützen. Wissenschaftlich analytisches

an keramischen Werkzeugsubstraten realisierbar sind. Die Wissenschaftler

Vorgehen, unterstützt durch simulative

beschäftigen sich vor allem mit der prozesssicheren Herstellung und Charakte-

Verfahren, kommt demnach noch nicht

risierung der Schneidkantenfeingestalt und bewerten ihr Einsatzverhalten.

zur Anwendung. Ein Grund dafür ist, dass bisher Modelle fehlen, die den Einfluss der Schneidkantenfeingestalt auf Spanbildung,

►►Neues Charakterisierungsmodell

Kenngrößen. Mittels der SPK lassen sich

Werkzeugverschleiß sowie Bauteilober-

Um die Mikrogeometrie der Schneidkan-

auch Aussagen zur Fertigungsqualität der

fläche beschreiben. Ein Kernthema der

ten, die durch Werkzeugschleifen und an-

Schneidkante treffen.

Forschungsarbeiten am IWF ist daher die

schließende Kantenpräparation entstehen,

Erweiterung von Zerspanmodellen. Ziel ist

zu erfassen, untersuchen die Wissen-

►►Präzise Schneidkantengestaltung

die Abbildung derjenigen Einflüsse, die

schaftler verschiedene Messsysteme. Ziel

Die Forschungsarbeiten ergaben zwei

durch die geometrischen und mechani-

ist es, geeignete Messprinzipien und -stra-

Schlüsselfaktoren für die Entwicklung von

schen Eigenschaften der Schneidkanten­

tegien zu identifizieren, um beispielsweise

Hochleistungswerkzeugen: Neben ange-

gestalt an Zerspanwerkzeugen hervor-

Kantenradien unter zehn Mikrometern

passten Substratwerkstoffen und einer

gerufen werden. Zu beachten sind dabei

zuverlässig zu bestimmen. Dafür werden

haftfesten, leistungsfähigen Beschichtung

insbesondere die grundlegenden Unter-

optische Messsysteme, z. B. Streifenlicht-

spielt insbesondere die auf den jeweiligen

schiede der Werkstoffe bei der Spanbil-

mikroskope oder Systeme, die mit dem

Anwendungsfall abgestimmte Auslegung

dung.

Prinzip der Fokusvariation arbeiten, mit

der Schneidkantenmikrogeometrie eine

taktilen Messverfahren verglichen.

bedeutende Rolle. Miteinbezogen werden

Im Bereich der Zerspanung von Leichtme-

dabei stets die Einflüsse der Fertigungspro-

talllegierungen sind moderne Werkzeuge

Bisherige Charakterisierungsmodelle

zesse. Dies belegt auch eine Umfrage, die

mit haftfesten Diamantbeschichtungen

beschreiben die Schneidkante als zwei­

das IWF unter über 100 Experten aus den

mit vergleichsweise geringem Schneid-

dimensionales Profil. Neben dem Schneid-

Bereichen Werkzeugmaschinen, Werk-

kantenradius nötig. Bei der Zerspanung

kantenradius wird die Lage der Schneid-

zeugherstellung, Beschichtungstechnik

gehärteter Werkstoffe hingegen wird

kantenrundung im Verhältnis zur Frei- und

und Anwendern von Zerspanwerkzeugen

zumeist eine deutlich größere Rundung

Spanfläche erfasst. Darauf aufbauend wur-

durchführte.

oder Anfasung der Schneidkante verfolgt.

de am IWF ein neuer Ansatz zur Beschrei-

Dies geschieht zum Schutz vor Ausbrüchen

bung und Beurteilung von Werkzeug- und

Laut dieser Studie wird die anwendungsan-

als Folge hoher lokaler Belastungen. In

Bauteilkanten verfolgt. Um eine möglichst

gepasste Schneidkantenfeingestaltung in den

aktuellen Projekten wird daher beispiels-

eindeutige Charakterisierung zu erhalten,

nächsten Jahren deutlich an Marktakzeptanz

weise hochenergetische Synchrotronstrah-

wurde daher die sogenannte »Schneiden-

gewinnen. Somit ist eine Steigerung der

lung genutzt, um die Ortsauflösung von

profilkennlinie (SPK)« eingeführt (mehr

Leistungsfähigkeit und Prozesssicherheit der

Eigenspannungsmessungen im Bereich

dazu auf Seite 6). Neben der exakten

Werkzeuge zu erwarten, während anfallende

der Schneidkante signifikant zu erhöhen.

Beschreibung der Schneidenmikro­

Kosten für die Herstellung und Messung der

Das Eigenspannungsniveau dient hier als

geometrie erfasst das Modell zusätzliche

Schneidkantenmikrogestaltung sinken.

Bewertungsgröße für die Prozesssicherheit

FUTUR 1/2012

»Was ist für Sie der kritischste Faktor bei der Anwendung von schneidkantenpräparierten Zerspanwerkzeugen?«

Prozesssicherer Einsatz

6% 24%

Fehlendes Wissen über Einfluss der Kantengestalt auf den Zerspanprozess

30%

Messung / Bewertung der Schneidkante im Einsatz

40% Sonstiges

Umfrageergebnis zum Thema Schneidkanten

von CVD-Diamantbeschichteten Fräswerk-

sind hochharte und temperaturbeständige

Defining the microgeometry of cutting

zeugen bei der Bearbeitung von AlSi-

Schneidstoffe. Zerspanexperimente an

edges for high-precision tools

Legierungen.

Titanaluminiden zeigen, dass schädigungs-

►►Höhere Prozesssicherheit

freie Oberflächen erst bei Temperaturen

Due to the rapid progress in mechanical

oberhalb von 800 °C erreicht werden.

engineering and production measurement

Darüber hinaus konnten die Forscher

technology, it is now possible to pro-

nachweisen, dass eine nachgelagerte

In der Industrie werden seit längerem

duce high-precision cutting tools. Driven

Präparation bereits gefaster Schneidkanten

Werkzeugschneidkanten vor ihrer Verwen-

by recent technological improvements

an Schaftfräsern die Leistungsfähigkeit

dung stark gerundet. Auf diese Art erhöht

much higher accuracies can be realized

der Werkzeuge erhöht und die Prozess-

sich die Spannung, die vor der Schneide

and measured for example in the field of

sicherheit signifikant steigert. Gründe

im Werkstoff wirkt. Experimentelle und

tool grinding, based on the availability of

dafür waren die Glättung der Schleifriefen

numerische Untersuchungen am IWF

high-precision grinding machines and a

sowie die Verringerung von Ausbrüchen

ergaben, dass vor allem der hydrostatische

detailed understanding of the microscopic

und Fehlstellen im Hartmetallsubstrat.

Anteil der Druckspannung die Duktilität

and thermo-mechanical interdependen-

Grundlagenuntersuchungen zur Spanbil-

des Werkstoffs beeinflusst. Dies gilt auch

cies. Recent research activities at IWF have

dung und Randzonenbeeinflussung bei

für die Spanbildung und Randzonen-

shown that manufacturing accuracies in the

der Bearbeitung von hochwarmfesten

qualität am Bauteil. Ein hydrostatischer

micrometer range on tungsten carbide as

Werkstoffen, wie z. B. Titanaluminiden,

Spannungszustand liegt vor, wenn die

well as on ceramic tool substrates can be

ergaben folgendes Ergebnis: Nicht nur die

drei Hauptspannungen gleich sind. Die

realized. The scientists are particularly con-

Fertigungsqualität der Zerspanwerkzeuge

Wissenschaftler konnten dabei bestäti-

cerned with the reliable manufacturing and

nimmt Einfluss auf deren Leistungsfähig­

gen, dass die entscheidende Größe, die

the accurate characterization of the cutting

keit, sondern auch die Geometrie der

die Ausbildung hydrostatischer Druck-

edge geometry as well as the evaluation of

Schneidkantenfeingestalt. Ein Forschungs-

spannungen bestimmt, das Verhältnis der

their behavior in cutting processes.

ansatz bei der Bearbeitung hochwarm-

Spanungs­dicke zur Schneidkantenrundung

fester Legierungen besteht darin, den bei

ist. Aktuell arbeiten sie daran, diese grund-

Raumtemperatur spröden Werkstoff duktil

legenden Erkenntnisse auf die Auslegung

zu zerspanen, um günstige Spanbildungs-

von Zerspanwerkzeugen sowie auf Bear-

mechanismen zu gewährleisten und damit

beitungsstrategien zum prozesssicheren

Randzonenschädigungen am Bauteil zu

und schädigungsarmen Drehen und Fräsen

vermeiden. Grundsätzlich kann eine Duk-

von Titanlegierungen und Titanverbund-

Ihr Ansprechpartner

tilisierung des Werkstoffes thermisch, z. B.

werkstoffen zu übertragen.

Sebastian Richarz

durch Erhöhung der Schnittgeschwindig-

Telefon: +49 30 314-24962

keit, erreicht werden. Vorrausetzung dafür

E-Mail: richarz@iwf.tu-berlin.de

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6

Forschung und Entwicklung

Fertigungstechnologien

Die Kante im Profil – Geometrien exakt bestimmen Bauteilkanten werden meist in Radien bemessen. In der Realität entsprechen die Kantengeometrien jedoch selten exakten Radien.

Wissenschaftler am IWF haben ein Verfahren entwickelt, mit dem Eigenschaften von Kantenprofilen präzise bestimmt werden können.

Damit wird eine deutlich bessere Qualitätssicherung in der Bauteilfertigung möglich. Außerdem hilft das neue Verfahren, die Spanbildung bei klassischen Fertigungsverfahren wie Drehen und Fräsen besser zu verstehen.

Die Herstellung und Charakterisierung von

Kanten an Bauteilen liegen allerdings nur

geometrien in engen Toleranzen gefordert,

Kanten rückt immer stärker in den Fokus

begrenzte Erkenntnisse im wissenschaftli-

für die noch keine einheitliche und eindeu-

der Fertigungstechnik. Das gilt sowohl

chen Bereich vor, die sich darüber hinaus

tige Beschreibung möglich ist. Eine Kante

für Schneidkanten an Werkzeugen mit

vor allem auf das Entgraten von Bauteilen

kann in der Regel nicht oder nur durch

geometrisch bestimmter Schneide als auch

beziehen. Für geometrisch komplexe,

Angabe zahlreicher, z. T. nicht automati-

für Kanten an Bauteilen. Im Bereich der

hochbeanspruchte und somit kapitalin-

siert überprüfbarer Anforderungen spezi-

Schneidkanten konnte die Wissenschaft

tensive Bauteile, z. B. aus den Bereichen

fiziert werden. Die Angabe von Radien als

in den letzten zehn Jahren umfangreiche

Luftfahrt, Automobil oder Medizintechnik,

Bemaßung lässt zudem außer Acht, dass

Forschungsergebnisse generieren. Für

werden allerdings oft komplexe Kanten-

viele Verfahren zur Herstellung von Kanten in der Regel Kantengeome­trien erzeugen, die nur in grober Näherung als Radius charakterisierbar sind.

►►Schneidenprofilkennlinie Am IWF wurde deshalb ein neuer, innovativer Lösungsansatz für die Bestimmung von Kantengeometrien entwickelt: die Schneidenprofilkennlinie (SPK). Anstatt nur einen Radius zur Beschreibung einer Kante heranzuziehen, definiert die SPK die tatsächlichen Span- und Freiwinkel durch Abbildung der Winkel über einer Laufvariablen entlang der Schneidkante. Ohne die Berücksichtigung der Span- und Freiwinkel dient die SPK auch zur Charakterisierung von Kanten an Bauteilen. In diesem Fall wird die mathematische Steigung des Profils über einer Laufvariablen aufgetragen.

Mit Hilfe der Schneidenprofilkennlinie können Kennwerte zur Beschreibung von Kanten definiert werden. In erster Näherung werden dafür komplexe Schneidenprofilkennlinie und abgeleitete Kennwerte, links: Spanwinkel, rechts: Freiwinkel

Kantengeome­trien als Ansammlung von

FUTUR 1/2012

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Geschliffene Werkzeuggeometrie (links) und Kantenverrundung durch Strömungsschleifen (rechts)

Exact definition of edges

Radien beschrieben, die durch tangen-

zur Herstellung exakter Kantengeome­

tiale Übergänge verbunden sind. Die

trien sehr hoch. Alternativ können Kanten

Anzahl der verschiedenen Radien auf

auch mit Hilfe von Schleifstiften an einem

Today, edges are mostly characterized by

dem Kantenprofil gibt Auskunft über die

6-Achs-Roboter und mit entsprechenden

radii fitted into the measured geometry. This

Fertigungsqualität der Schneidkante und

Spindeln erzeugt werden. Die häufigsten

characterization is ambiguous for complex

erlaubt eine genauere Beschreibung der

industriellen Verfahren zur Kantenbe-

shaped edges which can be found on cut-

zu fertigenden Kante. Als Kennwert wird

arbeitung – insbesondere das Bürsten,

ting tools or certain highly stressed machine

dafür die Radiuskontinuität (RK) definiert.

Gleitschleifen und Strömungsschleifen

parts. A new approach towards describing

Diese beschreibt die Anzahl der Berei-

– werden am IWF ebenfalls kontinuierlich

these edges is introduced by the researchers

che entlang des Profils mit annähernd

weiterentwickelt. Sie werden sowohl für

at IWF: the cutting edge characteristic. The

konstantem Radius. Zudem kann speziell

gezielt gerundete Schneidkanten, als auch

cutting edge characteristic allows an exact

für Schneidkanten der Eingriffsquotient

zur Nachbearbeitung von Kanten an Bau-

description of the profile. It can help in

(EQ) als Kennwert für die relative Lage

teilen eingesetzt.

quality assurance as well as in the design of new cutting tools.

der Schneidkante zu Span- und Freifläche definiert werden.

►►Neue Verfahren Großes Potenzial für eine effiziente und

►►Kantenfertigung in der Praxis

präzise Kantenbearbeitung birgt das am

In der Praxis werden meist Verfahren mit

IWF entwickelte Verfahren »Roboterge-

geometrisch unbestimmter Schneide zur

führtes Tauchgleitschleifen« (siehe S. 8).

Kantenherstellung eingesetzt. Fasen und

Bei diesem Verfahren wird das Werkstück

facettierte Kanten können durch Fräsen –

von einem Roboter durch eine Schüttung

sowohl auf Bearbeitungszentren als auch

aus Gleitschleifkörpern bewegt, ähnlich

robotergeführt – gefertigt werden. Bei

dem Tauchgleitschleifprozess. Durch die

der robotergeführten Bearbeitung werden

große kinematische Flexibilität des Robo-

nachgiebige Spindeln eingesetzt, welche

ters ist es möglich, auch bei geometrisch

die Positionierungenauigkeit des Roboters

komplexen Bauteilen gezielt Kanten durch

ausgleichen. Darüber hinaus werden zur

Gleitschleifkörper anzuströmen und somit

Fräsbearbeitung an Kanten am IWF auch

präzise Kantengeometrien zu erzeugen.

kraftgeregelte Roboter eingesetzt.

Voraussetzung für eine erfolgreiche Anwendung des robotergeführten Tauch-

Die Wissenschaftler am IWF erforschen

gleitschleifens ist eine genaue Kenntnis der

Ihr Ansprechpartner

derzeit u. a. das Koordinatenschleifen an

Strömungssituation im Gleitschleifmedium

Dipl.-Ing. Arne Dethlefs

einem 5-Achs-Bearbeitungszentrum. Hier

sowie der grundlegenden Trennmechanis-

Telefon: +49 30 314-22413

ist der zeitliche und materielle Aufwand

men beim Gleitschleifen.

E-Mail: dethlefs@iwf.tu-berlin.de

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Forschung und Entwicklung

Fertigungstechnologien

Genau und effizient – Robotergeführtes Tauchgleitschleifen Das Gleitschleifen bietet großes Potenzial für die Endbearbeitung komplexer Bauteile. Das macht es insbesondere für die Medizintechnik, die Luftfahrt und den Automobilbau interessant. Dank der systematischen Erforschung des Verfahrens am IWF konnte die Effizienz dieses Bearbeitungsprozesses deutlich gesteigert werden. Mehr noch: Mit dem »Robotergeführten Tauchgleitschleifen« stellen die Wissenschaftler eine Weiterentwicklung vor, die mehr Effizienz bei der Fertigung präziser Kantengeometrien an anspruchsvollen Komponenten verspricht.

►►Gleitschleifen

Das Tauchgleitschleifen wird insbeson-

Gleitschleifen ist ein spanendes Verfahren

dere zur Bearbeitung von hochwertigen

mit losen Schleifkörpern. Typischerweise

und komplexen Bauteilen eingesetzt. Die

wird es zum Kantenrunden, Entgraten

derzeit am Markt verfügbaren Anlagen

und zur Erzeugung hoher Oberflächen-

sind allerdings kinematisch auf Tauch- und

qualitäten angewendet. Beim Vibrations-

Zykloidbewegungen beschränkt. Dadurch

gleitschleifen werden Werkstücke und

werden immer alle Bauteilkanten und -flä-

Schleifkörper in einem Behälter, dem

chen gleichmäßig bearbeitet. Eine gezielte

sogenannten Rundvibrator, durch einen

Bearbeitung sensibler, eng tolerierter Berei-

Vibrationsantrieb in Bewegung versetzt. Im

che, z. B. an Schaufeln und Rotorscheiben

Behälter führen die Schleifkörper durch die

aus der Luftfahrtindustrie, ist nur bedingt

maximale Freiheit beim Programmieren der

Anregung eine überlagerte Roll- und Krei-

möglich. Beim Gleitschleifen gelingt das

Bahnen und beim Einstellen der Bauteil­

selbewegung aus. Aufgrund von Dichte-

nur mit einer gezielten und frei program-

ausrichtung.

und Gewichtsunterschieden entsteht eine

mierbaren Führung des Werkstücks in der

Relativbewegung zwischen Werkstücken

Schüttung aus Schleifkörpern. Das am IWF

Im Bereich der Grundlagenforschung

und Schleifkörpern. Dadurch kommt es zur

entwickelte robotergeführte Tauchgleit-

untersuchen die Wissenschaftler am IWF

Spanabnahme.

schleifen hingegen bietet dafür die nötige

vor allem die Abtrennmechanismen beim

kinematische Flexibilität.

