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FUTUR – Vision, Innovation und Realisierung ist eine nicht-kommerzielle Haus- und Kundenzeitschrift des Produktionstechnischen Zentrums (PTZ) Berlin, die dreimal jährlich erscheint.
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Produktionstechnologien und -systeme
FUTURVision Innovation Realisierung
Mitteilungen aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin
Kopfsache Reinigen von Triebwerkskomponenten
Die Kante im Profil Geometrien exakt bestimmen
Inhalt
04 Feine Schneidkante – präzise Werkzeuge
06 DieKanteimProfil–Geometrienexaktbestimmen
08 Genauundeffizient–RobotergeführtesTauchgleitschleifen
10 SmarteWerkzeugefürharteWerkstoffe
12 Diamant in der Leichtbaufertigung
14 InnovativeBearbeitungstechnologienfürhochwarmfesteWerkstoffe
16 Marktstudie Wasserstrahlschneiden 2011
18 Fraunhofer-Innovationscluster MRO
20 ReprofilierenvonSchienenrädern
22 Kopfsache – Reinigen von Turbinenkomponenten
24 Turbinenschaufelnrobotergestütztreparieren
26 Laser-Pulver-Auftragschweißen als Reparaturverfahren
28 Fertigung in Hochgeschwindigkeit
30 Integrierte Prozess- und Maschinensimulation
32 MikrostrukturierteZahnräderfürWindkraftanlagen
34 Interview
36 Partnerunternehmen
37 Maschinensteckbrief
38 Ereignisse und Termine
© Fraunhofer IPKNachdruck,auchauszugsweise,nurmitvollständigerQuellenangabeundnachRücksprachemitderRedaktion.Belegexemplarewerdenerbeten.
Impressum
FUTUR 1/201214.JahrgangISSN 1438-1125
HerausgeberProf.Dr.h.c.Dr.-Ing.EckartUhlmann
MitherausgeberProf.Dr.-Ing.RolandJochemProf.Dr.-Ing.ErwinKeeveProf.Dr.-Ing.JörgKrügerProf.Dr.-Ing.KaiMertinsProf.Dr.-Ing.MichaelRethmeierProf.Dr.-Ing.GüntherSeligerProf.Dr.-Ing.RainerStark
Fraunhofer-InstitutfürProduktionsanlagenundKonstruktionstechnik IPK
InstitutfürWerkzeugmaschinenundFabrikbetrieb(IWF)derTUBerlin
Chefredaktion Steffen Pospischil
Redaktion Claudia Engel, Ina Roeder, Salome Zimmermann
Gestaltung und ProduktionKatharinaDermühl
KontaktFraunhofer-InstitutfürProduktionsanlagenundKonstruktionstechnik IPK Institutsleitung Prof.Dr.h.c.Dr.-Ing.EckartUhlmannPascalstraße 8-910587 BerlinTelefon +49 30 39006-140Fax +49 30 [email protected]://www.ipk.fraunhofer.de
Herstellung Heenemann Druck GmbH
Fotos Gerold Baumhauer: 1, 23, 37, 39 obenBBS: 8KOMET RHOBEST GmbH: 36Niles GmbH: 33 unten, 35Siemens AG: 19, 24, 33Steffen Pospischil: 3, 13, 38, 40
FUTUR 1/2012 3
fürdieUnternehmensberatunggibtes
vieleverschiedeneAnsätze.Sokannman
sichmitderStrategieeinesUnterneh-
mens befassen, seiner Logistik oder dem
FabriklayoutfüreineeffizienteFertigung.
AlsUnternehmenkannmanBeratungs-
leistungenfürdieVerbesserungeinzelner
Prozesse einkaufen und neue Maschinen
fürdieHerstellungneuerProdukteerwer-
ben.Dochwiebekommtmanallediese
Möglichkeitenunterdensogenannten
»einen Hut«?
Bei der Zusammenarbeit mit unseren Kun-
den betrachten wir im Produktionstech-
nischenZentrumBerlin–wenngewünscht
– nicht allein die Prozesse, die Logistik
oderdasFabriklayout.Wirblickenauch
auf oder sogar in eine einzelne Maschinen,
ihreSteuerung,kümmernunsumihre
»Wohlfühlumgebung«,ihreWartung.Und
wir entwickeln mit unseren Kunden neue
Werkzeuge, ganz gleich, ob es sich um
eine komplett neue Fertigungsstraße han-
delt, ein neues – vielleicht eher in Richtung
Dienstleistung orientiertes – Geschäftsmo-
dell oder ob in der vorhandenen Fertigung
ein neuer Werkstoff verwendet werden
soll, der sich der Bearbeitung mit den
vorhandenenMittelnwidersetzt.