Gleitschleifen. Basierend auf analytischen

Die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstücken und Schleifkörpern kann durch das Tauchgleitschleifen gesteigert

Tauchgleitgeschliffene Aluminiumfelge (© BBS)

Betrachtungen und modellhaften Versu-

►►Robotergeführtes Tauchgleitschleifen

chen werden grundlegende Erkenntnisse über die Spanabnahme beim Gleitschleifen

werden. Hierbei werden die Werkstücke

Für ihre Untersuchungen zum roboter-

gesammelt und allgemeingültige Span-

auf definierten Bahnen durch die angereg-

geführten Tauchgleitschleifen nutzen die

bildungsmodelle abgeleitet. Mit Blick auf

te oder stehende Schüttung aus Schleif-

Wissenschaftler eine flexible Roboterzelle

das robotergeführte Tauchgleitschleifen ist

körpern geführt. Bei konven­tionellen

mit einem 6-Achs-Roboter NJ 370 der

speziell der Zusammenhang zwischen der

Tauchgleitschleifanlagen ist häufig nur eine

Firma Comau Robotics mit einer Tragkraft

Anströmrichtung der Schleifkörper auf das

eingeschränkte Variation der Bahnen mög-

von 370 kg. Darin sind zwei Rundvibra-

Bauteil und den dadurch zu erzielenden

lich, auf denen die Werkstücke geführt

toren R 220 DL der Firma Rösler Oberflä-

Bearbeitungsergebnissen von Interesse.

werden. In der Regel gibt es maximal vier

chentechnik mit je 1000 mm Durchmes-

Darüber hinaus werden Prozessstrategi-

Freiheitsgrade.

ser integriert. Der Aufbau erlaubt eine

en für standardisierte Bearbeitungsfälle

FUTUR 1/2012

erarbeitet und mit den grundlegenden

medien, Bearbeitungstechnologie und Pro-

Erkenntnissen verknüpft. Auf diese Weise

zesskette sowie die Unterstützung bei der

kann die Prozessauslegung für neue Bau-

industriellen Umsetzung. Dass der Einsatz

teile bei Kenntnis von Material, Geometrie

von Gleitschleifverfahren, insbesondere

und zu erreichender Kanten- und Oberflä-

des robotergeführten Tauchgleitschlei-

chenqualität beschleunigt werden.

fens, großes Potenzial zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit birgt, haben die Forscher

In der anwendungsorientierten Forschung

in mehreren Projekten zur Endbearbeitung

am Fraunhofer IPK werden Gleitschleif-

von hochwertigen und geometrisch kom-

und Tauchgleitschleifprozesse geometrisch

plexen Bauteilen bewiesen. So konnten

komplexer Bauteile ganzheitlich erfasst

z. B. bei einem Kunden aus der Luftfahr-

und optimiert. Das beinhaltet die wissen-

tindustrie mit Hilfe des robotergeführten

schaftliche Analyse des Ist-Zustands, die

Tauschgleitschleifens die Prozesszeiten um

Auslegung und Qualifizierung von Schleif-

60 Prozent verkürzt werden.

Finishing complex shaped parts with robots Vibratory finishing is widely used in many fields of production. The process nevertheless holds great potential for improvement.

Especially the finishing of complex shaped parts is still very time-consuming. Better understanding of the vibratory finishing process through basic research and the development of new processes can lead to better results in less process time. At IWF robot guided vibratory finishing was developed to improve the finishing of complex shaped parts.

Ihr Ansprechpartner Dipl.-Ing. Arne Dethlefs Telefon: +49 (0) 30 /314-22413 Roboterzelle zum Tauchgleitschleifen am PTZ

E-Mail: dethlefs@iwf.tu-berlin.de

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Forschung und Entwicklung

Fertigungstechnologien

Smarte Werkzeuge für harte Werkstoffe

An die spanende Bearbeitung von Hochleistungswerkstoffen werden hohe Anforderungen gestellt. Grund dafür sind die hohe Warmfestigkeit, Härte sowie Verschleißbeständigkeit der Werkstoffe, die meist auf Nickelbasislegierungen, intermetallischen Titanaluminiden und übereutektischen AlSi-Legierungen basieren. Die thermomechanischen Belastungen führen zu geringen Werkzeugstandzeiten, langen Rüst- und Nebenzeiten sowie erhöhten Werkzeugkosten. Innovative Werkzeugkonzepte des IWF ermöglichen jetzt die wirtschaftliche Bearbeitung dieser Hochleistungswerkstoffe.

Tiefbohrwerkzeug mit einem Aspektverhältnis von 30 x D

►►Selbstgetriebene Wendeschneidplatten

Vergleichsuntersuchungen der beiden

►►Tiefbohrer für harte Stähle

WSP-Systeme beim Außenlängsrunddre-

Eine besondere Herausforderung an die

Rotierende Wendeschneidplatten (WSP)

hen haben gezeigt, dass die Standzeiten

Werkzeuge stellt darüber hinaus das

verringern die thermische Belastung des

selbstgetriebener Wendeschneidplatten

Tieflochbohren dar. Insbesondere im

Werkzeuges bei der spanenden Bearbei-

im Vergleich zu feststehenden Werkzeu-

Fall hoher Aspektverhältnisse von Länge

tung. In der Regel wird eine runde Wende-

gen um das Zehnfache erhöht werden

und Durchmesser bei der Bearbeitung

schneidplatte auf eine drehbar gelagerte

können. Dabei ist jedoch ein sehr starker

gehärteter Stähle bedarf es eines opti-

Achse oder angetriebene Welle montiert.

Einfluss der kinematischen Prozesspara-

mal abgestimmten Prozesses und einer

Hier gibt es zwei Möglichkeiten: Eine selbst-

meter zu erkennen. Bei einem industriell

idealen Werkzeugverwendung. Ziel der

getriebene, rotierende Wendeschneidplatte

gefertigten Werkzeug mit rotierender

Wissenschaftler am IWF ist es deshalb,

wird durch den Kontakt mit dem Werkstück

Wendeschneidplatte traten zum Teil

neue Werkzeuge für die Fertigung tiefer

in Rotation versetzt. Ebenso möglich ist

starke Ratterschwingungen auf, die aus

Bohrungen an gehärteten Stählen zu

ein fremdgetriebenes System, bei dem ein

einer ungenügenden Steifigkeit der ver-

entwickeln sowie die dazugehörige

eigener Motor für die Drehzahl sorgt. Der

wendeten Lagerung resultieren. Für ein

Fertigungsstrategie festzulegen. In enger

Vorteil der rotierenden Schneide ist, dass

neu konstruiertes, rotierendes Werkzeug

Zusammenarbeit mit Werkzeugherstellern

die thermische und mechanische Belastung

verwendeten die Wissenschaftler deshalb

und Beschichtungstechnikfirmen wurden

sowie der Verschleiß auf den gesamten

ein vorgespanntes Schrägkugellager in

dafür Vollhartmetall-Spiralbohrwerkzeuge

Umfang der Wendeschneidplatte verteilt

O-Anordnung, um die dynamischen

weiter entwickelt. Von der Anpassung der

werden. Ihre Nutzung wird dadurch opti-

Kräfte aufzunehmen. Dadurch wurden

Hartmetallsorte, über die Auslegung der

miert. Außerdem wird die Schneidkante re-

die Ratterschwingungen wirksam verrin-

Geometrie bis hin zur hartbearbeitungsge-

gelmäßig außerhalb der Wirkzone gekühlt.

gert und das erreichbare Standvolumen

rechten Beschichtung wurden fertigungs-

Nebenzeiten zum Wechseln des Schneiden-

gegenüber dem industriellen Werkzeug

technische Einflüsse entlang der gesamten

bereichs entfallen somit vollständig.

verdoppelt.

Prozesskette betrachtet und bewertet. Ge-

FUTUR 1/2012

11

Neu konstruiertes, rotierendes Werkzeug

Development of innovative tool designs

genstand der Untersuchungen ist derzeit

Wenn eine Trockenbearbeitung als Al-

die Analyse des Einflusses kinematischer

ternative nicht in Frage kommt, weil die

Zerspanparameter, der Bohrstrategie, der

thermische Belastung das Werkzeug oder

High-performance materials such as Ni-

Kühlschmierung sowie der Werkzeugma-

das Werkstück zu stark schädigen würde,

based alloys, intermetallic titanium alumi-

schine und Spannsituation auf die Leis-

kann stattdessen eine geschlossene

nides and hypereutectic AlSi alloys pose

tungsfähigkeit der entwickelten Werkzeu-

Innenkühlung verwendet werden. Dabei

high demands on cutting tools due to their

ge. Erste Ergebnisse zeigen, dass vor allem

wird das Werkzeug von innen gekühlt,

high temperature strength, hardness and

unterschiedliche Werkzeugspannkonzepte

sodass das Kühlmittel nicht in Kontakt mit

wear resistance. The high thermo-mechani-

das Verschleißverhalten dieser sehr langen

Schmutz, Maschinen oder Mitarbeitern

cal stress leads to a short tool life and results

Werkzeuge erheblich beeinflussen. Das

kommt. Um trotz der schlechten Wärme-

in high set-up times as well as high tooling

jeweilige Konzept ist auch entscheidend

leitfähigkeit von Hartmetall eine effiziente

costs. With innovative tool designs scientists

für die Prozesssicherheit beim Bohren mit

Kühlung zu ermöglichen, werden am

at IWF create solutions for the economic

hohem Aspektverhältnis.

IWF in einem durch die EU geförderten

machining of high performance materi-

Verbundprojekt innovative Kühlgeometri-

als. Their self-propelled rotary tools (SPRT),

►►Innengekühlte Werkzeuge

en entwickelt und erprobt. Versuche mit

for instance, use the whole length of the

Neben der Verlängerung von Werkzeug-

ersten Prototypen zeigen bereits das gro-

round cutting edge as wear potential and

standzeiten liegt ein großes Einsparpo-

ße Potenzial der Technologie. Die Vorteile

hold out two times longer than conven-

tenzial in der Vermeidung konventionel-

machen sich besonders bei der Bearbei-

tional industrial tools. In addition, they have

ler Kühlschmierung. Zusätzlich zu den

tung von Titan bemerkbar. Hier muss

developed tailor-made tools and process

Investitionen in die notwendige Anlagen-

aufgrund der schlechten Wärmeleitung

strategies for drilling of deep holes and are

technik entstehen hier erhebliche Kosten

des Werkstoffs besonders viel Wärme

currently working on innovative internally

durch Beschaffung, Aufbereitung und

vom Werkzeug aufgenommen werden.

cooled tools.

Entsorgung der Kühlschmierstoffe, die im

Als Referenzprozesse werden die konven-

Prozess verunreinigt werden und zugleich

tionelle Bearbeitung mit Kühlschmierstoff

die Maschinen verschmutzen. Zudem stel-

und die Trockenbearbeitung der Bearbei-

len im Kühlschmierstoff wachsende Keime

tung mit innengekühlten Werkzeugen

und die ihnen entgegenwirkende Chemie

gegenübergestellt. Dabei zeigt sich, dass

eine beträchtliche Gefahr für die Gesund-

innengekühlte Werkzeuge der Trocken-

heit der Mitarbeiter und die Umwelt dar.

bearbeitung deutlich überlegen sind. Mit

Insgesamt verursacht die Kühlschmiertech-

Kühlmitteltemperaturen unterhalb von

nik bis zu 17 Prozent der Fertigungskos-

0 °C ist zudem eine Annäherung an den

Ihr Ansprechpartner

ten, wie eine Studie für Bauteile aus dem

Referenzprozess, die Nassbearbeitung,

Dipl.-Ing. Martin Roeder

Automobilbereich ermittelt hat.

möglich.

Telefon: +49 30 314-23473 E-Mail: roeder@iwf.tu-berlin.de

12

Forschung und Entwicklung

Fertigungstechnologien

Diamant in der Leichtbaufertigung

Angesichts der Klimadiskussion und der Forderung nach nachhaltigen Mobilitätskonzepten ist die Nachfrage nach Leichtbauwerkstoffen im Fahrzeug- und Flugzeugbau in den letzten Jahren enorm gestiegen. Neben Aluminium, Magnesium, hochfesten Stählen und Titan sind es vor allem faserverstärkte Kunststoffe (FVK), die die Gratwanderung zwischen hoher Belastbarkeit und zugleich minimiertem Gewicht bewältigen können. Wie wichtig diese Werkstoffgruppe ist, unterstreicht zum Beispiel die Steigerung des Anteils kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe (CFK) von 30 auf 50 Prozent beim Airbus A380. Die Bearbeitung von Leichtbauwerkstoffen erfordert jedoch ein Umdenken in Bezug auf die Fertigungstechnologien. Am IWF werden deshalb neue Bearbeitungsstrategien entwickelt, die den spezifischen Anforderungen von FVK-Werkstoffen gerecht werden.

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Verbundprojekts »Steigerung der Standzeiten und Prozesssicherheit CVDdiamantbeschichteter Hartmetallwerkzeuge für die Bearbeitung von verstärkten Kunststoffen« beschäftigen sich Wissenschaftler am IWF mit der gesamten Werkzeugentwicklungsprozesskette. CVDdiamantbeschichtete Werkzeuge eignen sich zur Bearbeitung von faserverstärkten Kunststoffen aufgrund ihrer hohen Härte und Verschleißbeständigkeit. Wenn Teile aus Verbundmaterialien wie CFK-Alumini-

Bearbeitung von faserverstärktem Kunststoff (CFK-HT, 60 % Faservolumenanteil) mit CVD-diamantbeschichtetem Hartmetall

um oder CFK-Titan in Sandwich-Bauweise gefertigt werden, bedarf es zusätzlich

für die Biegesteifigkeit des Hartmetallsub-

beschichtung sowie die Einsatzparameter

einer sehr geringen Oberflächenrauheit

strats verantwortlich. Im CVD-Beschich-

ganzheitlich untersucht und optimiert

der beschichteten Werkzeuge, da diese

tungsprozess führt er jedoch zu einer

werden. Zusätzlich ist der Einsatz nanokris-

Werkstoffe im Zerspanprozess zu einer

Graphitisierung des Diamants und somit

talliner CVD-Diamantschichten notwendig,

sogenannten Aufbauschneidenbildung

zu einer für die Zerspanung unbrauchba-

um die Werkzeugoberflächenrauheit zu

neigen.

ren Verschleißschutzschicht. Hinzu kommt,

reduzieren.

dass auch die Geometrien der Zerspan-

►►Herausforderung

werkzeuge bisher nicht an die Bearbeitung

►►Diamant als Schneidstoff

von CFK- oder auch glasfaserverstärkten

Damit sich Diamant als Schneidstoff bei

Die Schichthaftung von CVD-Diamant-

Kunststoffen (GFK)-Werkstoffen angepasst

der Zerspanung von faserverstärkten

schichten auf Hartmetallsubstraten ist

sind. Um diese Werkstoffe prozesssicher

Kunststoffen etablieren kann, arbeiten die

derzeit, gerade bei gesteigertem Kobalt-

und wirtschaftlich bearbeiten zu kön-

IWF-Wissenschaftler an der Wirtschaftlich-

bindergehalt, noch nicht ausreichend.

nen, müssen das Hartmetallsubstrat, die

keit und Prozesssicherheit der CVD-dia-

Kobalt als Binderelement ist maßgeblich

Werkzeuggeometrie, die CVD-Diamant-

mantbeschichteten Werkzeuge. In Zusam-

Oberflächen­rauheit

FUTUR 1/2012

13

Im Airbus A380 wurde der Anteil kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe von 30 auf 50 Prozent erhöht.

Diamond for light-weight construction

menarbeit mit einem Werkzeughersteller

(BAM), Berlin, neue Versuchsgeräte und

untersuchten sie verschiedene Hartmetalle

Verfahren zur tribologischen Modellbil-

mit einem Kobaltbindergehalt von 6 bis

dung für die Schicht-Substratanbindung

In light of the world’s climate discussion and

10 Prozent und einer WC-Korngröße im

der diamantbeschichteten Hartmetallwerk-

the call for sustainable mobility concepts,

Bereich von 0,6 bis 1,3 Mikrometern. Ne-

zeuge. Darüber hinaus arbeiten Sie an der

the demand for light-weight materials has

ben der metallurgischen Optimierung der

Definition der Verschleißmechanismen.

risen enormously in the automotive and aircraft industries during the past number of

Werkzeuge wurden in mehreren Iterationsschritten die Makro- und Mikrogeometrie

►►Bauteilgüte beurteilen

years. Besides aluminum, magnesium, high-

des Schneidkeils, die Kantenrundung, die

Neben der Betrachtung der Werkzeuge im

strength steel, and titanium, it is mostly

Schneidenanzahl sowie auch die Verdral-

Prozess muss im nächsten Schritt die er-

fiber-reinforced plastics (FRP) which tackle

lung des Fräswerkzeuges angepasst. Im

zeugte Bauteilgüte analysiert werden. Pro-

the balancing act between high load-carry-

Anschluss daran entwickelten die Wissen-

blematisch sind hier vor allem sogenannte

ing capacity and minimum weight. Just how

schaftler eine prozesssichere Vorbehand-

Delaminationen oder Ausfransungen an

important this material group has become,

lungs- und Beschichtungstechnologie für

der Werkstückkante. Auch Interfaserris-

is shown by the increase of CFRP materi-

die Abscheidung nanokristalliner CVD-

se, Rissausbildung in den Zwischenlagen

als from 30 to 50 percent in the Airbus

Diamantbeschichtungen. Unterstützung

des CFK-Werkstoffes sowie thermische

A380. To machine leight-weigth materials,

erhielten sie dabei von Experten aus der

Schädigungen des Bauteils durch Über-

however, conventional manufacturing tech-

Beschichtungstechnik.

hitzung der Kunststoffmatrix können

nologies have to be reconsidered. Research

auftreten. Dafür werden spezielle Beur-

engineers at IWF are therefore developing

Derzeit optimiert das IWF die Fräswerkzeu-

teilungsgrößen erarbeitet, anhand derer

new machining strategies that meet the

ge im Hinblick auf eine Steigerung der Pro-

sich die Bauteilgüte bestimmen lässt. Nicht

special requirements of FRP materials.

zessparameter bei gleichzeitiger Erhöhung

zuletzt ist es das Ziel der Wissenschaftler,

der Werkzeugstandzeit. Die dafür nötigen

die Erkenntnisse aus der Bearbeitung von

maschinenseitigen Tests an CFK-Werkstof-

CFK-Werkstoffen mit diamantbeschich-

fen finden in einem Hochgenauigkeitsbe-

teten Hartmetallwerkzeugen künftig auf

arbeitungszentrum der Firma Mikromat

andere Bereiche wie die Zerspanung von

Ihr Ansprechpartner

statt. Parallel entwickeln die Wissenschaft-

GFK-Werkstoffen zu übertragen und

Dipl.-Ing. Frank Miltschus

ler in Kooperation mit der Bundesanstalt

anzuwenden.

Telefon: +49 30 314-24963

für Materialforschung und -prüfung

E-Mail: miltschus@iwf.tu-berlin.de

14

Forschung und Entwicklung

Fertigungstechnologien

Innovative Bearbeitungstechnologien für hochwarmfeste Werkstoffe Ob in der Luft- und Raumfahrttechnik, im Kraftwerksanlagenbau oder in der Automobilindustrie – Titan- und Nickel-Basis-Legierungen kommen in vielen Bereichen zum Einsatz. Im Projekt »TroMil – Trochoidal milling of Titanium and Nickel based alloys« widmen sich Ingenieure der Entwicklung von innovativen Bearbeitungsstrategien für hochwarmfeste Werkstoffe. Im Zentrum der Untersuchung steht die Reduzierung der Verschleißbelastung.

►►Hohe Nachfrage, geringes Angebot

des IWF nun im Projekt »TroMil – Trochoi­

gie beurteilen zu können, vergleichen sie

dal milling of Titanium and Nickel based

das konventionelle Fräsen von Nuten und

Die Signifikanz hochwarmfester Werk-

alloys« zusammen mit Partnern aus der

den Trochoidalfräsprozess miteinander.

stoffe ist offensichtlich: Titan- und

Industrie auf den Grund gehen.

Nickel-Basis-Legierungen stellen wichtige Werkstoffe zur Herstellung von Triebwerksbauteilen sowohl in der Luft- und

Ziel des Vorhabens ist zum einen die

►►Wissenschaftler erforschen Zerspantechnologie

Reduzierung des Werkzeugverschleißes und der Bearbeitungsdauer sowie zum

Raumfahrttechnik als auch im Kraftwerks-

Eine Möglichkeit kostengünstig die

anderen die Umsetzung einer intelligen-

anlagenbau dar. Viele Flugzeugturbinen

Produktivität hochwarmfester Stoffe

ten Werkzeugaufnahme zur Überwa-

weisen beispielsweise einen Nickel-Basis-

zu steigern, ist die Entwicklung einer

chung des Prozesses. Erste Zerspantests

legierungsanteil von 40 Prozent auf. Aber

wirtschaftlichen Zerspantechnologie. Hier

zeigen deutliche Vorteile des trochoidalen

auch als Zulieferbauteil für die Auto-

setzt das Projekt »TroMil« an, das neue

Fräsens. Dabei wurden Hartmetall-Schaft-

mobilindustrie werden hochwarmfeste

Bearbeitungsstrategien für die Zerspa-

fräser mit einer PVD-TiAlN-Beschichtung

Werkstoffe an Impellern für Turbolader

nung des Titanbasiswerkstoffes TiAl6V4

eingesetzt. Im Fokus der Auswertung

verwendet.

untersucht. Unter Einsatz der trochoida-

stand der Werkzeugverschleiß in Ab-

len Frässtrategie wird die Vorwärtsbewe-

hängigkeit vom Zerspanungsvolumen.

Höhere Zustellungszahlen sind aller-

gung des Fräsers in Richtung der zu bear-

Die so gewonnenen Verschleißwerte der

dings nach wie vor problematisch. Eine

beitenden Nut von einer Kreisbewegung

konventionellen und der trochoidalen

Herausforderung ist auch die wirtschaft-

überlagert. Der Vorteil dieses Verfahrens

Frässtrategie wurden gegenübergestellt.

liche Fertigung von Nuten mit großen

liegt darin, dass der Fräser nicht mit dem

Schnitttiefen an leistungsschwachen

vollen Umschlingungswinkel von 180 °

Bearbeitungsmaschinen. Die extremen

arbeitet. Dadurch lässt sich die thermi-

Werkzeugbelastungen und die dazu-

sche und mechanische Belastung an der

Die Versuche wurden bei einer Schnitt-

gehörigen Vibrationsneigungen führen

Schneide deutlich reduzieren und das

geschwindigkeit von 100 m/min, einem

häufig zu Werkzeugausfällen und damit

Verschleißverhalten insgesamt verbessern.

Vorschub von 0,03 mm und einer Schnitt-

zu Produktionsstillständen. Verstärkt wird

Die Wissenschaftler wollen durch Ausnut-

tiefe von 2 mm durchgeführt. Besonders

dieses Problem von der Forderung, dass

zung dieser trochoidalen Bahnkurve die

auffällig ist hier der signifikante Stand-

Verbesserungen möglichst kostengünstig

Abtrennleistung bei der Bearbeitung von

zeitvorteil durch die Anwendung der tro-

sein sollen. Vielversprechenden Optimie-

hochwarmfesten Materialien signifikant

choidalen Frässtrategie. Hierbei ergab sich

rungsansätzen wollen die Wissenschaftler

steigern. Um das Potenzial der Technolo-

eine Verbesserung von über 160 Prozent.

►►Das trochoidale Verfahren schneidet besser ab

FUTUR 1/2012

15

REM-Aufnahme der Umfangschneide für das (A) konventionelle und (B) trochoidale Fräsen nach maximal erreichten Zerspanungsvolumen

Im konventionellen Schnitt zeigte sich eine

Bearbeitung schwer zerspanbarer Materi-

Innovative machining technologies for

stärker ansteigende Verschleißentwicklung

alien. Im weiteren Verlauf des Projekts sol-

high-temperature materials

mit großflächigen Ausbrüchen entlang der

len vor allem Optimierungsmöglichkeiten

Schneide. Auch Werkstoffverklebungen

hinsichtlich der Prozessparameter sowie

The application of high-temperature al-

traten auf. Beim trochoidal eingesetzten

in Bezug auf die trochoidale Bahnkurve

loys in aeronautics is indispensible. There

Fräser ist ein leichter, stetig wachsender

untersucht werden. Zuletzt gilt es ebenso

is therefore a need for a productive and

Verschleißfortschritt zu erkennen. Die Ana-

den Einfluss des Kühlmitteldruckes zu

profitable method to mill these materials.

lyse zeigte außerdem einen gleichmäßigen

analysieren. Auch wenn noch weitere

Trochoidal milling for producing slots, for

Verschleiß entlang der Umfangschneide.

Untersuchungen nötig sind, um zu einem

example in the turbine section, is an in-

Insgesamt ist beim trochoidalen Verfahren

abschließenden Befund zu kommen,

novative alternative to conventional milling.

eindeutig eine Verringerung des Verschlei-

zeigen die bisherigen Ergebnisse, dass der

The development of this milling process for

ßes zu erkennen.

Einsatz der innovativen Zerspantechnolo-

high-temperature alloys indicates a lower

gie erhebliche Chancen für die Optimie-

passive force and especially lower width of

►►Weniger Verschleiß, mehr Leistung

rung der Bearbeitung mit hochwarmfesten

flank wear land. The project »Trochoidal

Darin liegt das große Potenzial der trocho-

Werkstoffen birgt.

milling of Titanium and Nickel based alloys

idalen Frässtrategie, insbesondere für die

(TroMil)« is aimed at developing a milling strategy to increase cutting rate and to reduce cutting time. Initial tests demonstrated the potential of the trochoidal milling process and showed a higher tool life volume.

Ihr Ansprechpartner Dipl.-Ing. Javier Fuentes Verschleißmarkenbreite in Abhängigkeit des Zerspanungsvolumens für die konventionelle und trochoidale Frässtrategie

Telefon: +49 30 314-22424 E-Mail: fuentes@iwf.tu-berlin.de

16

Forschung und Entwicklung

Fertigungstechnologien

Marktstudie Wasserstrahlschneiden 2011

Wasserstrahlschneiden als Fertigungstechnologie kann seit einigen Jahren auf beträchtliche Zuwachsraten in der Anwendung verweisen. Vor allem die kontinuierlich steigenden Anforderungen an die Individualität und Komplexität von Bauteilformen können durch den Einsatz dieses Strahlverfahrens bestens bedient werden. Die vom Fraunhofer IPK durchgeführte »Marktstudie Wasserstrahlschneiden 2011» gibt einen technologisch-wirtschaftlichen Branchenüberblick für den deutschsprachigen Raum. Von Januar bis März 2011 wurden 207 Unternehmen und Forschungseinrichtungen in Deutschland, Österreich und der deutschsprachigen Schweiz online und anonym befragt. 27 Prozent beantworteten u. a. die Fragen zu Technologie, Einsatz sowie Trends und zukünftigen Entwicklungen des Wasserstrahlschneidens.

►►Anlagentechnik

anderen Schneidstrahlverfahren, beispiels-

fahren in der Produktion. Vor allem die

Käufer von Wasserstrahlschneidanlagen

weise Drahterodieren, Plasma-, Laser- und

hohen Betriebs- und Investitionskosten

können grundsätzlich zwischen den zwei

Brennschneiden, eingesetzt. So setzen

sind nach Einschätzung der Befragten die

Anlagentypen 2-D- und 3-D-Portalanlagen

56 Prozent der befragten Lohnfertiger

wichtigsten Gründe, warum Wasserstrahl-

wählen: Erstere werden am häufigsten

jeweils eines der genannten Schneid-

schneiden als Fertigungstechnologie noch

angeboten. Bei der 3-D-Bearbeitung wer-

verfahren zusätzlich ein, während die

nicht etabliert ist. Erst danach folgen

den derzeit noch Portalanlagen gegenüber

restlichen Lohnfertiger sich ausschließlich

verfahrenstechnische Aspekte wie geringe

Industrierobotern bevorzugt. Grund dafür

auf Wasserstrahlschneiden beschränken.

Schnittgeschwindigkeit und Oberflächen-

ist die vergleichsweise einfache Modifika-

Das am häufigsten verwendete zusätzliche

güte.

tion von 2-D- zu 3-D-Portalanlagen durch

Verfahren ist das Laserschneiden.

Im Zusammenhang mit möglichen Vor-

Zurüstung eines Schwenkkopfs. Die Werkzeugführung durch einen Industrieroboter

Durchschnittlich besitzen die befragten

behalten gegenüber dem Verfahren steht

wird hingegen seltener angeboten. Etwa

Unternehmen zwei 2-D-Anlagen. Sowohl

die Frage nach dem Forschungs- und

55 Prozent der befragten Anlagenher-

Mikrostrahl- als auch 3-D-Anlagen sind

Entwicklungsbedarf (FuE). In Übereinstim-

steller geben an, in den Jahren 2008 bis

dagegen selten vorhanden. Die wenigsten

mung mit den vorherigen Bewertungen

2010 pro Jahr jeweils über neun Anlagen

Lohnfertiger setzen Reinwasserstrahlan-

wird dieser vor allem benannt, um Mög-

verkauft zu haben. Für 2011 rechneten die

lagen ein. Der weitaus größte Teil arbei-

lichkeiten zur Senkung der Betriebskosten

Hersteller mit stabilen Absatzzahlen.

tet mit Abrasivstrahlanlagen oder mit

zu entwickeln. Ferner besteht FuE-Bedarf,

zwischen Reinwasser- und Abrasivstrahl

um die Standzeiten von Verschleißtei-

Die Studie ergab, dass die meisten Ab-

umschaltbaren Anlagen. Die stärksten

len zu erhöhen. Auch den Einsatz von

nehmer Anlagen zum Abrasivstrahlschnei-

Abnehmer der Lohnfertiger sind der

Hochdruckbauteilen, die Entsorgung

den (WAIS) nachfragen. Die wichtigsten

Maschinenbau sowie die Metall- und Zulie-

von Abrasivmitteln, die Reduzierung des

Kunden sind hier die Lohnfertigung, der

ferindustrie. Auch die Medizintechnik hat

Energiebedarfs, die Schnittgeschwindig-

Maschinenbau sowie die Zulieferindustrie.

in den letzten fünf Jahren an Bedeutung

keit und Prozesssicherheit sowie generell

Hauptabnehmer von Reinwasserstrahl-

gewonnen.

die Produktivität des Verfahrens gilt es zu

schneidanlagen ist vor allem die Textil-, Druck- und Papierindustrie. Das Mikrowasserstrahlschneiden wird vor allem in

optimieren. Nicht zuletzt sehen die Unter-

►►Wasserstrahlschneiden

nehmen FuE-Bedarf bei der Erschließung

ist noch kein Standard

neuer Einsatzfelder, der Entwicklung von

der Medizintechnik nachgefragt. Erfah-

Obwohl das Wasserstrahlschneiden eine

Einrichtungen zum Umweltschutz und

rungsgemäß wird Wasserstrahlschneiden

Vielzahl von Vorteilen bietet, ist es bis

einer verbesserten Abrasivmittelzufuhr

nicht als Ersatz, sondern als Ergänzung zu

heute kein Standardbearbeitungsver-

zentrisch zum Wasserstrahl.

FUTUR 1/2012

»Welche weiteren Schneidverfahren werden angeboten?«

15%

17

»Welche Hemmnisse sehen die Unternehmen für den breiteren Einsatz der Technologie?«

15%

hohe Betriebskosten hohe Investitionskosten

5%

geringe Schnittgeschwindigkeit geringe Oberflächengüte bei hohem Vorschub Abrasivmittelentsorgung Fokussierrohrverschleiß Prozessautomatisierung/ -implementierung wasser- und sandbehaftete Werkstücke Düsenverschleiß Lärm- und Dunstemission begrenzte Eignung zur Massenfertigung schwierige Bearbeitung von Ecken- und Kantenradien

1 = gar nicht 5 = sehr hoch

fehlende Normung für Schneidkopfkomponenten

65%

geringe Fertigungsgenauigkeit Benutzerfreundlichkeit Softwarekompatibilität (Anbindung an CAD/CAM) 0

Laserschneiden

Plasmaschneiden

Brennschneiden

Drahterodieren

1

2 3 Anzahl der Nennungen

4

Ergebnisse der Studie Wasserstrahl­schneiden 2011

►►Entwicklungstrends

die Prozessautomatisierung sowie eine

Hinsichtlich der zu bearbeitenden Mate-

höhere Genauigkeit, Geschwindigkeit,

rialien hingegen erwarten die Teilnehmer

Zuverlässigkeit und Energieeffizienz des

For several years now, water jet cutting

der Studie keine grundlegenden Verände-

Verfahrens. Die Entsorgung des Abra-

has been showing significant growth rates

rungen. Wachsende Bedeutung wird vor

sivschlamms sowie die Normung der

as a manufacturing technology. Especially

allem Verbundwerkstoffen und amorphen

Schnittqualität sind weitere Fragen, die

the continuously increasing demands for

Metallen zugesprochen. Superlegierungen

gelöst werden müssen.

individuality and complexity of components

Market study water jet cutting 2011

can be served by this method. The »Market

sind und bleiben die wichtigste Material­ gruppe. Besondere Zukunftschancen

Zentrales Ergebnis der Umfrage ist, dass

study water jet cutting 2011« conducted

ergeben sich durch die Etablierung neuer

die Senkung der Betriebskosten als be-

by Fraunhofer IPK gives a technological and

Fertigungsmaterialien, die mit herkömmli-

sonders notwendig gilt. Die Erhöhung der

economic overview of the German speaking

chen Verfahren nicht zu bearbeiten sind.

Standzeiten von Scheidkopfkomponenten

area.

muss in diesem Zusammenhang dazu Anlagenanbieter bewerten kostengünstige

gezählt werden. Neuen Materialien für

Anlagen, höhere Schnittgeschwindigkeiten

Fokussierrohre werden dabei die höchsten

und höhere Bearbeitungsgenauigkeiten als

Chancen zugesprochen. In Bezug auf die

Entwicklungstrends. Der 3-D-Bearbeitung

Abrasivmittelkosten gilt es, Beschaffungs-

wird eine mittlere zukünftige Bedeutung

und Entsorgungskosten zu betrachten.

eingeräumt. Tendenziell größere Bedeu-

Eine Etablierung des Wasserstrahlschnei-

tung werden der Mikrobearbeitung bzw.

dens zur Bearbeitung neuartiger Ferti-

dem Präzisionswasserstrahlschneiden

gungsmaterialien wird mit Sicherheit auch

beigemessen. Ein weiterer Entwicklungs-

eine bessere Einbindung in bestehende

trend ist die Erhöhung der Maximaldrücke.

Prozessketten erfordern. Dazu werden

Neue Materialien für Fokussierrohre, neue

Prozessautomatisierungen im Sinne von

Mischkammerkonzepte und neuartige

abgeschirmten Fertigungszellen sowie au-

Abrasivmittel werden darüber hinaus als

tomatisches Be- und Entladen in Verbin-

relevante Themen genannt.

dung mit Expertensystemen eine wichtige Rolle spielen. Die Studie erscheint im

Ihr Ansprechpartner

Zu den technologischen Herausforde-

ersten Quartal 2012 und kann über die

Dipl.-Ing. Marcel Manthei

rungen beim Wasserstrahlschneiden

Webseite

zählen nach Angaben der Unternehmen

bezogen werden.

www.strahlverfahren.de

Telefon: +49 30 39006-245 E-Mail: marcel.manthei@ipk.fraunhofer.de

5

18

Forschung und Entwicklung

MRO

Fraunhofer-Innovationscluster MRO

Der Fraunhofer-Innovationscluster »Maintenance, Repair and Overhaul in Energie und Verkehr« (MRO), befasst sich mit Fragen der Wartung, Instandhaltung und Reparatur von Investitionsgütern der Energie- und Verkehrsbranche. Bei Produkten mit hohen Investitionskosten und langer Lebensdauer wird über die sogenannten After-Sales-Services ein erheblicher Teil des Unternehmensgewinns erwirtschaftet. Im Laufe des Produktlebens fallen neben ständiger und planbarer Wartung weitgehend unvorhersehbare Reparaturen an. Bei einer Überholung kann das Produkt nicht nur in einen neuwertigen Zustand versetzt, sondern über den ursprünglichen Auslieferungszustand hinaus auf ein zeitgemäßes technisches und wirtschaftliches Niveau gehoben werden. Hierbei möglichst ressourcenschonende und energieeffiziente MRO-Prozesse und Technologien zu erarbeiten und zu etablieren, ist die Aufgabe des FraunhoferInnovationsclusters MRO.

►►Zustandserfassung und -diagnose Die Zustandserfassung und -diagnose um-

►►MRO-Planung und digitale Unterstützung

Weiterhin können Maschinenstillstandszeiten mit einer globalen MRO-Bestandssteu-

fasst die kontinuierliche, systemintegrierte

Die Effizienz der Planung und Durchfüh-

erung für Ersatzteile minimiert werden. Die

Erfassung des aktuellen Anlagen- und

rung von MRO-Prozessen kann durch

digitale Unterstützung von MRO Prozessen

Komponentenzustandes. Eine Instandhal-

digitale Unterstützung wesentlich gestei-

verkürzt Schulungszeiten und ermöglicht

tungsstrategie, die sich am Zustand der

gert werden. Methoden und Werkzeuge

eine schnellere und fehlerfreie Durchfüh-

Anlage orientiert, ermöglicht es, Ressour-

sind für verschiedene Handlungsfelder

rung von MRO-Prozessen.

cen der Instandhaltung bedarfsgerecht

im MRO-Bereich zu entwickeln, damit

und punktgenau einzusetzen. Innovative

die Potenziale virtueller Technologien in

►►Reinigung

Prüfverfahren sollen entwickelt werden,

der Praxis ausgeschöpft werden können.