InunseremVersuchsfeldstehenzahlreiche
moderne Maschinen, mit denen unsere
Wissenschaftlerbestensvertrautsind.
Schließlich haben sie gemeinsam mit den
Herstellern der Anlagen und deren Kunden
intensiv an ihrer Entwicklung und Optimie-
runggearbeitet.SiekennenStärkenund
Schwächen von Technik und Prozessen
sowieihrePotenziale.UnsereKunden
profitierensomitdirektvonunserem
Know-how.Dabeihilftnatürlichauchdas
große Spektrum der wissenschaftlichen
Disziplinen, aus denen sich unser Team re-
krutiert.Maschinenbauer,Elektrotechniker,
Informatiker und Wirtschaftsingenieure,
um nur einige zu nennen, sind in der Lage,
Beratung, Forschung und Entwicklung
anzubieten – entlang der kompletten
Wertschöpfungskette,vomManagement
überdieersteProduktideebiszurhoch
automatisiertenFertigung.
Blicken Sie mit unseren Wissenschaft-
lernindieserAusgabederFUTURetwas
detaillierter in die Maschine, auf unsere
IdeenfürWerkzeugeundVerfahren.Ich
wünscheIhnenvielFreudebeiderLektüre.
Liebe Leserinnen, liebe Leser,
Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Editorial
Forschung und Entwicklung4
Fertigungstechnologien
► Neues Charakterisierungsmodell
UmdieMikrogeometriederSchneidkan-
ten, die durch Werkzeugschleifen und an-
schließende Kantenpräparation entstehen,
zu erfassen, untersuchen die Wissen-
schaftlerverschiedeneMesssysteme.Ziel
ist es, geeignete Messprinzipien und -stra-
tegienzuidentifizieren,umbeispielsweise
Kantenradien unter zehn Mikrometern
zuverlässigzubestimmen.Dafürwerden
optischeMesssysteme,z. B.Streifenlicht-
mikroskope oder Systeme, die mit dem
Prinzip der Fokusvariation arbeiten, mit
taktilenMessverfahrenverglichen.
Bisherige Charakterisierungsmodelle
beschreiben die Schneidkante als zwei-
dimensionalesProfil.NebendemSchneid-
kantenradius wird die Lage der Schneid-
kantenrundungimVerhältniszurFrei-und
Spanflächeerfasst.Daraufaufbauendwur-
de am IWF ein neuer Ansatz zur Beschrei-
bung und Beurteilung von Werkzeug- und
Bauteilkantenverfolgt.Umeinemöglichst
eindeutige Charakterisierung zu erhalten,
wurde daher die sogenannte »Schneiden-
profilkennlinie(SPK)«eingeführt(mehr
dazuaufSeite6).Nebenderexakten
Beschreibung der Schneidenmikro-
geometrie erfasst das Modell zusätzliche
Kenngrößen.MittelsderSPKlassensich
auch Aussagen zur Fertigungsqualität der
Schneidkantetreffen.
► Präzise Schneidkantengestaltung
Die Forschungsarbeiten ergaben zwei
SchlüsselfaktorenfürdieEntwicklungvon
Hochleistungswerkzeugen: Neben ange-
passten Substratwerkstoffen und einer
haftfesten, leistungsfähigen Beschichtung
spielt insbesondere die auf den jeweiligen
Anwendungsfall abgestimmte Auslegung
der Schneidkantenmikrogeometrie eine
bedeutendeRolle.Miteinbezogenwerden
dabeistetsdieEinflüssederFertigungspro-
zesse.DiesbelegtaucheineUmfrage,die
dasIWFunterüber100Expertenausden
Bereichen Werkzeugmaschinen, Werk-
zeugherstellung, Beschichtungstechnik
und Anwendern von Zerspanwerkzeugen
durchführte.
Laut dieser Studie wird die anwendungsan-
gepasste Schneidkantenfeingestaltung in den
nächstenJahrendeutlichanMarktakzeptanz
gewinnen.SomitisteineSteigerungder
Leistungsfähigkeit und Prozesssicherheit der
Werkzeuge zu erwarten, während anfallende
KostenfürdieHerstellungundMessungder
Schneidkantenmikrogestaltungsinken.