Die Reinigung von Maschinen und An-

um den Zustand der Anlagen zu erfas-

Beispielsweise könnten schnelle Zugriffe

lagen nimmt eine zentrale Stellung im

sen, den optimalen Wartungszeitpunkt

auf wichtige Lebenszyklus- und MRO-

MRO-Prozess ein. Dabei sind sowohl die

abzuleiten und die Restlaufzeit einzelner

Informationen sichergestellt, Schnitt-

Reinigungsverfahren als auch die Anwen-

Baugruppen oder ganzer Anlagen abzu-

stellenkonflikte zwischen verschiedenen

dungsbereiche breit gefächert. Für die

schätzen. So liefert Condition Monitoring

Multiplayer-Systemen beseitigt oder

Reinigung aus optischen Gründen besteht

als Mittel für die zustandsbasierte Wartung

Fernwartungsarbeiten mit mobilen Tele-

insbesondere bei Verkehrsmitteln ein

zukünftig wichtige Informationen über

kooperationsgeräten über schmalbandige

hoher Bedarf. Die präventive Reinigung

den Zustand der Anlagen. Es trägt dazu

Verbindungen ermöglicht werden. Darüber

ist zur Bewahrung der Funktion oder des

bei, die Lebensdauer besser auszuschöp-

hinaus können auch Papierzeichnungen,

Wirkungsgrades notwendig. Kostspielige

fen und Wartungsintervalle zu verlängern.

Baugruppen und komplexe Produkte

Ausfälle und Reparaturen von Maschi-

Durch das Vermeiden von Ausfällen

sowie Anlagen mit geringem Aufwand

nen und Anlagen werden vermieden

aufgrund ungeplanter Wartungsarbeiten

in 3-D-Modelle überführt werden. Ein

beziehungsweise reduziert. Reinigung als

wird die Gesamtverfügbarkeit von Anlagen

weiteres Thema ist die Kostensenkung

Reparatur- oder Fertigungsverfahren ist vor

erhöht. Eine technisch und organisatorisch

durch systematische und bedarfsorientierte

allem bei der Entfernung von Funktions-

optimierte Instandhaltung gewährleistet

MRO-Planung und –Unterstützung sowie

schichten erforderlich. In allen drei Feldern

einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb

durch die schnelle Reaktion bei wechseln-

sollen flexible und ökoeffiziente Verfahren

komplexer technischer Anlagen.

den Produktzuständen.

entwickelt und etabliert werden.

FUTUR 1/2011

19

Turbinenbauteile aus verschleißfesten Werkstoffen sind besonders schwer zu reparieren (© Siemens AG).

Steckbrief

►►Reparaturtechnologien

Aktuelle FuE-Themen:

Ziel: Entwicklung und Etablierung

Kostenintensive Maschinen und Anlagen

► Condition Monitoring für Leistungs-

res­sourcen­schonender und energieeffizienter

rentieren sich meistens erst, wenn sie

elektronik in der Fotovoltaik

über eine lange Nutzungsphase betrieben

► Intelligentes Condition-Monitoring-

werden. Um diese Dauer gewährleisten zu

Modelle, Algorithmen, autonome

können, müssen verschlissene Teile entwe-

Mikrosysteme

der repariert oder Ersatzteile gefertigt werden. Bei hochwertigen Bauteilen bietet die

► Automatische, multisensorielle Radlaufflächenprüfung

MRO-Prozesse und -Techno­lo­gien in der Hauptstadt­region.

Innovationsfelder: Zustandserfassung und -diagnose, MRO-Planung und digitale Unterstützung, Reinigung, Reparaturtechnolo­gien.

Reparatur gegenüber dem Austausch ein

►Langzeitverfügbarkeit von Elektronik

Laufzeit: März 2009 bis März 2012

großes Einsparungspotenzial. Die Anfor-

► CO2-Strahlreingung und zustands-

Partner: 3 Forschungsinstitute, 2 Hoch­

derungen von neuen Reparaturverfahren

basierte Digitalisierung für MRO-

schulen, 14 Wirtschaftsunternehmen,

sind durch hohe Ansprüche an Flexibilität

Prozesse

Institutionen

und Adaptivität des Verfahrens vorgege-

► Entwicklung eines tragbaren Rei-

ben. Derzeit werden diese Anforderungen

nigungs- und Repariersets für ON-

überwiegend durch manuelle Tätigkeiten

Wing-Maintenance

bewerkstelligt. Dieses Vorgehen ist sehr kosten- und zeitintensiv und beinhaltet immer das Risiko, dass die Endqualität vom Mitarbeiter maßgeblich beeinflusst wird.

Eine Automatisierung des Prozesses trägt sowohl zur Produktivitäts- als auch zur

► Reparaturbaukasten für Triebwerksund Turbinenkomponenten ► Flexibler und effizienter Einsatz von MRO-Betriebsmitteln ► Innovative Werkzeuge und Zerspanungstechnologie

Bund, Länder: Berlin und Brandenburg Finanzierung: Fraunhofer-Gesellschaft, Wirtschaft, Länder Berlin und Brandenburg zu jeweils gleichen Teilen Budget: 16 Mio € (2009 bis 2012) Koordination: Fraunhofer IPK Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

Qualitätssteigerung bei.

Ihr Ansprechpartner Dipl.-Ing. Markus Röhner Telefon +49 30 39006-279 E-Mail: markus.roehner@ipk.fraunhofer.de

20

Forschung und Entwicklung

MRO

Reprofilieren von Schienenrädern Der schienengebundene Verkehr ist einer der wichtigsten Transportwege für den europaweiten Warenaustausch, ebenso wie für den Personenverkehr. Steigende Achslasten und Geschwindigkeiten stellen neue Anforderungen an das Verkehrssystem, an die eingesetzten Werkstoffe, deren Bearbeitung und die daraus resultierende Zuverlässigkeit im Betrieb. Insbesondere der Rad-SchieneKontakt ist entscheidend für den Fahrkomfort und die Sicherheit im Bahnbetrieb. Schwingungen durch diverse Verschleißformen entscheiden über die Lebensdauer aller Baugruppen eines Schienenfahrzeugs, des Gleises und streckennaher Gebäude. Im Rahmen des Fraunhofer-Innovations­clusters »Maintenance Repair and Overhaul (MRO) in Energie und Verkehr« wird der Einfluss der mechanischen Bearbeitung beim Reprofilieren von Rädern schienengebundener Fahrzeuge untersucht.

Dabei werden u. a. mögliche Steigerungen der Laufleistung bei gleichzeitiger Berücksichtigung aller Sicherheitsrichtlinien und Komfortansprüche analysiert.

►►Neue Reparaturverfahren

gungsverfahren Glattwalzen und Drehfrä-

dort abwälzt. In den Rauheitsspitzen des

Werden Radlaufflächen von Schienenfahr-

sen als Reparaturverfahren untersucht.

Materials werden hohe Druckspannungen

zeugen überarbeitet, können vielfältige

erzeugt, die den Werkstoff zum Fließen

Schädigungen und Verschleißphänome-

Mittels Glattwalzen kann der Verschleiß-

bringen und eine Umformung der Rand-

ne auftreten. Die häufigsten sind Risse

entwicklung entgegen gewirkt werden,

schicht im Mikrometerbereich hervorrufen.

in den Laufflächen, Ausbröckelungen,

da das Verfahren Rauheitsspitzen ein­

Die Rauheitsspitzen werden dabei jedoch

Flachstellen und eine damit einherge-

ebnet und Druckeigenspannungen in

nicht umgeknickt. Der Werkstoff fließt

hende Aufhärtung der Randzone sowie

die Oberfläche einbringt. Glattwalzen

stattdessen von Bereichen hoher Druck-

Polygonbildung und Spurkranzverschleiß.

ist ein umformendes Fertigungsverfah-

spannungen in Zonen niedrigerer Druck-

Im Fraunhofer-Innovationscluster MRO

ren zur Feinstbearbeitung metallischer

spannungen und füllt dabei die Täler auf.

werden neben dem aktuell industriell

Oberflächen, bei dem ein Walzkörper

Dadurch wird der Traganteil des Materials

verwendeten Drehprozess auch die Ferti-

gegen eine Oberfläche gepresst wird und

erhöht. Das Verfahren zeichnet sich neben dem Einbringen von Druckspannungen

Reprofilieren von Eisenbahnrädern

und der Erhöhung des Materialtraganteils insbesondere durch die Härtezunahme des bearbeiteten Werkstoffs und sehr geringe Rautiefen aus.

Herkömmliche Drehprozesse erzeugen unabhängig vom verwendeten Schneidstoff und der Werkzeuggeometrie nicht brechende Wendelspäne. Deshalb wird das Drehfräsen als ein weiteres mögliches Fertigungsverfahren in Betracht gezogen.

Aufgrund der Kinematik des Drehfräsens sind kurz brechende Späne zu erwarten.

Zudem kann durch die Auswahl geeigneter Schnittparameter ein sehr hohes Zeitspanvolumen erreicht werden. Desweiteren ist die generierte Oberfläche mit ihren

FUTUR 1/2012

Topographieeigenschaften metallischer Oberflächen nach dem Drehfräsen

21

Messtechnische Einrichtung zur Schwingungsaufnahme am Tribologieprüfstand

Maintenance of Railway Wheels

speziellen topographischen Eigenschaften

einer Dehnmessstreifenbrücke das Schwin-

weniger durch Zugeigenspannungen

gungsverhalten und die Entwicklung der

belastet, was einen positiven Einfluss auf

Anpresskraft überprüft. Die aufgebrachte

The reprofiling of worn wheel surfaces is a

den tribologischen Rad-Schiene-Kontakt

Flächenpressung beträgt 1000 Newton.

crucial step in the maintenance of railway vehicles and places increased demands on

vermuten lässt. Die durch Drehfräsen erzeugte Oberflächentopographie, die keine

►►Vielversprechende Analysen

the machining process. In particular, the

Vorschubkämme wie beim klassischen

Erste Ergebnisse zeigen, dass sowohl die

various forms of wear due to the wheel-

Drehprozess aufweist, lässt zudem bes-

Nachbearbeitung mittels Glattwalzen

rail contact influence the complexity of the

sere Randzoneneigenschaften nach dem

durch die geringere Oberflächenrauheit als

machining strategy. The objective of the

Einlaufprozess des Rades auf der Schiene

auch das Drehfräsen zu einer Steigerung

research project is to analyze and improve

erwarten.

der Laufruhe beitragen. Analysen des

the technological process conditions during

Schwingungsverhaltens und Messmetho-

the reprofiling of the tread of wheel. For

►►Tribologieprüfstand

den mit akustischen Kriterien beweisen

this purpose, the influence of the gener-

Zur Prüfung des tribologischen Verhal-

das gleichermaßen. In weiteren FuE-Ar-

ated surface properties such as roughness,

tens wurde in Zusammenarbeit mit der

beiten wird die Entwicklung der Randzo-

topography, hardness, or material properties

Bundesanstalt für Materialforschung und

neneigenschaften mittels Querschliffen im

on the resistance to wear in the wheel-rail

-prüfung (BAM) auf Basis einer Drehma-

Rasterelektronen­mikroskop untersucht.

contact are analyzed and evaluated.

schine ein Tribologieprüfstand konstruiert

Damit wollen die Wissenschaftler mittel-

und gefertigt, der es ermöglicht, den

fristig zur Steigerung der Laufleistung von

Rad-Schiene-Kontakt durch zwei gegen­

Rädern im schienengebundenen Verkehr

einander laufende Scheiben zu simulieren.

beitragen.

Auf dem Versuchsstand können hinreichend große Probenkörper untersucht werden, wodurch reale Schnitttiefen von 8 mm während der mechanischen Bearbeitung angewendet werden können. Die im Prüfstand verwendete Messtechnik erlaubt

Ihr Ansprechpartner

darüber hinaus die frühzeitige Diagnose

Dipl.-Ing. Stefan Gebhard

von Verschleißerscheinungen. Zu diesem

Telefon: +49 30 314-23140

Zweck werden mittels Piezosensorik und

E-Mail: gebhard@iwf.tu-berlin.de

22

Forschung und Entwicklung

MRO

Kopfsache – Reinigen von Turbinenkomponenten Werden komplexe Anlagen wie Flugzeugtriebwerke oder stationäre Gasturbinen gewartet, müssen sie zum großen Teil vorher demontiert werden. Grund dafür ist, dass die einzelnen Anlagenelemente oft nur schwer zugänglich sind. Die vor allem manuelle De- und Remontage stellt allerdings einen erheblichen Zeit- und Kostenfaktor dar. Wissenschaftler am IWF entwickeln deshalb einen miniaturisierten leistungsstarken Bearbeitungskopf, der die Reinigung von großen Anlagen im montierten Zustand erlaubt.

Gereinigter Bereich einer Turbinenschaufel (links, Streifenbreite der Entschichtung: 20 mm) und mit freigelegter Beschädigung (mitte und rechts)

Komplexe Anlagen ohne vorherige Demontage zu reinigen, würde nicht nur die Wartungskosten senken, sondern auch die Zeit der Betriebsunterbrechung reduzieren. Das Konzept des Bearbeitungskopfs

►►Druckluftstrahlverfahren

umfasst dabei sowohl die Anwendung von

Das Druckluftstrahlen mit beständigen

Fertigungsverfahren mit beständigen und

Strahlmitteln, in der Regel Glasperlen, ist

unbeständigen Strahlmitteln wie Glasper-

derzeit das Standardreinigungsverfahren für betriebsbedingt verschmutzte Turbinen-

len oder Trockeneis, als auch den Einsatz von Schleifverfahren. Ziel ist eine flexible

Untersuchungen zum Reinigen bzw. Ent-

komponenten in demontiertem Zustand.

in-situ Bearbeitung. Das Werkzeug wird

schichten verschmutzter Turbinenschaufeln

Mit Hilfe verschiedener Grundlagenunter-

dabei durch vorhandene Boroskopbohrun-

mithilfe verschiedener Strahlverfahren und

suchungen wurde zunächst ein Lastenheft

gen mit Durchmessern zwischen einem

-düsen durchgeführt und die so erzielten

erstellt, das die besonderen Anforderungen

halben bis zu einem Zoll eingeführt und

Oberflächenqualitäten ausgewertet. In

einer in-situ-Bearbeitung beschreibt. Auch

kann so die jeweilige Anlage bearbeiten.

Anlehnung an die DIN EN ISO 8501-1

der Einfluss wesentlicher Einstellparameter

wurde dazu die Entschichtungsqualität

auf das Entschichtungs- bzw. Reinigungser-

►►Enger Bearbeitungsspielraum

anhand von Vergleichsproben bewertet.

gebnis wurde dokumentiert.

Die Herausforderung für die Strahlverfah-

Zum Einsatz kamen das Druckluftstrahlen

ren liegt vor allem darin, die Düsengeome-

sowie das (Rein-) Wasserstrahlen. Vorab

Grundsätzlich nimmt die Reinigungsleis-

trie an den stark eingeschränkten Bewe-

wurden mögliche Verschmutzungsgrade

tung mit sinkendem Arbeitsabstand zu.

gungsspielraum anzupassen. Insbesondere

an Schaufeln aus dem Luftverkehr und

Dies ist auf die steigende Energiedichte

der sehr geringe Abstand zwischen

Energiesektor umfassend untersucht. Die

zurückzuführen. Wird allerdings ein be-

Strahldüse und Werkstück ist in diesem

Schichten bestanden hauptsächlich aus

stimmter Abstand unterschritten, nimmt

Zusammenhang zu nennen. Die IWF-Wis-

Oxid und variierten erheblich in Dicke und

die Reinigungsleistung durch folgenden

senschaftler haben deshalb experimentelle

Homogenität.

Effekt ab: Nach dem Auftreffen des Strahl-

Robotergeführter Wasserstrahlbearbeitungskopf

Cleaning of turbine components

mittels auf das Werkstück bewegt sich ein

Der Strahl, der die Düse verlässt, wird

Teil des abprallenden Strahlmittels wieder

somit nicht beeinträchtigt. Da kein festes

zurück in Richtung Düse. Je kleiner der

Strahlmittel zugemischt wird, ist eine

Due to limited accessibility the maintenance

Arbeitsabstand gewählt wird, desto größer

gekrümmte Düsenform ohne erheblichen

of complex constructions such as aircraft

ist die Interaktion zwischen dem aus der

einseitigen Düsenverschleiß möglich.

engines and steam or gas turbines is usually

Düse austretenden und dem zurückpral-

Durch unterschiedliche Düsentypen lassen

performed in disassembled state. Especially

lenden Strahlmittel, was zur Abnahme

sich Tropfen bilden, die beim Aufprall auf

the manual process of assembling and

der Reinigungsleistung führt. Dieser Effekt

die Werkstückoberfläche ähnlich wie Fest-

disassembling is a significant time and cost

hängt von einer Vielzahl verschiedener

stoffpartikel wirken. Sie müssen allerdings

factor. Therefore, research engineers at IWF

Parameter ab. Dazu gehören u. a. der

nach der Bearbeitung nicht entfernt bzw.

are developing a miniaturized and powerful

Abrasivmassenstrom, die Größe sowie der

entsorgt werden. Des Weiteren werden

cleaning tool to operate on large construc-

Auftreffwinkel des eingesetzten Strahlmit-

keine zusätzlichen Fremdstoffe in die

tions in assembled state.

tels und der Arbeitsdruck. Die Reinigung

Turbine eingebracht. Durch den genau

mit einem unbeständigen Strahlmittel wie

einstellbaren Arbeitsdruck können sowohl

festem Kohlendioxid erwies sich nur bei

leichte, als auch starke Verschmutzungen

schwach verschmutzten Komponenten als

prozesssicher entfernt werden, ohne das

zielführend. Grund dafür ist die geringe

Grundmaterial zu schädigen. Darunter

Härte der Trockeneis-Pellets.

liegende Bauteilbeschädigungen können damit leichter entdeckt werden.

►►Wasserstrahlverfahren Das Reinwasserstrahlverfahren ist ein viel-

Mit Abschluss des Projekts wird sowohl

versprechender Ansatz, um kleinflächige

die Entwicklungsmethodik, als auch ein

Verschmutzungen zu entfernen, die nicht

Konzept für einen Prototypen des Bear-

frei zugänglich sind. Die standardisierten

beitungskopfes zur Verfügung stehen.

Düsengeometrien sind im Vergleich zu den

Dieser wird speziell an die Anforderungen

Druckluftdüsen erheblich kleiner, wodurch

der Partnerfirmen im Innovationscluster

die Handhabung in engen Arbeitsräu-

MRO angepasst. Darüber hinaus wer-

men vereinfacht wird. Im Gegensatz zum

den Service-Richtlinien erarbeitet, die

Druckluftstrahlen ist es möglich, den

Unternehmen dabei unterstützen sollen,

Arbeitsabstand bis auf wenige Millimeter

die Reinigung zukünftig bereits bei der

zu reduzieren, da das Strahlmittel Was-

Entwicklung von Turbinenkonzepten zu

Ihr Ansprechpartner

ser nach dem Auftreffen auf die Werk-

berücksichtigen.