► Erweiterung von Zerspanmodellen
Auf die Frage, welche Methoden Hersteller
von Zerspanwerkzeugen bei der Ausle-
gung und Konstruktion von Schneidkanten
einsetzen,gabderüberwiegendeTeilder
Experten an, sich derzeit auf das intuitive
Erfahrungswissen der Konstruk teure zu
stützen.Wissenschaftlichanalytisches
Vorgehen,unterstütztdurchsimulative
Verfahren,kommtdemnachnochnicht
zurAnwendung.EinGrunddafürist,dass
bisherModellefehlen,diedenEinflussder
Schneidkantenfeingestalt auf Spanbildung,
Werkzeugverschleiß sowie Bauteilober-
flächebeschreiben.EinKernthemader
Forschungsarbeiten am IWF ist daher die
ErweiterungvonZerspanmodellen.Zielist
dieAbbildungderjenigenEinflüsse,die
durch die geometrischen und mechani-
schen Eigenschaften der Schneidkanten-
gestalt an Zerspanwerkzeugen hervor-
gerufenwerden.Zubeachtensinddabei
insbesonderediegrundlegendenUnter-
schiede der Werkstoffe bei der Spanbil-
dung.
Im Bereich der Zerspanung von Leichtme-
talllegierungen sind moderne Werkzeuge
mit haftfesten Diamantbeschichtungen
mit vergleichsweise geringem Schneid-
kantenradiusnötig.BeiderZerspanung
gehärteter Werkstoffe hingegen wird
zumeisteinedeutlichgrößereRundung
oderAnfasungderSchneidkanteverfolgt.
DiesgeschiehtzumSchutzvorAusbrüchen
alsFolgehoherlokalerBelastungen.In
aktuellen Projekten wird daher beispiels-
weise hochenergetische Synchrotronstrah-
lunggenutzt,umdieOrtsauflösungvon
Eigenspannungsmessungen im Bereich
derSchneidkantesignifikantzuerhöhen.
Das Eigenspannungsniveau dient hier als
BewertungsgrößefürdieProzesssicherheit
Aufgrund der rasanten Fortschritte im Maschinenbau und der Fertigungs-
messtechnik ist es heute möglich, hochpräzise Zerspanwerkzeuge zu fertigen.
Genauigkeiten bis in den Mikrometerbereich hinein lassen sich dank letzter
technologischer Entwicklungen z. B. im Bereich des Werkzeugschleifens
erreichen. Hochpräzise Schleifmaschinen und ein detailliertes Verständnis
der mikroskopischen sowie thermo mechanischen Zusammenhänge schufen
die Voraussetzung dafür. Aktuelle Forschungsarbeiten am IWF zeigen, dass
Fertigungsgenauigkeiten im Mikrometerbereich sowohl an Hartmetall als auch
an keramischen Werkzeugsubstraten realisierbar sind. Die Wissenschaftler
beschäftigen sich vor allem mit der prozesssicheren Herstellung und Charakte-
risierung der Schneidkantenfeingestalt und bewerten ihr Einsatzverhalten.
Feine Schneidkante – präzise Werkzeuge
Ihr Ansprechpartner
Sebastian Richarz
Telefon: +49 30 314-24962
E-Mail:[email protected]
FUTUR 1/2012 5
Defining the microgeometry of cutting
edges for high-precision tools
Due to the rapid progress in mechanical
engineering and production measurement
technology, it is now possible to pro-
ducehigh-precisioncuttingtools.Driven
by recent technological improvements
much higher accuracies can be realized
andmeasuredforexampleinthefieldof
tool grinding, based on the availability of
high-precision grinding machines and a
detailed understanding of the microscopic
and thermo-mechanical interdependen-
cies.RecentresearchactivitiesatIWFhave
shown that manufacturing accuracies in the
micrometer range on tungsten carbide as
well as on ceramic tool substrates can be
realized.Thescientistsareparticularlycon-
cerned with the reliable manufacturing and
the accurate characterization of the cutting
edge geometry as well as the evaluation of
theirbehaviorincuttingprocesses.
sind hochharte und temperaturbeständige
Schneidstoffe.Zerspanexperimentean
Titanaluminiden zeigen, dass schädigungs-
freieOberflächenerstbeiTemperaturen
oberhalbvon800°Cerreichtwerden.