Dipl.-Ing. Robert Hollan

stückoberfläche seitlich ausweicht und

Telefon: +49 30 314-22413

nicht zurück zur Düse reflektiert wird.

E-Mail: hollan@iwf.tu-berlin.de

24

Forschung und Entwicklung

MRO

Turbinenschaufeln robotergestützt reparieren

Turbinenschaufeln sind hoch spezialisierte und beanspruchte Komponenten. Für eine strömungstechnisch optimale Auslegung in modernen Turbostrahltriebwerken oder stationären Gasturbinen im Heißgasbereich unterliegen sie oftmals geringen Fertigungstoleranzen. Zudem werden immer häufiger fertigungstechnisch komplexe integrale Bauteile, so genannte »Blade Integrated Disks (Blisk)« eingesetzt. Solche Triebwerkskomponenten sind kapitalintensive Produkte, deren Reparatur oftmals wirtschaftlicher als ein Komplettaustausch ist. Der Optimierung notwendiger Reparaturen widmet sich eine Forschungsgruppe von IWF und Fraunhofer IPK.

Eine typische Reparaturkette für Turbinenschaufeln besteht aus den Schritten Reinigen, Inspizieren, Heraustrennen schadhafter Bereiche, Auftragschweißen, Rekonturieren, Einstellen der geforderten Oberflächenqualität und eventuell abschließendem Strahlen. Vor allem spanende Fertigungsschritte dieser Reparaturkette, wie die Oberflächenbearbeitung durch Schleifen, werden meist noch manuell durchgeführt. Das verlangt ein hohes Maß an Erfahrung und Expertenwissen und schränkt verfügbare Reparaturkapazitäten ein. Ziel der Ingenieure von IWF und Fraunhofer IPK ist es daher, diese Arbeitsschritte teilweise oder komplett zu automatisieren. Damit wollen sie Reparaturkapazitäten erhöhen, die Reproduzierbarkeit von Reparaturen gewährleisten und Reparaturkosten senken.

►►Robotergestützte Bearbeitungs­systeme Jeder Schaden ist einmalig. Deshalb erfordert eine automatisierte Reparatur eine adaptive Prozesskette. Das bedeutet, dass Prozessschritte und -parameter individuell an die jeweilige Aufgabe angepasst werden müssen. Aufgrund ihrer hohen Flexibilität

Manuelle Reparatur von Turbinenschaufeln (© Siemens AG)

eignen sich dafür besonders roboterge-

Produktionstechnischen Zentrum (PTZ) re-

genauigkeiten bei hohen Reaktionskräften

stützte Bearbeitungssysteme. Sie bieten im

alisierten Demonstratorzelle ist ein 6-Achs-

zu realisieren, wird eine Kraftsteuerung auf

Vergleich zu konventionellen Werkzeugma-

Knickarm-Roboter. Mit ihm können selbst

Antriebsebene eingesetzt. Gegenüber der

schinen auch Vorteile durch einen größeren

komplexe Geometrien wie die freigeform-

manuellen Bearbeitung wird dadurch au-

Arbeitsraum und vergleichsweise geringe

ten Oberflächen einer Turbinenschaufel

ßerdem das Beschädigungsrisiko gesenkt.

Investitionskosten. Das Herzstück der im

bearbeitet werden. Um ausreichende Bahn-

Der werkstückgeführte Prozess ermöglicht

FUTUR 1/2012

Roboterzelle zum adaptiven Bandschleifen am PTZ

25

Kraftgesteuerter Bandschleifkopf in der Roboterzelle

eine individuelle Herstellung der gewünsch-

bei der adaptiven Schleifbearbeitung einfa-

ten Oberflächengüte an der jeweiligen

cher Freiformflächen Arbeitsergebnisse mit

Bearbeitungsstation. Für kraftgeführte

einer Genauigkeit von unter 20 Mikrometern

Zerspanprozesse auf Freiformflächen mittels

in weniger als drei Schritten erzielt werden.

Robotern bieten sich außerdem Schleifmit-

Durch eine Kombination der Kraftregelung

tel auf Unterlage an, da diese der Kontur

mit einer Vorschubsteuerung sind dabei

flexibel folgen können.

lokale Abtrennraten auf wenige Mikrometer einstellbar.

►►Reparaturen genau planen Für die automatisierte Reparatur von Turbi-

►►Technologiedatenbank

nenschaufeln entwarfen die Wissenschaft-

Hochgenaue Arbeitsergebnisse werden nur

ler eine intelligente Prozesskette, die mit

durch eine optimale Wahl von Bearbeitungs-

Repairing turbine blades

einer vollständigen Vermessung des zu be-

strategie und -parametern erreicht. Deshalb

with robot assistance

arbeitenden Bauteils beginnt. Dafür setzen

werden die Wissenschaftler im nächsten

sie einen flächenhaft messenden optischen

Schritt eine umfassende Technologiedaten-

Turbine fan blades are highly specialized

3-D-Scanner ein. Der Scanner basiert auf

bank erstellen, aus der Anwender je nach

and strained components. For ideal fluid

dem Messprinzip der Streifenprojektion und

Bedarf alle wesentlichen Prozessparameter

dynamic design in modern aero engines and

kann komplex geformte Bauteile in kurzer

wie Anpresskraft, Vorschub- und Schnittge-

high temperature stationary gas turbines,

Zeit mit hoher Genauigkeit digitalisieren.

schwindigkeit ableiten können.

the fan blades are often subject to close production tolerances. Furthermore, an

Das erstellte Polygon­netz wird mittels Transformation über Referenzpunkte zu

Dafür werden z. B. die exakten Abtrennra-

increasing number of complex integral

dem nominalen CAD-Datensatz ausge-

ten verschiedener Schleifband- und Werk-

components such as »blade integrated

richtet, um einen automatisierten Soll-Ist-

stoffkombinationen in Testreihen ermittelt.

disks (Blisk)« is used in turbine design. Due

Vergleich durchzuführen. Als Schnittstelle

Bei der Bearbeitung von Nickel-Basis-Le-

to the high cost of such components, a

für die Bahngenerierung und Simulation

gierungen haben sich hochharte Diamant-

repair is often more cost-effective than a

steht mit ROBOTMASTER für MASTERCAM

Schleifbänder als vorteilhaft gegenüber

complete replacement of a damaged part.

eine leistungsfähige CAM-Umgebung

konventionellen Korund-Schleifbändern er-

The optimization of repair processes is the

zur Verfügung. Auf diese Weise wird die

wiesen. Grund dafür ist ihr sehr gutes statio-

subject of a joined research group at IWF

robotergestützte Bearbeitung nur an den

näres Verhalten mit geringer Einschleifpha-

and Fraunhofer IPK.

Stellen durchgeführt, an denen eine lokale

se. Noch detailliertere Kenntnisse über das

Abweichung zur gewünschten Geometrie

genaue Abtrennverhalten von hochharten

besteht. Das spart Zeit und Kosten.

Schleifbändern auf Nickel-Basis-Legierungen zu gewinnen, ist ein weiteres Forschungs-

Der anschließende Fertigungsschritt roboter­

ziel der Wissenschaftler. Sie werden künftig

Ihr Ansprechpartner

gestütztes Bandschleifen lässt sich iterativ

vor allem den Einfluss der lokalen Geome-

Dipl.-Ing. Florian Heitmüller

so lange wiederholen, bis die gewünschte

trie und ihrer Krümmungsänderung bei

Telefon: +49 30 314-24962

Bauteilqualität erreicht wird. Bisher konnten

Freiformflächen genauer untersuchen.

E-Mail: heitmueller@iwf.tu-berlin.de

26

Forschung und Entwicklung

Werkzeugmaschinen

Laser-Pulver-Auftragschweißen als Reparaturverfahren Der Bedarf an innovativen Reparaturtechnologien steigt zusehends. Insbesondere das Laser-Pulver-Auftragschweißen rückt dabei in den Fokus des Interesses. Mit Hilfe dieses Verfahrens lassen sich Bauteile aus unterschiedlichsten Werkstoffen wiederherstellen: Dazu gehören metallische Standardwerkstoffe wie Edel-, Werkzeug- oder Vergütungsstähle sowie Titan-, Kupfer- oder Nickellegierungen. Selbst Bauteile aus Sphäroguss können damit bearbeitet werden. Im Vergleich zu konventionellen Verfahren bietet Laser-Pulver-Auftragschweißen durch den definierten Wärmeeintrag und den endkonturnahen Materialauftrag qualitative sowie wirtschaftliche Vorteile. Forscher am Fraunhofer IPK qualifizieren die Technologie für die Reparatur von hochpräzisen Bauteilen und temperaturempfindlichen Werkstoffen.

Trumpf TruLaser Cell 7020

der sehr exakt kontrolliert werden kann.

Die Ergebnisse sind auf diese Weise sehr gut reproduzierbar. Zudem ist der Wärmeeintrag lokal begrenzt. Dadurch wird das Bauteil insgesamt nur gering erwärmt.

Verzug entsteht kaum bis gar nicht. Das Verfahren ist damit sehr gut für hochpräzise Bauteile wie Formwerkzeuge geeignet.

Auch die thermische Beeinträchtigung von temperaturempfindlichen Werkstoffen ist gering. So ist z. B. die Reparatur von Teilen aus hochwarmfesten Nickelbasislegierungen möglich. Konventionelle Schweißverfahren hingegen erfordern einen deutlich höheren Energieeintrag, der sich nachteilig Für die Optimierung der Reparaturtechno-

►►Laser-Pulver-Auftragschweißen

auf einen Verzug des Bauteils sowie das

logie steht am Fraunhofer IPK eine Trumpf

Beim Laser-Pulver-Auftragschweißen wird

Gefüge des Werkstoffs auswirkt.

TruLaser Cell 7020 mit einem Zwei-Kilowatt-

ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff auf ein

Scheibenlaser zur Verfügung. Der Bearbei-

bestehendes Bauteil aufgeschweißt. Dabei

Beim Laser-Pulver-Auftragschweißen

tungskopf wird über eine 5-Achs-Maschine

schmilzt der Laserstrahl einen kleinen Be-

findet der Materialauftrag endformnah

im Raum bewegt. Die zu reparierenden

reich der Oberfläche auf. Gleichzeitig wird

mit großer Präzision statt. Der Aufwand

Bauteile werden mit Hilfe eines Dreh-Kipp-

ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff in das

für eine spanende Nachbearbeitung ist

Tisches ausgerichtet, der durch seine flexible

Schmelzbad eingebracht. Der Zusatzwerk-

daher gering, womit das Verfahren auch

Bauteilpositionierung die Bearbeitung auch

stoff verbindet sich schmelzmetallurgisch

wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt.

komplexer, dreidimensionaler Oberflächen

mit dem Bauteil und bildet eine poren-

ermöglicht. Die Fraunhofer-Forscher erwei-

und rissfreie Schicht.

►►Einsatz als Reparaturverfahren Eine Reparatur umfasst mehrere Arbeits-

tern die Einsatzpotenziale des Laser-PulverAuftragschweißens speziell auf die Reparatur

Der Laserstrahl zeichnet sich durch eine

schritte: Zur Vorbereitung gehört die

moderner, hochpräziser Bauteile und tempe-

hohe Leistungsdichte aus. Von Vorteil ist

Reinigung und geometrische Erfassung

raturempfindlicher Werkstoffe erweitern.

auch der stark fokussierte Energieeintrag,

der beschädigten Stelle sowie nach Bedarf

FUTUR 1/2011

27

Auffüllen von Nuten mittels Laser-Pulver-Auftragschweißen

eine spanende Bearbeitung. Anschließend

ein feinkörniges Gefüge entsteht. Durch

Laser powder cladding

erfolgt der Wiederaufbau mittels Laser-

eine passende Schweißvorrichtung kann

as a repair technology

Pulver-Auftragschweißen. Dabei wird mit

die Wärmeabfuhr aus dem Bauteil und

mehreren Lagen solange neues Material

damit die Feinkornbildung weiter verbes-

In recent years, the relevance of laser

aufgetragen, bis die gewünschte Form

sert werden.

powder cladding as an innovative repair technology is continuously increasing. This

wiederhergestellt ist. Abschließend wird, falls nötig, eine spanende Bearbeitung

►►Potenziale und Perspektiven

technology facilitates the reparation of

durchgeführt, um die Originalmaße wieder

Die Füge- und Beschichtungstechnikex-

components made from all types of materi-

zu erreichen oder die Oberflächenqualität

perten des Fraunhofer IPK haben umfang-

als, including stainless, tempered or tool

zu erhöhen. Reparierte Bauteile sind im

reiche Erfahrungen bei der Simulation

steel and titanium- or nickel-based alloys.

Anschluss sofort wieder einsatzbereit.

von schweißbedingten Phänomenen wie

Spheroidal graphite iron parts can also be

Eigenspannungen und Verzug gesam-

repaired. Components overhauled with laser

Von den Vorteilen des Verfahrens pro-

melt. Diese Kenntnisse werden sie nun

powder cladding are in every aspect equal

fitieren insbesondere die Gießerei- und

in weiteren FuE-Arbeiten auf das Laser-

to their factory-new counterparts. Due to its

Spritzgusstechnik sowie der Formen-

Pulver-Auftragschweißen übertragen. Ins-

low heat input and near net shape material

bau. Kostenintensive und aufwändige

besondere für die Reparatur von Präzisi-

deposition, laser powder cladding offers

Werkzeuge müssen nicht mehr vorzeitig

onsbauteilen können so bereits im Vorfeld

superior quality and economic benefits com-

entsorgt werden, sondern können nach

Aussagen über Bauteilverzüge getroffen

pared to conventional welding methods.

einer Reparatur wieder in den Betrieb

werden. In Zukunft soll das Verfahren

The experts at Fraunhofer IPK qualify the

gehen. Auch bei Turbinenschaufeln wird

darüber hinaus für den mobilen Einsatz

technology for the repair of high-precision

das Verfahren häufig eingesetzt. Neben

bereit stehen. Reparaturen direkt an der

components and heat sensitive materials.

Schaufeln aus hochwarmfesten Nickel-

Maschine durchzuführen verringert die

basislegierungen lassen sich verschlis-

Ausfallzeit, da Ein- und Ausbau des Werk-

sene Verdichterschaufeln aus Titan und

zeuges entfallen. Potenzial bietet nicht

Titan-Legierungen reparieren. Um eine

zuletzt auch die weitere Automatisierung

Versprödung zu vermeiden, wird bei Titan

des Reparaturprozesses. Ziel ist es, nach

besonderer Wert auf die Schutzgasabde-

einer Erkennung der beschädigten Stel-

Ihr Ansprechpartner

ckung gelegt. Die Prozessparameter der

len, z. B. durch optische Verfahren, die

Dipl.-Ing. Benjamin Graf

Reparaturschweißung werden so gewählt,

notwendigen Schweißbahnen zur Repara-

Telefon: +49 30 39006-375

dass bei hohen Abkühlgeschwindigkeiten

tur automatisch zu berechnen.

E-Mail: benjamin.graf@ipk.fraunhofer.de

28

Forschung und Entwicklung

Werkzeugmaschinen

Fertigung in Hochgeschwindigkeit

Hochgeschwindigkeitsfertigungsverfahren wie das impulsmagnetische Umformen oder das impulsmagnetische Schweißen bieten vielfältige Chancen, die Bearbeitungsgrenzen metallischer Werkstoffe zu erweitern. Im Rahmen von Forschungsprojekten werden gegenwärtig am PTZ unterschiedliche Themenfelder im Bereich der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von metallischen Werkstoffen untersucht.

In Edelstahl geprägte Geometrien. Die Prägetiefe beträgt 120 µm.

►►Impulsmagnetische

und erlaubt so in Kombination mit einem

Aufgrund der hexagonalen Gitterstruktur

flexiblen Robotersystem unterschiedliche

können konventionelle Umformprozesse,

Impulsmagnetische Fertigungsverfah-

Umformprozesse, z. B. Kompression und

z. B. das Tiefziehen, nur bei Temperatu-

ren basieren auf dem Induktionsprinzip,

Flachumformung, innerhalb der Produk-

ren von 220°C mit industrierelevanten

wobei die in Kondensatoren gespeicherte

tionsstraße durchzuführen. Durch exakt

Umformgraden realisiert werden. Dafür

Energie mittels eines Hochstromschalters

einstellbare Prozessparameter, wie die La-

müssen die Platinen vor dem Umform-

entladen wird. Dabei fließt kurzfristig

deenergie oder den Abstand der Schweiß-

prozess mit einem geeigneten Werkzeug

ein hochfrequenter Starkstrom durch die

partner, ist eine genaue Reproduktion der

erwärmt werden. Dadurch steigen sowohl

Werkzeugspule. Aufgrund des induzier-

Fertigungsergebnisse möglich.

die Kosten, als auch der Energiebedarf für

Fertigungsverfahren

ten Magnetfeldes werden im elektrischen leitfähigen Werkstück Wechselströme erzeugt, wodurch es zu einer Abschirmung

die Umformung von Magnesiumblechen.

►►Impulsmagnetische Umformung bei Raumtemperatur

Eine Alternative ist das impulsmagnetische

des Magnetfeldes kommt. Die resultieren-

Der Einsatz verschiedener Leichtbauwerk-

Umformen von Magnesiumlegierungen.

de Lorentzkraft wirkt dabei in nur wenigen

stoffe bietet die Möglichkeit der Gewichts-

Die Vorteile gegenüber konventionellen

Mikrosekunden als magnetischer Druck

reduktion in unterschiedlichen Anwen-

Umformverfahren liegen in prozessspezifi-

auf die Werkstückoberfläche und führt zur

dungsfeldern der Produktionstechnik. Bei

schen Wirkmechanismen, die eine quasi-

plastischen Umformung des Werkstücks

metallischen Werkstoffen treten besonders

adiabate Umformung des Werkstücks zur

oder zur Verschweißung von zwei Werk-

Legierungen mit Aluminium und Mag-

Folge haben. Das heißt, es fließt keine Wär-

stücken. Aufgrund ihrer kurzen Prozesszeit

nesium als Hauptkomponenten hervor.

me während des Umformvorgangs ab. Eine

eignen sich impulsmagnetische Fertigungs-

Magnesiumlegierungen ermöglichen eine

Umformung der Magnesiumlegierungen

verfahren hervorragend für den Einsatz in

weitere Reduktion der Masse gegenüber

mit industrierelevanten Umformgraden ist

Produktionsprozessen. Die Produktivität

Aluminium um 30 Prozent. Daher eignen

somit auch bei Raumtemperatur möglich.

wird lediglich durch den Ladevorgang der

sie sich besonders für den Einsatz in der

Die dabei wirkenden Mechanismen zu er-

Kondensatoren beschränkt. Die Geometrie

Automobilbranche, vor allem im Bereich

fassen, ist Ziel eines Grundlagenforschungs-

der Werkzeugspule ist variabel gestaltbar

der E-Mobilität.

projekts. Die Wissenschaftler vergleichen

FUTUR 1/2012

29

FLorentz (x,t) ANSYS Emag electromag-

ANSYS AUTODYN explicit

netic simulation

mechanical simulation

Schematische Darstellungsweise der Kopplung von elektromagnetischer (links) und strukturdynamischer Simulation (rechts).