In der Industrie werden seit längerem
WerkzeugschneidkantenvorihrerVerwen-
dungstarkgerundet.AufdieseArterhöht
sich die Spannung, die vor der Schneide
imWerkstoffwirkt.Experimentelleund
numerischeUntersuchungenamIWF
ergaben, dass vor allem der hydrostatische
Anteil der Druckspannung die Duktilität
desWerkstoffsbeeinflusst.Diesgiltauch
fürdieSpanbildungundRandzonen-
qualitätamBauteil.Einhydrostatischer
Spannungszustand liegt vor, wenn die
dreiHauptspannungengleichsind.Die
Wissenschaftler konnten dabei bestäti-
gen,dassdieentscheidendeGröße,die
die Ausbildung hydrostatischer Druck-
spannungenbestimmt,dasVerhältnisder
Spanungs dicke zur Schneidkantenrundung
ist.Aktuellarbeitensiedaran,diesegrund-
legenden Erkenntnisse auf die Auslegung
von Zerspanwerkzeugen sowie auf Bear-
beitungsstrategien zum prozesssicheren
und schädigungsarmen Drehen und Fräsen
von Titanlegierungen und Titanverbund-
werkstoffenzuübertragen.
vonCVD-DiamantbeschichtetenFräswerk-
zeugen bei der Bearbeitung von AlSi-
Legierungen.
► Höhere Prozesssicherheit
DarüberhinauskonntendieForscher
nachweisen, dass eine nachgelagerte
Präparation bereits gefaster Schneidkanten
an Schaftfräsern die Leistungsfähigkeit
derWerkzeugeerhöhtunddieProzess-
sicherheitsignifikantsteigert.Gründe
dafürwarendieGlättungderSchleifriefen
sowiedieVerringerungvonAusbrüchen
undFehlstellenimHartmetallsubstrat.
Grundlagenuntersuchungen zur Spanbil-
dungundRandzonenbeeinflussungbei
der Bearbeitung von hochwarmfesten
Werkstoffen,wiez.B.Titanaluminiden,
ergaben folgendes Ergebnis: Nicht nur die
Fertigungsqualität der Zerspanwerkzeuge
nimmtEinflussaufderenLeistungsfähig-
keit, sondern auch die Geometrie der
Schneidkantenfeingestalt.EinForschungs-
ansatz bei der Bearbeitung hochwarm-
fester Legierungen besteht darin, den bei
RaumtemperatursprödenWerkstoffduktil
zuzerspanen,umgünstigeSpanbildungs-
mechanismen zu gewährleisten und damit
Randzonenschädigungen am Bauteil zu
vermeiden.GrundsätzlichkanneineDuk-
tilisierungdesWerkstoffesthermisch,z. B.
durchErhöhungderSchnittgeschwindig-
keit,erreichtwerden.Vorrausetzungdafür
Umfrageergebnis zum Thema Schneidkanten
»Was ist für Sie der kritischste Faktor bei der Anwendung von schneidkantenpräparierten Zerspanwerkzeugen?«
40%
30%
24%
6%Prozesssicherer Einsatz
FehlendesWissenüberEinflussderKantengestalt
auf den Zerspanprozess
Messung / Bewertung der Schneidkante
im Einsatz
Sonstiges
Forschung und Entwicklung6
Fertigungstechnologien
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 Bauteilfer-
tigung möglich. Außerdem hilft das neue Verfahren, die Spanbildung
bei klassischen Fertigungsverfahren wie Drehen und Fräsen besser zu
verstehen.
Die Herstellung und Charakterisierung von
KantenrücktimmerstärkerindenFokus
derFertigungstechnik.Dasgiltsowohl
fürSchneidkantenanWerkzeugenmit
geometrisch bestimmter Schneide als auch
fürKantenanBauteilen.ImBereichder
Schneidkanten konnte die Wissenschaft
indenletztenzehnJahrenumfangreiche
Forschungsergebnissegenerieren.Für
Kanten an Bauteilen liegen allerdings nur
begrenzte Erkenntnisse im wissenschaftli-
chenBereichvor,diesichdarüberhinaus
vor allem auf das Entgraten von Bauteilen
beziehen.Fürgeometrischkomplexe,
hochbeanspruchte und somit kapitalin-
tensiveBauteile,z.B.ausdenBereichen
Luftfahrt, Automobil oder Medizintechnik,
werden allerdings oft komplexe Kanten-
geometrien in engen Toleranzen gefordert,
fürdienochkeineeinheitlicheundeindeu-
tigeBeschreibungmöglichist.EineKante
kann in der Regel nicht oder nur durch
Angabezahlreicher,z. T.nichtautomati-
siertüberprüfbarerAnforderungenspezi-
fiziertwerden.DieAngabevonRadienals
Bemaßung lässt zudem außer Acht, dass
vieleVerfahrenzurHerstellungvonKanten
in der Regel Kantengeome trien erzeugen,
die nur in grober Näherung als Radius
charakterisierbarsind.