Schematische Darstellung der impulsmagnetischen Umformung am Beispiel einer Kompressionsspule

hier impulsmagnetisch umgeformte mit

Für die Untersuchungen wurde ein spezi-

konventionell umgeformten Blechen.

elles Werkzeugsystem entwickelt: Mit Hilfe

Anhand vorab bestimmter Parameter, z.

eines Magentfeldes wird das Prägewerk-

B. der Härte in der Umformzone, sowie

zeug innerhalb weniger Millimeter auf

entsprechender Gefügeuntersuchungen

Geschwindigkeiten von bis zu 50 Metern

wird eine Abgrenzung der Hochgeschwin-

je Sekunde beschleunigt. Der Umformvor-

digkeitsumformung gegenüber der quasi-

gang findet anschließend innerhalb von

statischen Umformung vorgenommen. Die

60 Mikrosekunden statt. Verglichen mit

ermittelten Daten dienen als Grundlage

quasi-statischen Umformungen wird so

für die Entwicklung eines Materialmodells

eine verbesserte Formausfüllung erreicht.

für die Magnesiumlegierung AZ31, das die Anforderungen der Hochgeschwindigkeitsumformung berücksichtigt.

►►Impulsmagnetisches Schweißen von Profilen Der Stoffschluss beim impulsmagnetischen

High-speed manufacturing

►►Prägen höherfesten Stahls

Schweißen entsteht durch die Annäherung

in the metal industry

In einem anderen Forschungsprojekt wird

der Fügepartner auf Atomabstand, die dann

das Prägen höherfesten Stahls untersucht.

eine atomare Verbindung eingehen. Im

High-speed manufacturing processes such

Ziel ist herauszuarbeiten, welche Auswir-

Unterschied zum sonst ähnlichen Spreng-

as magnetic pulse forming or magnetic

kungen ein hoher Energieeintrag durch

plattieren wird hier der Kraftimpuls durch

pulse welding offer a considerable potential

den impulsmagnetischen Antrieb auf den

ein transientes Magnetfeld eingebracht, das

to expand the working limits of metallic

Umformprozess hat. Das Umformverhalten

einfach zu handhaben ist und darüber hin-

materials. Magnetic pulse production pro-

hängt dabei insbesondere von der Um-

aus eine hervorragende Reproduzierbarkeit

cesses are based on the induction principle.

formgeschwindigkeit ab: Zum einen hat

ermöglicht. Die Wissenschaftler charakteri-

The required energy is stored in capaci-

eine hohe Geschwindigkeit thermisch akti-

sieren die Fügeeigenschaften und Fügegeo-

tors. The energy is discharged through a

vierte Prozesse zur Folge, wodurch Wärme

metrien verschiedener Materialkombinatio-

high-current switch. Here, briefly, a high

entsteht. Da diese Wärme auf ein mini-

nen mittels Zugversuch, Härtegradmessung

frequency alternating current flows through

males Volumen konzentriert ist, kann sie

und Mikroskopie. Um langwierige Versuchs-

the tool coil which results in the formation

bei der geringen Prozessdauer nicht in das

reihen sowie nachgehende Analysen zu

of a magnetic field. The induction of eddy

gesamte Werkstück fließen. Zum anderen

reduzieren, wird parallel dazu ein Finite-Ele-

currents in electrically conductive workpiece

sind auch die Duktilität und die Fließspan-

mente (FE)-Modell weiterentwickelt. Dieses

follows. The resulting Lorentz force is then

nung von der Umformgeschwindigkeit

Modell soll durch Kopplung elektrodynami-

used for processing the workpiece within

abhängig. Ebenso verändern sich die Rei-

scher und strukturmechanischer FE-Simulati-

microseconds.

bungsverhältnisse zwischen Werkzeug und

onen helfen, Schweißvorgänge und zugleich

Werkstück bei zunehmender Werkzeug-

die Schweißqualität zu prognostizieren.

geschwindigkeit. Das ist besonders bei der

Außerdem sollen mit Hilfe des FE-Modells

Ihr Ansprechpartner

Prägung von Mikrostrukturen relevant,

künftig parametrische Variationen relevanter

Dipl.-Ing. (FH) Lukas Prasol, M.Sc.

da hier ein hoher Anteil an Wirkflächen

Prozessparameter umgesetzt und Schweiß-

Telefon: +49 30 314-23568

besteht.

prozesse insgesamt optimiert werden.

E-Mail: prasol@iwf.tu-berlin.de

30

Forschung und Entwicklung

Werkzeugmaschinen

Integrierte Prozess- und Maschinensimulation

Um im globalen Wettbewerb zu bestehen, ist es für Unternehmen unerlässlich, ihre Produktivität und Produktqualität stetig zu verbessern. In der spanenden Fertigung kann dies durch die Erhöhung des Zeitspanvolumens bei konstanter Fertigungsgenauigkeit erreicht werden. In Abhängigkeit der Werkzeugmaschinenstruktur, der Prozessparameter und der Komplexität der Bearbeitung können Prozessinstabilitäten auftreten. Dadurch allerdings werden Maßhaltigkeit und Leistungsfähigkeit der Maschine eingeschränkt. Integrierte Prozess-Struktur-Simulationsmodelle können helfen, Prozessplanung und -führung zu optimieren. Die möglichst realitätsnahen Modelle gilt es zu parametrisieren und validieren. Darüber hinaus ermöglichen Echtzeitsimulationen der Strukturdynamik die prozessinterne Diagnose und Überwachung des Bearbeitungsprozesses.

►►Parametrisierung und Validierung

Zur Anregung des Systems kommen hier

Für die Prozessmodellierung sind zahlrei-

Die messtechnische Bestimmung unbe-

vor allem Impulshämmer und Schwin-

che Zerspankraftmodelle verfügbar, deren

kannter Modellparameter zur Beschreibung

gungserreger zur Anwendung. Der Einfluss

Schnittkraftkoeffizienten über Bearbei-

des strukturdynamischen Verhaltens von

der Anregungsart und -amplitude auf die

tungstests ermittelt werden. Ein Dynamo-

Werkzeugmaschinen ist grundlegend

Erfassung der Systemantwort ist nicht zu

meter erfasst die jeweilige Zerspankraft,

für die Simulation von Wechselwirkun-

vernachlässigen. Erfasst wird sie vor allem

wobei dessen Einbringung ins System

gen zwischen Prozess und Struktur. Das

durch Lasertriangulatoren oder -vibrome-

das Prozessverhalten ebenfalls erheb-

dynamische Verhalten der Werkzeug-

ter und Beschleunigungssensoren an der

lich beeinflusst. Zur Validierung werden

maschinenstruktur kann durch Messung

Werkzeugspitze. Letztere können aufgrund

experimentelle Stabilitätskarten erarbeitet.

des Übertragungsverhaltens zwischen

der Eigenmasse des Sensors bei bestimmter

Des Weiteren können Lasertriangulatoren

anregender Kraft und Systemantwort am

Montageart das dynamische Verhalten der

oder Schalldruckpegelmessgeräte ver-

Werkzeugmittelpunkt abgeleitet werden.

Struktur erheblich beeinflussen.

wendet werden. Für die Stabilitätsanalyse ist außerdem die Bewertung des Anteils selbsterregter Schwingungen im Zerspanprozess nötig.

►►Modellierung dynamischen Verhaltens Das dynamische Verhalten einer Werkzeugmaschine kann, nachdem es messtechnisch erfasst wurde, mit Hilfe von Modellen mathematisch abgebildet werden. Diese Modelle bilden die Grundlage für Simulationen. Die so gewonnenen Ergebnisse dienen dem tieferen Verständnis und folglich der Optimierung des jeweiligen Prozesses oder der Werkzeugmaschinenstruktur. Daneben kann der Einfluss spezifischer Fehlerquellen auf die Fertigungsgenauigkeit analysiert werden.

Analyse der Stabilität von Zerspanprozessen unter Verwendung eines Dynamometers

FUTUR 1/2012

31

(a) gemessene Oberflächentopographie, (b) simulierte Oberflächentopographie, instabiler Fräsprozessunter Verwendung eines Kugelkopffräsers

Integrated Process and Machine Simulation To succeed in the global competition, companies have to constantly increase the Am weitesten verbreitet ist die Finite-Ele-

setzt, da sie unabhängig von vorgegebenen

productivity of their machining processes as

mente-Methode (FEM): Eine Struktur wird

Strukturen anwendbar ist. Die Mehrkörper-

well as the quality of their products. Thus,

mehr oder weniger detailliert in kleine

simulation hingegen wird größtenteils zur

the material removal rate has to be raised,

Volumen unterteilt, in denen eine stück-

Optimierung bereits bestehender Struktu-

while the machining accuracy remains

weise Lösung der Gleichung möglich ist,

ren eingesetzt. SDOF- bzw. MDOF-Systeme

unchanged. The dynamic behavior of the

die das physikalische Verhalten beschreibt.

beschreiben das Übertragungsverhalten an

machine tool structure, the process param-

Auch die Mehrkörpersimulation (MKS) fin-

bestimmten Punkten einer Struktur, z. B.

eters and the complexity of the respective

det häufig Anwendung. Die Struktur wird

an der Werkzeugspitze, und werden daher

process can be hold responsible for instabili-

zwar bei dieser Methode stark vereinfacht,

in erster Linie zur simulativen Optimierung

ties due to undesired, self-excited vibrations.

sie beschreibt allerdings das Verhalten bei

konkreter Prozesse herangezogen.

They limit the dimensional accuracy, thus

entsprechender Dimensionierung sehr

reducing the achievable performance of the

genau. Außerdem kann das dynamische

Um vorab die Oberflächenqualität des

machine tool. Integrated process structure

Verhalten deutlich schneller als bei der

herzustellenden Werkstücks zu beschrei-

simulation models can be used to optimize

FEM berechnet werden.

ben, muss der Prozess simulativ durchge-

the process planning and control. The mod-

führt werden. Dazu wurde in der Ent-

els have to be parameterized and validated

Eine abstraktere Methode ist die Nachbil-

wicklungsumgebung Matlab Simulink ein

by measurement-based analysis. Further-

dung des Nachgiebigkeitsfrequenzganges

MDOF-System mit zwölf Freiheitsgraden so

more, they have to consider the relation

mittels Kombinationen aus Feder-Masse-

dimensioniert, dass der Nachgiebigkeitsfre-

between process and structure to achieve

Dämpfern. Diese finden in Form von Single

quenzgang an der Werkzeugspitze eines

a good correlation to reality. In addition,

Degree of Freedom (SDOF)- oder Multi

5-achsigen HSC-Fräszentrums zu 95 Pro-

real-time simulation of structural dynamics

Degree of Freedom (MDOF)-Systemen

zent korrekt wiedergegeben wird. Darüber

allows in-process diagnostics and monitor-

Verwendung. Dieses Vorgehen ermöglicht,

hinaus wurde eine geometrische Zerspan-

ing of the machining process.

dass das Schwingverhalten der Werk-

simulation in Matlab entwickelt und mit

zeugspitze im Zeitbereich und in Echtzeit

dem MDOF-System gekoppelt. Damit ist es

mathematisch nachvollzogen wird.

möglich Oberflächentopographien, die im

►►Simulation dynamischen Verhaltens

jeweiligen Bearbeitungsprozess entstehen,

Ihre Ansprechpartner

simulativ vorwegzunehmen. In allen Test-

Dipl.-Ing. Patrick Rasper

läufen stimmten die Ergebnisse zu mindes-

Telefon: +49 30 314-24452

Je nach Anwendungsbereich bieten die

tens 80 Prozent mit der Realität überein.

E-Mail: rasper@iwf.tu-berlin.de

Methoden Vor- und Nachteile. Die Finite-

Ferner gelang es, bestimmte Oberflächen-

Elemente-Methode wird vorrangig zur

phänomene, die durch instabile Prozesse

Dipl.-Ing. Jan Mewis

Optimierung von Konstruktionen einge-

hervorgerufen wurden, abzubilden.

Telefon: +49 30 314-23998 E-Mail: jan.mewis@iwf.tu-berlin.de

32

Forschung und Entwicklung

Werkzeugmaschinen

Mikrostrukturierte Zahnräder für Windkraftanlagen Das Bestreben nach nachhaltiger Ressourcennutzung wächst zusehends.

Themen wie Erhöhung der Leistungsdichte, Funktions­sicherheit und Zuverlässigkeit sowie Verringerung des Energieverbrauchs während der Fertigung und im Betrieb stehen daher im Fokus wissenschaftlicher Diskurse. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert im Rahmen eines Schwerpunktprogramms die Erforschung ressourceneffizienter Konstruktionselemente. Das Institut für Mechanik und das IWF der TU Berlin untersuchen dazu gemeinsam Optimierungspotenziale im Fertigungsprozess und Betriebsverhalten von Zahnrädern für Offshore-Windkraftanlagen.

Unterschiedlich strukturgeschliffene Oberflächen von Zahnrädern

Offshore-Windkraftanlagen stellen im

Mischreibung mit Scherung entstehen,

►►Der Untersuchungsaufbau

Bereich der erneuerbaren Energien einen

die mikroskopische Oberflächenschä-

Zahnräder werden industriell durch diskon-

zukunftsträchtigen Markt dar und kön-

den zur Folge hat. Eine Reduktion der

tinuierliches Zahnflanken-Profilschleifen

nen einen hohen Beitrag zur nachhalti-

Oberflächenrauheit kombiniert mit einer

gefertigt. Allerdings werden dabei unidi-

gen Ressourcennutzung leisten. Entschei-

gezielten Strukturierung der Oberflä-

rektionale Bearbeitungsspuren auf den

dender Faktor für den ökonomischen und

che und angepassten Modifikation der

Zahnflanken generiert, die Nachteile in

ökologischen Erfolg der Anlagen ist die

Zahngeometrie verspricht eine höhere

der Einlaufphase der Zahnräder und beim

Zuverlässigkeit des Getriebes, da War-

Lebensdauer und Leistungsdichte der

Schmierfilmaufbau mit sich bringen. Im

tung und Reparatur auf See mit hohem

Zahnradpaarungen. Die Strukturierung

laufenden Forschungsvorhaben wird der

Ressourceneinsatz verbunden sind.

der Oberflächen führt zu einer mini-

Schleifprozess kinematisch moduliert, um

mierten Einlaufphase, einer höheren

den Einfluss unterschiedlicher Prozess-

►►Einflussgrößen von Zahnrädern

Tragfähigkeit und einer verbesserten

stellgrößen auf die Mikrostrukturierungen

Die Lebensdauer eines Zahnrades hängt

Schmierfilmausprägung im Betrieb. Die

an der Zahnflanke zu analysieren und zu

insbesondere von der Geometrie und

Herausforderung in der Fertigung der

optimieren. Auch die Wechselwirkungen

der Oberflächenbeschaffenheit der

modifizierten Zahnflanken besteht darin,

zwischen der 3D-Zahnflankentopographie

Zahn­flanke ab. Auch der Schmierstoff

einen flexiblen und effizienten Bearbei-

und dem Reibverhalten im Betrieb sind

und die Schmierfilmausprägung spielen

tungsprozess zu gewährleisten. Dabei

Gegenstand der Untersuchungen.

eine Rolle. Bei Gleitbewegungen zwi-

sollen die Zahnradeigenschaften ohne die

schen den Zahnflanken und zu geringer

Beanspruchung übermäßiger Fertigungs-

Dazu werden in einem ersten Schritt nu-

Schmierfilmdicke kann eine sogenannte

ressourcen verbessert werden.

merische Simulationen durchgeführt. Da-

FUTUR 1/2012

33

Offshore-Windpark (© Siemens AG)

durch können mögliche 3-D-Oberflächen-

schliffen. Mit Hilfe eines Zahnradversuchs-

Micro-structured gears for offshore

topographien auf ihre Eignung hinsichtlich

standes werden die Strukturen auf ihren

wind turbines

der Verbesserung der Schmierfilmausprä-

Mehrwert geprüft. Herkömmlich geschlif-

gung bewertet werden. Aufbauend auf

fene sowie strukturierte Zahnräder werden

Sustainable use of natural resources is

den simulativ ermittelten 3-D-Strukturen

in Langzeitversuchen mit unterschiedlichen

heading the agenda in both industry and

fertigt eine Universal-Rundschleifmaschine

Lastkollektiven auf ihre Versagensmecha-

science. Life time and reliability of techni-

im konventionellen Einstechverfahren

nismen hin untersucht.

cal products, as well as reduction of energy consumption in manufacturing and opera-

sowie mittels unterschiedlicher axialer Oszillationskinematiken Lagerringe. Unter

Ziel der Wissenschaftler ist es, nach

tion are key-topics of academic research.

Verwendung eines Zwei-Scheiben-Prüf-

Abschluss der Projektarbeiten fundierte

Together with the Institute for Mechanics,

standes wird anschließend der Einfluss der

Aussagen über die Wirkungsmecha-

research engineers at IWF are looking into

variierenden Strukturen auf die Schmier-

nismen beim kinematisch modulierten

the optimization of both the manufactur-

filmausprägung gemessen und auf eine

Zahnflanken-Profilschleifen zu treffen.

ing process and the operating performance

Korrelation mit den Simulationsergebnis-

Das betrifft besonders den Spanbildungs-

of gears for offshore wind turbines. Their

sen geprüft. Nach Abschluss der Testphase

prozess, das Werkzeugverhalten und

reliable functioning is an essential factor

werden vergleichbare Strukturen mit Hilfe

die Oberflächenstrukturierung. Darüber

for the economic and ecological success of

einer Zahnrad-Profilschleifmaschine der

hinaus soll der Gesamtnutzen im Hinblick

wind energy plants. A defined structuring

Firma Niles Werkzeugmaschinen vom Typ

auf die Fertigung und das Einsatzverhalten

of teeth surfaces by abrasive machining

ZE 800 gefertigt. Dabei werden konventi-

der Zahnflankenstrukturierung bilanziert

can improve the lubricant film and reduce

onelle und kinematisch modulierte Profile

werden. Besonderes Augenmerk gilt dabei

the start-up phase during operation. The

auf die Oberflächen der Zahnflanken ge-

der Schmierfilmausprägung.

approach affords an increase of the gear’s service life and therefore, reduces maintenance work at offshore wind turbines.

Ihr Ansprechpartner Dipl.-Ing. Clemens Bäcker Telefon: +49 30 314-23923 E-Mail: baecker@iwf.tu-berlin.de Niles Zahnrad-Profilschleifmaschine (© Niles)

34

Interview

Maschinen, Werkzeuge, Verfahren – komplett aus einer Hand NILES gehört weltweit zu den führenden Herstellern von Zahnradschleifmaschinen und Zahnrad-Profilschleifmaschinen. Das Berliner Traditionsunternehmen ist seit 1997 Mitglied der Kapp Gruppe und bietet u. a. ZahnradProfilschleifmaschinen bis zu einem Kopfkreisdurchmesser von 8 000 mm an. Das Produktionstechnische Zentrum und Niles arbeiten seit vielen Jahren in Forschung und Entwicklung zusammen. Futur sprach mit Werkleiter Dr. Frank Reichel über aktuelle Projekte und die Vorteile von Kooperationen zwischen Wissenschaft und Industrie.

FUTUR: Herr Dr. Reichel, Niles ist ein

wachsen, da sich unser Kundenkreis insbe-

der Problemstellung erfahren. Wir haben

Berliner Traditionsunternehmen mit über

sondere im Bereich der Windkraftindustrie

also sowohl einen zeitlichen, als auch einen

100-jähriger Geschichte. Wieso sind Sie

erweitert hat. Unsere Maschinen sind ein

inhaltlichen Vorsprung.

der verhältnismäßig industrieschwachen

hoch spezialisiertes Hightech-Produkt,

Hauptstadtregion treu geblieben?

dessen Herstellung nur wenige Firmen

FUTUR: Niles ist ein langjähriger Partner

beherrschen. Außer uns gibt es nur zwei

des PTZ. Wie erleben Sie die Beziehung zu

ernstzunehmende Wettbewerber auf der

IWF und Fraunhofer IPK?

Reichel: Niles ist ein Urberliner Unternehmen. Es wurde 1898 gegründet und

Welt. Wenn Sie irgendwo einen Zug, ein

begann damals mit der Lizenzproduktion

Windrad oder einen Bagger in Bewegung

Reichel: Wir haben eine sehr enge Be-

einer amerikanischen Drehmaschine. Seit

sehen – immer dort, wo etwas Großes sich

ziehung zu beiden Instituten. Wir haben

1931 stellen wir Verzahnungsschleifma-

bewegt, können Sie mit Sicherheit sagen,

immer kompetente Partner gefunden, mit

schinen her. Zuerst produzierten wir in

dass Zahnräder eingebaut sind. Und zu

denen wir gut, unbürokratisch und unkom-

Oberschöneweide, dann in Weißensee und

33 Prozent wurden diese Zahnräder auf

pliziert zusammenarbeiten. Wir helfen uns

im Jahr 2000 zog das Unternehmen nach

einer Maschine von Niles geschliffen.

gegenseitig. Eine unserer Maschinen steht

Falkenberg. Hier haben wir ein neues Werk

z. B. seit vielen Jahren am Institut und wird

für aktuell 180 Mitarbeiter gebaut. Wir

FUTUR: Zur Zeit arbeiten Sie mit dem

zu Forschungszwecken genutzt. Auf der

haben uns in Fortsetzung unserer langen

IWF an der Entwicklung eines innovativen

anderen Seite haben wir eine Reihe bilate-

Berliner Geschichte für das neue Gelände in

Schleifprozesses zur Verbesserung der tri-

raler Aufträge vergeben, für die unsere ei-

Falkenberg entschieden. Mittlerweile sind

bologischen Eigenschaften von Zahnrädern.

gene FuE-Abteilung nicht die Zeit hatte. Wir

wir leider das letzte in Berlin verbliebene

Wie profitiert Niles von solchen Wissen-

müssen uns ja intern vor allem mit kunden-

Werkzeugmaschinenunternehmen. Und wir

schaftskooperationen, deren Ergebnisse

spezifischen Entwicklungen beschäftigen.

wollen auch bleiben.

öffentlich zugänglich sind?

Grundsätzlichere Untersuchungen kommen da oft zu kurz. Da ist es immer hilfreich,

FUTUR: Was macht Ihr Unternehmen so

Reichel: Öffentlich zugänglich ist ja

einen Partner zu haben, der die Zeit hat,

erfolgreich?

meistens nur eine Zusammenfassung der

systematisch vorzugehen. Unser aktuelles

Forschungsergebnisse. Wir profitieren im

Projekt ist letztendlich aus dieser langjähri-

Reichel: Bereits während der DDR-Zeit

Rahmen dieser Projekte natürlich davon,

gen Zusammenarbeit entstanden. Das PTZ

haben wir uns immer mehr auf Verzah-

dass wir uns viel tiefer mit der Thematik

konnte sich durch unsere Kooperation ein

nungsschleifmaschinen spezialisiert und

beschäftigen. Wir erfahren auch Dinge, die

gewisses Know-how zur Feinbearbeitung

genau in dieser Nische sind wir nachwievor

nicht veröffentlicht werden, beispielsweise

von Verzahnungen erarbeiten, deren wei-

tätig. Viele denken, wir würden Zahnräder

wie etwas eben nicht funktioniert. Das sind

tere Erforschung jetzt von der Deutschen

herstellen. Aber wir stellen die Maschinen

genauso wichtige Erkenntnisse. Außerdem

Forschungsgemeinschaft gefördert wird.

her, um Zahnflanken an Zahnrädern zu

haben wir einen zeitlichen Vorteil. Meistens

bearbeiten. Diese liefern wir weltweit;

wird eher am Ende eines Projekts veröffent-

FUTUR: Sie sprechen die Bearbeitung von

unsere Exportquote liegt bei 90 Prozent.

licht. Dann können wir oftmals schon ein

Großzahnrädern für Windkraftanlagen an.

Wir konnten in den letzten Jahren sehr gut

Produkt anbieten, wenn Andere erst von

Inwieweit können Sie die viel zitierte Energie-

FUTUR 1/2012

wende in Deutschland aus Ihren Aufträgen

kaum zu spüren. Heute reden wir über nen-

heraus bestätigen? Wie steht Deutschland

nenswerte Anteile, die Energieversorgung

dabei im internationalen Vergleich da?

muss folglich gesichert sein. Dazu zählen ei-

35

nerseits Transportkapazitäten. Andererseits Reichel: Deutschland steht sehr gut da,

müssen wir Wege finden, Energie sinnvoll

da hier schon vor Jahrzehnten begonnen

zu speichern. Sind diese Voraussetzungen

wurde in Windkraft zu investieren. Bis 2008

erst geschaffen, ist noch einmal ein Boom

konnten wir einen sehr hohen Auftrags-

zu erwarten.

Zur Person Dr. Frank Reichel studierte Werkzeug­ maschinenkonstruktion an der Technischen

eingang aus dieser Branche verzeichnen.

Danach kam konjunkturbedingt ein starker

Futur: Chinesische Anlagenbauer zählen zu

Universität Dresden und promovierte hier

Einbruch. In Deutschland blieb der Absatz

Ihren besten Kunden, wenn es um Schleif-

1991 zum Thema »Maschinenintegrierte

unserer Kunden zwar konstant, aber in

maschinen für Windradgetriebe geht. Die

Qualitätssicherung beim CNC-Innenrund­

anderen Ländern sank die Auftragslage.

chinesische Industrie und die Regierung des

schleifen«. Von 1990 bis 1999 war er als

Grund dafür ist, dass die gesamte Branche

Landes gelten nicht gerade als umweltbe-

Leiter Entwicklung und Konstruktion bei

von staatlicher Förderung abhängt, weil

wusst. Wie passt das zusammen?

der Firma Schaudt in Stuttgart tätig. Im Jahr 2000 wechselte Reichel zu Niles. Hier ist er

die Technologie hinsichtlich der Kosten noch nicht wettbewerbsfähig ist. Vielen

Reichel: Aus meiner Sicht lässt sich das

als Werkleiter für den Standort in Berlin-

Ländern fehlt schlicht und einfach das Geld,

nicht pauschalisieren. Ich bereise China

Falkenberg mit derzeit 180 Mitarbeitern

um weiterhin zu fördern und die Branche

schon seit vielen Jahren. Wenn man sieht,

verantwortlich.

voranzutreiben. Manche denken, dass es

wie sich China entwickelt hat, dann ist das

der Windkraftindustrie dank Energiewende

unglaublich. Und man muss ihnen diese

prächtig ginge, aber im Gegenteil: Im Au-

Entwicklung natürlich auch zugestehen. Wir

genblick müssen die Beteiligten ganz schön

als Europäer oder Amerikaner haben einen

kämpfen. Ich glaube allerdings, dass das nur

sehr hohen Lebensstandard. Da wollen

eine kurzfristige Phase ist. Langfristig, davon

andere erst einmal hin und das gelingt

bin ich überzeugt, kommt niemand an der

natürlich nur, indem man produziert, indem

Windkraft vorbei. Diese Technologie ist bei

man Energie verbraucht. Der CO2-Verbrauch

den erneuerbaren Energien am wirtschaft-

pro Kopf liegt in China noch weit hinter

lichsten.

unserem. Insofern denke ich, dass die Situation in China besser ist, als sie manchmal

Das eigentliche Problem der Windkraft sind

dargestellt wird. Vor allem in Richtung Um-

die fehlenden Trassen. An der Küste haben

weltschutz hat sich einiges getan, gerade

wir zwar wirklich gute Windbedingungen,

im Bereich Windkraft. China ist heute das

aber kaum Industrie. Der Energiebedarf vor

Land, in dem absolut die meisten Wind-

Ort ist daher vergleichsweise gering. Damit

kraftanlagen installiert werden. Schwierig

die Energie in die Ballungsräume kommt,

ist vor allem die sinnvolle Einbindung der

brauchen wir entsprechende Trassen, die

Windparks in die Energienetze. Die fehlende

es aber für solche Durchleitungsvolumina

Integration in die Energieversorgung hemmt

Kontakt

noch nicht gibt. Früher lag der Wind-

den Ausbau im Moment sehr stark. Vor

Dr. Frank Reichel

kraftanteil an der Energieversorgung bei

diesem Problem allerdings stehen wir hier in

Telefon: +49 30 93033-0

wenigen Prozent. Ihr Einsatz im Netz war

Deutschland genauso.

E-Mail: frank.reichel@niles.de

36

Partnerunternehmen

KOMET RHOBEST

Maßgeschneiderte Beschichtungen

KOMET RHOBEST ist Technologieführer im Bereich der hochwertigen, einzigartigen Nano-Diamantbeschichtungen. Das Unternehmen gehört zur international tätigen KOMET GROUP, die führend im Bereich der Herstellung von Präzisionswerkzeugen ist und mit innovativen Werkzeugkonzepten und serviceorientierten Lösungen überzeugt.

KOMET RHOBEST verfügt über eine

führenden Präzisionswerkzeughersteller

einzigartige Beschichtungsexpertise und

vertrauen – eine Win-Win-Situation für

hat eine eigene Verfahrenstechnologie

alle Beteiligten.

entwickelt, mit der erstmals vielfältige Trägermaterialien hochwertig beschichtet

Innovation und konsequente Weiterent-

werden können. Diamantbeschichtete

wicklung wird bei KOMET RHOBEST groß-

Werkzeuge eignen sich hervorragend für

geschrieben. Das Unternehmen verfügt

die Zerspanung von Grafit im Formenbau,

über eine eigene Forschungsabteilung zur

faserverstärkten Kunststoffen in der Luft-

anwendungsbezogenen Entwicklung und

fahrt und Medizintechnik sowie Alumini-

arbeiten seit vielen Jahren mit führenden

umlegierungen in der Automobilindustrie.

internationalen Forschungslaboren und Universitäten, wie beispielsweise der

Das Unternehmen mit Sitz in Innsbruck

TU Berlin, zusammen.

bietet individuelle und flexible Lösungen.

Die Vorteile für den Kunden liegen auf

KOMET RHOBEST ist ein Tochterunter-

Exlgasse 20a

der Hand. Einerseits ermöglicht die enge

nehmen der KOMET GROUP. Seit über

6020 Innsbruck

Zusammenarbeit von Forschung und Ent-

90 Jahren zählt die international erfolg-

Österreich

wicklung, individuelle Zerspanungsanfor-

reiche Unternehmensgruppe mit Sitz in

KOMET RHOBEST GmbH

derungen aufzugreifen und konsequent

Besigheim zu den Innovationsführern

Telefon: +43 512 283559-0

neue Wege in der Werkzeugbeschichtung

im Bereich Präzisionswerkzeuge. Derzeit

Fax: +43 512 283559-99

zu gehen. Andererseits können vor allem

beschäftigt das Unternehmen mit seinen

Kunden aus dem Bereich der Lohnbe-

20 Tochtergesellschaften über 1700 Mit-

E-Mail: rhobest@kometgroup.com

schichtung auf die langjährige und inter-

arbeiter und ist in rund 50 Ländern

Internet: www.kometgroup.com

national etablierte Kompetenz eines der

vertreten.

Produktionsstandorte Deutschland, Österreich

Ihre Ansprechpartner Dr. Doris Steinmüller-Nethl Telefon: +43 512 283559-11 E-Mail: doris.steinmueller@kometgroup.com

Dr. Detlef Steinmüller Telefon: +43 512 283559-12 E-Mail: detlef.steinmueller@kometgroup.com

Maschinensteckbrief

FUTUR 1/2012

Maschinensteckbrief

Schütte WU305 micro Arbeitsraum

Werkstückspindel

x-Achse

570 mm

max. Drehzahl

2.500 min -1

y-Achse

235 mm

min. Werkstückdurchmesser

3 mm

z-Achse

1.100 mm

max. Werkstückdurchmesser

12 mm

Schleifspindel

Auflösung

Leistung

9 kW

x-, y-, z-Achse

< 0,0001 mm

max. Schleifscheibendrehzahl

24.000 min -1

a-Achse

< 0,0002 Grad

min. Schleifscheibendurchmesser

50 mm

max. Schleifscheibendurchmesser 150 mm

Unsere FuE-Leistungen ►►Herstellung vollkeramischer Schaft- und Mikrowerkzeuge ►►Weiterentwicklung des Werkzeugschleifprozesses ►►Optimierung der Abrichttechnologie für das Werkzeugschleifen ►►Herstellung hochbelastbarer Gewinde aus Keramik ►►Qualifizierung innovativer Schleif­scheibenspezifikationen

Ihr Ansprechpartner Dipl.-Ing. Clemens Bäcker Telefon: +49 30 314-23923 E-Mail: baecker@iwf.tu-berlin.de

37

38

Ereignisse und Termine

»Jugend forscht« im PTZ Der 5. Regionalwettbewerb Berlin-Mitte kürt Nachwuchswissenschaftler Ob einheimische Pflanzen schneller verwesen als ausländische, ob Trinken krank machen kann oder ob Pflanzen ein Gedächtnis haben waren nur einige der spannenden Fragen, denen sich Schülerinnen und Schüler im Rahmen des 5. Regionalwettbewerbes Berlin-Mitte »Jugend forscht« stellten. Der 5. Regionalwettbewerb Berlin-Mitte wurde am 22. Februar im PTZ ausgetragen und begeisterte Jury und Anwesende mit kreativen, innovativen und nachhaltigen Ideen in insgesamt 6 Fachgebieten. Dass die Jugendlichen obendrein auch die Praxisnähe nicht vergessen, zeigten sie mit Projekten wie einem am Fahrrad integrierten Ladegerät für MP3-Player oder Solarenergie betriebenen Laptops.

Dank des Engangements und der Einsatzbereitschaft vieler Helfer gelang es, Wettberb und Preisverleihung zu einem besonderen Ereignis für alle Beteiligten werden zu lassen.

Bereits zum 47. Mal sucht der nationale Wettbewerb engagierte

Jugendliche Teilnehmerinnen und Teilnehmer hatten auch die Gelegenheit das PTZ kennenzulernen. In Gruppen wurden sie durch das Versuchsfeld geführt.

Ihr Ansprechpartner

Nachwuchswissenschaftler. Deutschlandweit folgten mehr als

Prof. Dr.-Ing. Günther Seliger

10.000 Jugendliche dem Aufruf und reichten naturwissenschaft-

Telefon: +49 30 314-22014

liche, mathematische oder technische Projekte ein. Ihr Ziel: Der

seliger@mf.tu-berlin.de

Bundeswettbewerb, der im Mai in Erfurt die finalen Sieger küren wird. Vorher allerdings müssen die Teilnehmenden die Vorrunden auf Regional- und Landesebene überstehen.

Besuch aus Costa Rica Botschafter Chaverri Sievert im IPK Am 15. März besuchte S. E. José Joaquín Chaverri Sievert, Botschafter der Republik Costa Rica, das Fraunhofer IPK. Begrüßt wurde er von Dr. Bertram Nickolay, Abteilungsleiter Sicherheitstechnik, der auch Initiator des Besuches war. Chaverri Sievert informierte sich bei seinem Besuch inbesondere über innovative Softwarelösungen, die derzeit am IPK entwickelt werden. Dazu gehören neben dem »ePuzzler« genannten Programm zur virtuellen Rekonstruktion der zerrissenen Stasi-Unterlagen vor allem die Projekte »desCRY« und »Secure Mobile Identity (SMI)«. Bei desCRY handelt es sich um eine Software zur Fahndung nach kin-

Botschafter Chaverri Sievert (re.) und Dr. Bertram Nickolay im Versuchsfeld des PTZ

Ihr Ansprechpartner

derpornographischen Darstellungen. SMI ermöglicht die sichere

Steffen Pospischil

Authentifizierung von Nutzern eines Firmennetzes über mobile

Telefon: +49 30 39006-140

Endgeräte.

steffen.pospischil@ipk.fraunhofer.de

FUTUR 1/2012

Praxis der Mikrofertigung Genauigkeit an Präzisions- und Mikromaschinen Rund 20 Teilnehmer besuchten vom 15. bis 16. März den Workshop »Genauigkeit an Präzisions- und Mikromaschinen – Messtechnik und Steuerung« im neuen Anwendungszentrum Mikroproduktionstechnik AMP. Die Veranstaltung aus der Reihe »Praxis der Mikrofertigung« thematisierte Praxislösungen zur Messung der Genauigkeit an Werkzeugmaschinen sowie zur Integration der Messergebnisse in die Maschinensteuerung.

Referenten aus Wissenschaft und Industrie stellten Mess­ prinzipien und Mess­geräte aus ihrer täglichen Praxis vor und zeigten Beispiele für die optimierte Kalibrierung von Hoch- und Ultrapräzisions­maschinen, Messgeräte- und Maschi­nen­hersteller, Anwender sowie Forschungseinrichtungen hatten zahlreiche Gelegenheiten zum Informationsaustausch und zur Diskussion Die Anforderungen an die Steuerungs- und Messtechnik von Präzisions- und Mikromaschinen steigen stetig.

spezieller Fragestellungen.