► Schneidenprofilkennlinie
Am IWF wurde deshalb ein neuer, innovati-
verLösungsansatzfürdieBestimmungvon
Kantengeometrien entwickelt: die Schnei-
denprofilkennlinie(SPK).Anstattnureinen
Radius zur Beschreibung einer Kante heran-
zuziehen,definiertdieSPKdietatsächlichen
Span- und Freiwinkel durch Abbildung der
WinkelübereinerLaufvariablenentlangder
Schneidkante.OhnedieBerücksichtigung
der Span- und Freiwinkel dient die SPK
auch zur Charakterisierung von Kanten an
Bauteilen.IndiesemFallwirddiemathe-
matischeSteigungdesProfilsübereiner
Laufvariablenaufgetragen.
MitHilfederSchneidenprofilkennlinie
könnenKennwertezurBeschreibung
vonKantendefiniertwerden.Iners-
terNäherungwerdendafürkomplexe
Kantengeome trien als Ansammlung von
DieKanteimProfil– Geometrien exakt bestimmen
Schneidenprofilkennlinie und abgeleitete Kennwerte, links: Spanwinkel, rechts: Freiwinkel
Exact definition of edges
Today, edges are mostly characterized by
radiifittedintothemeasuredgeometry.This
characterization is ambiguous for complex
shaped edges which can be found on cut-
ting tools or certain highly stressed machine
parts.Anewapproachtowardsdescribing
these edges is introduced by the researchers
atIWF:thecuttingedgecharacteristic.The
cutting edge characteristic allows an exact
descriptionoftheprofile.Itcanhelpin
quality assurance as well as in the design of
newcuttingtools.
FUTUR 1/2012 7
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing.ArneDethlefs
Telefon: +49 30 314-22413
E-Mail:[email protected]
zur Herstellung exakter Kantengeome-
triensehrhoch.AlternativkönnenKanten
auch mit Hilfe von Schleifstiften an einem
6-Achs-Roboter und mit entsprechenden
Spindelnerzeugtwerden.Diehäufigsten
industriellenVerfahrenzurKantenbe-
arbeitung–insbesonderedasBürsten,
GleitschleifenundStrömungsschleifen
– werden am IWF ebenfalls kontinuierlich
weiterentwickelt.Siewerdensowohlfür
gezielt gerundete Schneidkanten, als auch
zur Nachbearbeitung von Kanten an Bau-
teileneingesetzt.
► Neue Verfahren
GroßesPotenzialfüreineeffizienteund
präzise Kantenbearbeitung birgt das am
IWFentwickelteVerfahren»Roboterge-
führtesTauchgleitschleifen«(sieheS.8).
BeidiesemVerfahrenwirddasWerkstück
voneinemRoboterdurcheineSchüttung
ausGleitschleifkörpernbewegt,ähnlich
demTauchgleitschleifprozess.Durchdie
große kinematische Flexibilität des Robo-
tersistesmöglich,auchbeigeometrisch
komplexen Bauteilen gezielt Kanten durch
Gleitschleifkörperanzuströmenundsomit
präziseKantengeometrienzuerzeugen.
VoraussetzungfüreineerfolgreicheAn-
wendungdesrobotergeführtenTauch-
gleitschleifens ist eine genaue Kenntnis der
StrömungssituationimGleitschleifmedium
sowie der grundlegenden Trennmechanis-
menbeimGleitschleifen.
Radien beschrieben, die durch tangen-
tialeÜbergängeverbundensind.Die
Anzahl der verschiedenen Radien auf
demKantenprofilgibtAuskunftüberdie
Fertigungsqualität der Schneidkante und
erlaubt eine genauere Beschreibung der
zufertigendenKante.AlsKennwertwird
dafürdieRadiuskontinuität(RK)definiert.
Diese beschreibt die Anzahl der Berei-
cheentlangdesProfilsmitannähernd
konstantemRadius.Zudemkannspeziell
fürSchneidkantenderEingriffsquotient
(EQ)alsKennwertfürdierelativeLage
derSchneidkantezuSpan-undFreifläche
definiertwerden.
► Kantenfertigung in der Praxis
InderPraxiswerdenmeistVerfahrenmit
geometrisch unbestimmter Schneide zur
Kantenherstellungeingesetzt.Fasenund
facettierteKantenkönnendurchFräsen–
sowohl auf Bearbeitungszentren als auch
robotergeführt–gefertigtwerden.Bei
derrobotergeführtenBearbeitungwerden
nachgiebige Spindeln eingesetzt, welche
die Positionierungenauigkeit des Roboters
ausgleichen.Darüberhinauswerdenzur
Fräsbearbeitung an Kanten am IWF auch
kraftgeregelteRobotereingesetzt.