Ihr Ansprechpartner Dipl.-Ing. Jens Hermann Wintering Telefon: +49 30 39006-417 jens-hermann.winterring@ipk.fraunhofer.de

Wissensmanagement für wachsende Unternehmen ... ... so lautete das Motto einer Veranstaltung am 25. Januar im Ludwig Erhard Haus der IHK in Berlin. Community of Knowledge, der Xinnovations e. V. und die Gesellschaft für Wissensmanagement e. V. hatten eingeladen. Unter den Rednern war Ronald Orth vom Fraunhofer IPK. Er koordiniert die vom BMWi geförderte Initiative »Fit für den Wissenswettbewerb« und erläuterte die Bedeutung des Wissensmanagements für eine strategische Unternehmensentwicklung. Orth stellte die am Fraunhofer IPK entwickelte Wissensbilanz vor und zeigte auf, wie sie lösungsorientiert zur Optimierung von Unternehmensprozessen eingesetzt werden kann.

Ronald Orth erklärt, wie Unternehmen fit für den Wissenswettbewerb werden.

Ihr Ansprechpartner Ronald Orth Telefon: +49 30 39006-171 ronald.orth@ipk.fraunhofer.de

39

40

Ereignisse und Termine

»BentoBox« bewährt sich Erste Testphase meistert der Prototyp mit Bravour

In Kooperation mit dem Logistikberater LNC konzipierte das Fraunhofer IPK eine innovative Lösung für die innerstädtische Logistik: die so genannte »BentoBox«. Diese Sammelstation für Pakete, Päckchen und kleinere Sendungen hat ihren ersten, zweimonatigen Praxistest in Berlin mit Auszeichnung bestanden.

85 Prozent der Kurierfahrten konnten im Einsatzgebiet anstelle von Pkws mit Fahrrädern durchgeführt werden. Die BentoBox ermöglicht außerdem die Bündelung von Lieferaufträgen. Die Andockstation für sechs Kleincontainer hilft so, urbane Logistikprozesse nachhaltiger und effizienter zu gestalten. Auch dem traditionellen Stresstest während der Weihnachtszeit hielt sie Stand.

Ein Fahrradkurier der Firma Messenger Transport + Logistik GmbH demonstriert die Bedienung der Bentobox

Positiv schnitt sie nicht zuletzt auch bei den Eil- und OvernightSendungen ab. Die BentoBox richtet sich sowohl an Logistikunternehmen als auch an geschäftliche und private Endkunden. Zurzeit wird sie in Lyon getestet, anschließend reist sie nach Turin.

Werner Schönewolf vom Fraunhofer IPK (2. v. re.) während der Präsentation der BentoBox.

Ihr Ansprechpartner Dipl.-Ing. Werner Schönewolf Telefon: +49 30 39006-145 werner.schoenewolf@ipk.fraunhofer.de

FUTUR 1/2012

Wissen, Prozesse, Management ProWis ist »Projekt des Monats Februar« bei der Transfer-Allianz

»ProWis« ist ein Wissensmanagement-Werkzeugkasten speziell

Wie Wissensmanagement eingeführt, analysiert und mit Hilfe

für mittelständische Unternehmen. Entwickelt wurde er von

welcher Methoden es angewendet wird, vermitteln außerdem

Fraunhofer IFF und Fraunhofer IPK. Die beiden Institute setzen

zahlreiche Publikationen und Veranstaltungen der Fraunhofer-

im Wissensmanagement genau dort an, wo das Wissen im

Experten. Getestet wurde das Konzept bereits erfolgreich in 15

Unternehmen »fließen« soll: in den Geschäftsprozessen. Mit

Pilotunternehmen aus dem Mittelstand.

ProWis lernen Unternehmen in wenigen Schritten, den Umgang mit ihrer wohl wichtigsten Ressource zu optimieren. Dazu

Der Erfolg des Projektes wurde nun auch von der Transfer-

wurden eine Vorgehensweise zur Einführung von Wissensma-

Allianz honoriert. ProWis war im Februar »Projekt des Monats«.

nagment entwickelt sowie drei praxiserprobte Analysemethoden Weitere Informationen zum Thema sind unter bereitgestellt, die dabei helfen, den Umgang mit Wissen ge-

www.prowis.net zu finden.

nauer unter die Lupe zu nehmen. Darüber hinaus stellt ProWis eine Sammlung von fast 50 Wissensmanagement-Methoden und -Werkzeugen im Web zur Verfügung, die Unternehmen die Entscheidung für die richtige Lösung erleichtern soll.

Lösungsbox

WM-Kernaktivitäten

ProWis: Wissen – Prozesse – Management

TOM-Modell

WM-Gestaltungsfelder Process Organization Organisation

llin g CCoo nntrtr oo l

l na

h sc en M

hru

ik

o RM rs PeH

ng ssy ste me

Geschäftsprozesse

n ch Te

nik

Wissen verteilen

ech nst

Wissen speichern

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Wissen anwenden

Info

Wissen erzeugen

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Organisation

Corporate Culture Unternehmenskultur

mehr ...

mehr ...

WM-Kernaktivitäten

WM-Gestaltungsfelder

Intellektuelles Kapital

Praxisprobleme

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A-Z

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Humankapital Strukturkapital mehr ...

Beziehungskapital

Geschäftsprozesse

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Wissen verteilen

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Alle Methoden

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HK

Wissen anwenden

TOM-Modell

Process Organization Organisation

Info

Wissen erzeugen

mehr ...

Organisation

Corporate Culture Unternehmenskultur

mehr ...

mehr ...

mehr ...

mehr ...

Intellektuelles Kapital Praxisprobleme Alle Methoden Elemente des Online-Werkzeugkastens, der unter www.prowis.net frei ? zugänglich ist.

HK

SK

A-Z

BK

Humankapital Strukturkapital Beziehungskapital

mehr ...

mehr ...

Kostenloser ProWis-Leitfaden

Ihr Ansprechpartner Ronald Orth Telefon: +49 30 39006-171 ronald.orth@ipk.fraunhofer.de

mehr ...

41

42

Ereignisse und Termine

PTZ in Hannover Großes Themen-Potpourri auf der HMI 2012

Vom 23. bis 27. April findet in diesem Jahr die Hannover Messe statt. Fraunhofer IPK und IWF werden sich mit mehreren Exponaten auf verschiedenen Ständen beteiligen. »Fertigung und Genauigkeit in Produktion und MRO« ist das Thema auf dem Stand der TU Berlin in Halle 2, Stand C31. In Halle 15, Stand F29 präsentiert das IPK auf dem Gemeinschaftsstand des Verbunds Produktion seinen Demonstrator zur »Selbstorganisierenden Produktion« erstmals in Verbindung mit realen Maschinen aus der Mikrofertigung. Eine Präsentation zur »Produktion von Morgen« zeigt der Verbund Produktion auch auf dem Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft in Halle 2, Stand D22. Kollegen von IWF und IPK stellen Themen zur Simulation von Schweißprozessen, von Zerspanprozessen und Trockeneisstrahlen im Rahmen des Gemeinschaftsstandes der Fraunhofer Allianz NUSIM (Nume-

Ihr Ansprechpartner

rische Simulation) in Halle 7, Stand B10 vor. Der am Fraunhofer

Steffen Pospischil

IPK entwickelte Prototyp eines Microcarriers, eines elektrischen

Telefon: +49 30 39006-140

Spezialfahrzeugs zur Warendistribution in Städten und innerhalb

steffen.pospischil@ipk.fraunhofer.de

von Gebäuden, wird erstmals in Halle 25, Stand F24 (Leitmesse MobiliTec) der Öffentlichkeit vorgestellt.

Druckfrisch Jahresbericht 2011/2012 des PTZ

Welche Weichen im vergangenen Jahr für 2012 gestellt wurden

INSTITUT PRODUKTIONSANLAGEN UND KONSTRUKTIONSTECHNIK

INSTITUT W E R K Z E U G M A S C H I N E N U N D FA B R I K B E T R I E B T E C H N I S C H E U N I V E R S I TÄT B E R L I N

und wohin sie das PTZ führen, fasst der frisch erschienene Jahresbericht 2011/2012 mit spannenden Einblicken in aktuelle Forschungsaktivitäten zusammen. Der Jahresbericht kann kostenlos im Internet unter

www.ipk.fraunhofer.de heruntergeladen

oder als gedrucktes Exemplar per E-Mail oder telefonisch bestellt werden.

Ihre Ansprechpartnerin Claudia Engel Telefon: +49 30 39006-238 claudia.engel@ipk.fraunhofer.de

AUS UNSERER FORSCHUNG

2012 2011 PRODUKTIONSTECHNISCHES ZENTRUM BERLIN

FUTUR 1/2012

Zur Wissenschaft gehört die Wissenschaftskommunikation. Unsere Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung präsentieren wir regelmäßig auf Messen, Tagungen und in Seminaren. Wo und wann Sie mit uns ins Gespräch kommen können, verrät Ihnen unser Terminkalender.

Termine Mehr Können – Veranstaltungen 2012 16.-17. April 2012

Workshop: Reverse Engineering

19. April 2012

Industrieller Arbeitskreis: Keramikbearbeitung

23.-27. April 2012

Hannover Messe 2012: Innovationscluster MRO

24.-26. April 2012

Euro ID 2012: Innovationscluster Sichere Identität

25. April 2012

Forum Sichere Identität

7. Mai 2012

Seminar: Mehrwert durch mehr Qualität

9.-10. Mai 2012

Workshop: Bearbeitung von Hochleistungskeramik

10.-11. Mai 2012

Seminar: CO2 als Strahl- und Reinigungsmedium

11. Juni 2012

Seminar: Best Practice Manager

12. Juni 2012

Workshop: Geschäftsprozessmanagement für Fortgeschrittene

13.-15. Juni 2012

Seminar: Grundlagenseminar Reinigungstechnik

15. Juni 2012

Technologietag: E-City-Logistik – Elektromobilität für die Innenstadt

18.-19. Juni 2012

Seminar: Wissensbilanz-Moderator

23. August 2012

Technologietag: Medizintechnik

3. September 2012

Tagung: Sichere Identität – Science meets Content

TIPP Technolgietag »E-City-Logistik« am 15. Juni 2012 Der Technologietag »E-City-Logistik« zeigt strategische Handlungsoptionen auf, wie die Innenstadtlogistik mit Hilfe moderner E-Fahrzeuge neu gestaltet werden kann. Im Rahmen der vom Bundesverkehrsministerium geförderten Modellregionen »Elektromobilität« wurden in Berlin-Potsdam erste Flottenversuche mit elektrisch angetriebenen Nutzfahrzeugen durchgeführt, um die Leistungsfähigkeit und Nutzenpotenziale der Elektromobilität für den Warenwirtschaftsverkehr zu ermitteln. Auf der Grundlage dieser ersten Erfahrungen werden zukunftsweisende Einführungsszenarien für elektrisch angetriebene Nutzfahrzeuge entwickelt und in einem Pilotversuch bis 2020 in den Modellregionen umgesetzt. Auf dem Technologietag »E-City-Logistik« werden die Ergebnisse der ersten Flottenversuche sowie verschiedene Logistikkonzepte wie Container-, Sammel- und Verteilsysteme präsentiert. Verkehrsbehörden, Flottenbetreiber und Forschungseinrichtungen zeigen strategische Handlungsoptionen auf, wie die Innenstadtlogistik mit Hilfe moderner E-Fahrzeuge neu gestaltet werden kann.

Weitere Informationen zu den Veranstaltungen und Möglichkeiten zur Anmeldung finden Sie unter www.ipk.fraunhofer.de/weiterbildung

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Kurzprofil

Produktionstechnisches Zentrum (PTZ) Berlin Das Produktionstechnische Zentrum PTZ Berlin umfasst das Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb IWF der Technischen Univer­sität Berlin und das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Kons­ truktionstechnik IPK. Im PTZ werden Methoden und Technologien für das Management, die Produktentwicklung, den Produktionsprozess und die Gestaltung industrieller Fabrikbetriebe erarbeitet. Zudem erschließen wir auf Grundlage unseres fundierten Know-hows neue Anwendungen in zukunftsträchtigen Gebieten wie der Sicherheits-, Verkehrs- und Medizin­ technik.

Besonderes Ziel des PTZ ist es, neben eigenen Beiträgen zur anwendungs­ orientierten Grundlagenforschung neue Technologien in enger Zusammenarbeit mit der Wirtschaft zu entwickeln. Das PTZ überführt die im Rahmen von Forschungsprojekten erzielten Basisinnova­ tionen gemeinsam mit Industriepartnern in funktionsfähige Anwendungen.

Wir unterstützen unsere Partner von der Produktidee über die Produktentwicklung und die Fertigung bis hin zur Wiederverwertung mit von uns entwickelten oder verbesserten Methoden und Verfahren.

Hierzu gehört auch die Konzipierung von Produktionsmitteln, deren Integration in

Ihre Ansprechpartner im PTZ Berlin Unternehmensmanagement Prof. Dr.-Ing. Kai Mertins Telefon +49 30 39006-233, -234 kai.mertins@ipk.fraunhofer.de Virtuelle Produktentstehung, Industrielle Informationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark Telefon +49 30 39006-243 rainer.stark@ipk.fraunhofer.de Produktionssysteme, Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Telefon +49 30 39006-101 eckart.uhlmann@ipk.fraunhofer.de Füge- und Beschichtungstechnik (IPK) Prof. Dr.-Ing. Michael Rethmeier Telefon +49 30 8104-1550 michael.rethmeier@ipk.fraunhofer.de Füge- und Beschichtungstechnik (IWF) Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark (komm.)

Telefon +49 30 314-25415 rainer.stark@tu-berlin.de

den Prozesse im Unternehmen.

AdvanCer Hochleistungskeramik Tiago Borsoi Klein M.Sc. Telefon +49 30 39006-154 tiago.borsoi.klein@ipk.fraunhofer.de Reinigungstechnik Dipl.-Ing. Martin Bilz Telefon +49 30 39006-147 martin.bilz@ipk.fraunhofer.de Verkehr Dipl.-Ing. Werner Schönewolf Telefon +49 30 39006-145 werner.schoenewolf@ipk.fraunhofer.de

Arbeitskreise Werkzeugbeschichtungen und Schneidstoffe Fiona Sammler, M.Eng.Sc. Telefon +49 30 314-21791 fiona.sammler@iwf.tu-berlin.de Keramikbearbeitung Dipl.-Ing. Florian Heitmüller Telefon +49 30 314-23624 heitmueller@iwf.tu-berlin.de

Automatisierungstechnik, Industrielle Automatisierungstechnik Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger Telefon +49 30 39006-181 joerg.krueger@ipk.fraunhofer.de

Trockeneisstrahlen Dipl.-Ing. Martin Bilz Telefon +49 30 39006-147 martin.bilz@ipk.fraunhofer.de

Montagetechnik und Fabrikbetrieb Prof. Dr.-Ing. Günther Seliger Telefon +49 30 314-22014 guenther.seliger@mf.tu-berlin.de

Mikroproduktionstechnik Dr.-Ing. Dirk Oberschmidt Telefon +49 30 39006-159 dirk.oberschmidt@ipk.fraunhofer.de

Qualitätsmanagement, Qualitätswissenschaft Prof. Dr.-Ing. Roland Jochem Telefon +49 30 39006-118 roland.jochem@ipk.fraunhofer.de

Berliner Runde (Werkzeugmaschinen) Dipl.-Ing. Christoph König Telefon +49 30 314-23568 ckoenig@iwf.tu-berlin.de

Medizintechnik Prof. Dr.-Ing. Erwin Keeve Telefon +49 30 39006-120 erwin.keeve@ipk.fraunhofer.de

Kompetenzzentren

komplexe Produktionsanlagen sowie die Innovation aller planenden und steuern-

Fraunhofer-Allianzen

FraunhoferInnovationscluster Maintenance, Repair and Overhaul (MRO) in Energie und Verkehr Dipl.-Ing. Markus Röhner Telefon +49 30 39006-279 markus.roehner@ipk.fraunhofer.de Sichere Identität Dipl.-Phys. Thorsten Sy Telefon +49 30 39006-282 thorsten.sy@ipk.fraunhofer.de

Anwendungszentrum Mikroproduktionstechnik (AMP) Dr.-Ing. Dirk Oberschmidt Telefon +49 30 39006-159 dirk.oberschmidt@ipk.fraunhofer.de Benchmarking Dr.-Ing. Holger Kohl Telefon +49 30 39006-168 holger.kohl@ipk.fraunhofer.de Elektromobilität Dipl.-Ing. Werner Schönewolf Telefon +49 30 39006-145 werner.schoenewolf@ipk.fraunhofer.de

Mehr Können – Veranstaltungen 2012 Claudia Engel Telefon +49 30 39006-238 claudia.engel@ipk.fraunhofer.de Methods-Time Measurement Dipl.-Ing. Aleksandra Postawa Telefon +49 30 314-26866 postawa@mf.tu-berlin.de Modellierung technologischer und logistischer Prozesse in Forschung und Lehre Dipl.-Ing. Sylianos Chiotellis M.Sc. Telefon +49 30 314-23547 skernb@mf.tu-berlin.de PDM/PLM Dr.-Ing. Haygazun Hayka Telefon +49 30 39006-221 haygazun.hayka@ipk.fraunhofer.de Rapid Prototyping Dipl.-Ing. (FH) Kamilla Urban Telefon +49 30 39006-107 kamilla.urban@ipk.fraunhofer.de Simulation Dipl.-Ing. Pavel Gocev Telefon +49 30 39006-170 pavel.gocev@ipk.fraunhofer.de Self-Organising Production (SOPRO) Dipl.-Ing. Eckhard Hohwieler Telefon +49 30 39006-121 eckhard.hohwieler@ipk.fraunhofer.de Szenarien für die Produktentwicklung und Fabrikplanung Dipl.-Ing. Marco Eisenberg Telefon +49 30 314-25549 meisenberg@mf.tu-berlin.de Virtual Reality Solution Center (VRSC) Dr.-Ing. Johann Habakuk Israel Telefon +49 30 39006-109 johann.habakuk.israel@ipk.fraunhofer.de Wiederverwendung von Betriebsmitteln Dipl.-Ing. Timo Fleschutz Telefon +49 30 314-22404 tfleschutz@mf.tu-berlin.de Wissensmanagement Dr.-Ing. Dipl.-Psych. Ina Kohl Telefon +49 30 39006-264 ina.kohl@ipk.fraunhofer.de Zentrum für Innovative Produktentstehung (ZIP) Dr.-Ing. Haygazun Hayka Telefon +49 30 39006-221 haygazun.hayka@ipk.fraunhofer.de