Die Wissenschaftler am IWF erforschen
derzeitu. a.dasKoordinatenschleifenan
einem5-Achs-Bearbeitungszentrum.Hier
ist der zeitliche und materielle Aufwand
Geschliffene Werkzeuggeometrie (links) und Kantenverrundung durch Strömungsschleifen (rechts)
Forschung und Entwicklung8
Fertigungstechnologien
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 syste-
matischen Erforschung des Verfahrens am IWF konnte die Effizienz
dieses Bearbeitungsprozesses deutlich gesteigert werden. Mehr noch:
Mit dem »Robotergeführten Tauchgleitschleifen« stellen die Wissen-
schaftler eine Weiterentwicklung vor, die mehr Effizienz bei der Ferti-
gung präziser Kantengeometrien an anspruchsvollen Komponenten
verspricht.
Das Tauchgleitschleifen wird insbeson-
dere zur Bearbeitung von hochwertigen
undkomplexenBauteileneingesetzt.Die
derzeitamMarktverfügbarenAnlagen
sind allerdings kinematisch auf Tauch- und
Zykloidbewegungenbeschränkt.Dadurch
werdenimmeralleBauteilkantenund-flä-
chengleichmäßigbearbeitet.Einegezielte
Bearbeitung sensibler, eng tolerierter Berei-
che,z. B.anSchaufelnundRotorscheiben
aus der Luftfahrtindustrie, ist nur bedingt
möglich.BeimGleitschleifengelingtdas
nur mit einer gezielten und frei program-
mierbarenFührungdesWerkstücksinder
SchüttungausSchleifkörpern.DasamIWF
entwickelterobotergeführteTauchgleit-
schleifenhingegenbietetdafürdienötige
kinematischeFlexibilität.
► Robotergeführtes
Tauchgleitschleifen
FürihreUntersuchungenzumroboter-
geführtenTauchgleitschleifennutzendie
WissenschaftlereineflexibleRoboterzelle
miteinem6-Achs-RoboterNJ370der
Firma Comau Robotics mit einer Tragkraft
von370kg.DarinsindzweiRundvibra-
torenR220DLderFirmaRöslerOberflä-
chentechnikmitje1000 mmDurchmes-
serintegriert.DerAufbauerlaubteine
► Gleitschleifen
GleitschleifenisteinspanendesVerfahren
mitlosenSchleifkörpern.Typischerweise
wird es zum Kantenrunden, Entgraten
undzurErzeugunghoherOberflächen-
qualitätenangewendet.BeimVibrations-
gleitschleifenwerdenWerkstückeund
SchleifkörperineinemBehälter,dem
sogenannten Rundvibrator, durch einen
VibrationsantriebinBewegungversetzt.Im
BehälterführendieSchleifkörperdurchdie
AnregungeineüberlagerteRoll-undKrei-
selbewegungaus.AufgrundvonDichte-
und Gewichtsunterschieden entsteht eine
RelativbewegungzwischenWerkstücken
undSchleifkörpern.Dadurchkommteszur
Spanabnahme.
Die Relativgeschwindigkeit zwischen
WerkstückenundSchleifkörpernkann
durch das Tauchgleitschleifen gesteigert
werden.HierbeiwerdendieWerkstücke
aufdefiniertenBahnendurchdieangereg-
teoderstehendeSchüttungausSchleif-
körperngeführt.Beikonventionellen
Tauchgleitschleifanlagenisthäufignureine
eingeschränkteVariationderBahnenmög-
lich,aufdenendieWerkstückegeführt
werden.InderRegelgibtesmaximalvier
Freiheitsgrade.
maximale Freiheit beim Programmieren der
Bahnen und beim Einstellen der Bauteil-
ausrichtung.
Im Bereich der Grundlagenforschung
untersuchen die Wissenschaftler am IWF
vor allem die Abtrennmechanismen beim
Gleitschleifen.Basierendaufanalytischen
BetrachtungenundmodellhaftenVersu-
chen werden grundlegende Erkenntnisse
überdieSpanabnahmebeimGleitschleifen
gesammeltundallgemeingültigeSpan-
bildungsmodelleabgeleitet.MitBlickauf
dasrobotergeführteTauchgleitschleifenist
speziell der Zusammenhang zwischen der
AnströmrichtungderSchleifkörperaufdas
Bauteil und den dadurch zu erzielenden
BearbeitungsergebnissenvonInteresse.
DarüberhinauswerdenProzessstrategi-
enfürstandardisierteBearbeitungsfälle
Genauundeffizient– RobotergeführtesTauchgleitschleifen
Tauchgleitgeschliffene Aluminiumfelge (© BBS)
Finishing complex shaped parts
with robots
Vibratoryfinishingiswidelyusedinmany
fieldsofproduction.Theprocessneverthe-
lessholdsgreatpotentialforimprovement.
Especiallythefinishingofcomplexshaped
partsisstillverytime-consuming.Better
understandingofthevibratoryfinishing
process through basic research and the
development of new processes can lead to
betterresultsinlessprocesstime.AtIWF
robotguidedvibratoryfinishingwasdevel-
opedtoimprovethefinishingofcomplex
shapedparts.
FUTUR 1/2012 9
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing.ArneDethlefs
Telefon: +49 (0) 30 /314-22413
E-Mail:[email protected]
erarbeitet und mit den grundlegenden
Erkenntnissenverknüpft.AufdieseWeise
kanndieProzessauslegungfürneueBau-
teile bei Kenntnis von Material, Geometrie
undzuerreichenderKanten-undOberflä-
chenqualitätbeschleunigtwerden.
In der anwendungsorientierten Forschung
am Fraunhofer IPK werden Gleitschleif-
und Tauchgleitschleifprozesse geometrisch
komplexer Bauteile ganzheitlich erfasst
undoptimiert.Dasbeinhaltetdiewissen-
schaftliche Analyse des Ist-Zustands, die
AuslegungundQualifizierungvonSchleif-
medien, Bearbeitungstechnologie und Pro-
zesskettesowiedieUnterstützungbeider
industriellenUmsetzung.DassderEinsatz
von Gleitschleifverfahren, insbesondere
desrobotergeführtenTauchgleitschlei-
fens, großes Potenzial zur Steigerung der
Wirtschaftlichkeit birgt, haben die Forscher
in mehreren Projekten zur Endbearbeitung
von hochwertigen und geometrisch kom-
plexenBauteilenbewiesen.Sokonnten
z. B.beieinemKundenausderLuftfahr-
tindustriemitHilfedesrobotergeführten
Tauschgleitschleifens die Prozesszeiten um
60Prozentverkürztwerden.
Roboterzelle zum Tauchgleitschleifen am PTZ
Forschung und Entwicklung10
Fertigungstechnologien
► Selbstgetriebene
Wendeschneidplatten
Rotierende Wendeschneidplatten (WSP)
verringern die thermische Belastung des
Werkzeuges bei der spanenden Bearbei-
tung.InderRegelwirdeinerundeWende-
schneidplatte auf eine drehbar gelagerte
AchseoderangetriebeneWellemontiert.
HiergibteszweiMöglichkeiten:Eineselbst-
getriebene, rotierende Wendeschneidplatte
wirddurchdenKontaktmitdemWerkstück
inRotationversetzt.Ebensomöglichist
ein fremdgetriebenes System, bei dem ein
eigenerMotorfürdieDrehzahlsorgt.Der
VorteilderrotierendenSchneideist,dass
die thermische und mechanische Belastung
sowiederVerschleißaufdengesamten
UmfangderWendeschneidplatteverteilt
werden.IhreNutzungwirddadurchopti-
miert.AußerdemwirddieSchneidkantere-
gelmäßigaußerhalbderWirkzonegekühlt.
Nebenzeiten zum Wechseln des Schneiden-
bereichsentfallensomitvollständig.
Vergleichsuntersuchungenderbeiden
WSP-Systeme beim Außenlängsrunddre-
hen haben gezeigt, dass die Standzeiten
selbstgetriebener Wendeschneidplatten
imVergleichzufeststehendenWerkzeu-
genumdasZehnfacheerhöhtwerden
können.Dabeiistjedocheinsehrstarker
EinflussderkinematischenProzesspara-
meterzuerkennen.Beieinemindustriell
gefertigten Werkzeug mit rotierender
Wendeschneidplatte traten zum Teil
starke Ratterschwingungen auf, die aus
einerungenügendenSteifigkeitderver-
wendetenLagerungresultieren.Fürein
neu konstruiertes, rotierendes Werkzeug
verwendeten die Wissenschaftler deshalb
ein vorgespanntes Schrägkugellager in
O-Anordnung, um die dynamischen
Kräfteaufzunehmen.Dadurchwurden
die Ratterschwingungen wirksam verrin-
gert und das erreichbare Standvolumen
gegenüberdemindustriellenWerkzeug
verdoppelt.
► Tiefbohrer für harte Stähle
Eine besondere Herausforderung an die
Werkzeugestelltdarüberhinausdas
Tieflochbohrendar.Insbesondereim
Fall hoher Aspektverhältnisse von Länge
und Durchmesser bei der Bearbeitung
gehärteter Stähle bedarf es eines opti-
mal abgestimmten Prozesses und einer
idealenWerkzeugverwendung.Zielder
Wissenschaftler am IWF ist es deshalb,
neueWerkzeugefürdieFertigungtiefer
Bohrungen an gehärteten Stählen zu
entwickelnsowiediedazugehörige
Fertigungsstrategiefestzulegen.Inenger
Zusammenarbeit mit Werkzeugherstellern
undBeschichtungstechnikfirmenwurden
dafürVollhartmetall-Spiralbohrwerkzeuge
weiterentwickelt.VonderAnpassungder
Hartmetallsorte,überdieAuslegungder
Geometrie bis hin zur hartbearbeitungsge-
rechten Beschichtung wurden fertigungs-
technischeEinflüsseentlangdergesamten
Prozesskettebetrachtetundbewertet.Ge-
An die spanende Bearbeitung von Hochleistungswerkstoffen werden
hohe Anforderungen gestellt. Grund dafür sind die hohe Warmfestigkeit,
Härte sowie Verschleißbeständigkeit der Werkstoffe, die meist auf Nickel-
basislegierungen, intermetallischen Titanaluminiden und übereutekti-
schen 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 Hochleistungs-
werkstoffe.
SmarteWerkzeugefürharteWerkstoffe
Tiefbohrwerkzeug mit einem Aspektverhältnis von 30 x D
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing.MartinRoeder
Telefon: +49 30 314-23473
E-Mail:[email protected]
FUTUR 1/2012 11
Development of innovative tool designs
High-performance materials such as Ni-
based alloys, intermetallic titanium alumi-
nides and hypereutectic AlSi alloys pose
high demands on cutting tools due to their
high temperature strength, hardness and
wearresistance.Thehighthermo-mechani-
cal stress leads to a short tool life and results
in high set-up times as well as high tooling
costs.Withinnovativetooldesignsscientists
at IWF create solutions for the economic
machining of high performance materi-
als.Theirself-propelledrotarytools(SPRT),
for instance, use the whole length of the
round cutting edge as wear potential and
hold out two times longer than conven-
tionalindustrialtools.Inaddition,theyhave
developed tailor-made tools and process
strategies for drilling of deep holes and are
currently working on innovative internally
cooledtools.
Wenn eine Trockenbearbeitung als Al-
ternative nicht in Frage kommt, weil die
thermische Belastung das Werkzeug oder
dasWerkstückzustarkschädigenwürde,
kann stattdessen eine geschlossene
Innenkühlungverwendetwerden.Dabei
wirddasWerkzeugvoninnengekühlt,
sodassdasKühlmittelnichtinKontaktmit
Schmutz, Maschinen oder Mitarbeitern
kommt.UmtrotzderschlechtenWärme-
leitfähigkeitvonHartmetalleineeffiziente
Kühlungzuermöglichen,werdenam
IWFineinemdurchdieEUgeförderten
VerbundprojektinnovativeKühlgeometri-
enentwickeltunderprobt.Versuchemit
ersten Prototypen zeigen bereits das gro-
ßePotenzialderTechnologie.DieVorteile
machen sich besonders bei der Bearbei-
tungvonTitanbemerkbar.Hiermuss
aufgrund der schlechten Wärmeleitung
des Werkstoffs besonders viel Wärme
vomWerkzeugaufgenommenwerden.
Als Referenzprozesse werden die konven-
tionelleBearbeitungmitKühlschmierstoff
und die Trockenbearbeitung der Bearbei-
tungmitinnengekühltenWerkzeugen
gegenübergestellt.Dabeizeigtsich,dass
innengekühlteWerkzeugederTrocken-
bearbeitungdeutlichüberlegensind.Mit
Kühlmitteltemperaturenunterhalbvon
0 °C ist zudem eine Annäherung an den
Referenzprozess, die Nassbearbeitung,
möglich.
genstandderUntersuchungenistderzeit
dieAnalysedesEinflusseskinematischer
Zerspanparameter, der Bohrstrategie, der
KühlschmierungsowiederWerkzeugma-
schine und Spannsituation auf die Leis-
tungsfähigkeit der entwickelten Werkzeu-
ge.ErsteErgebnissezeigen,dassvorallem
unterschiedliche Werkzeugspannkonzepte
dasVerschleißverhaltendiesersehrlangen
Werkzeugeerheblichbeeinflussen.Das
jeweilige Konzept ist auch entscheidend
fürdieProzesssicherheitbeimBohrenmit
hohemAspektverhältnis.
► Innengekühlte Werkzeuge
NebenderVerlängerungvonWerkzeug-
standzeiten liegt ein großes Einsparpo-
tenzialinderVermeidungkonventionel-
lerKühlschmierung.Zusätzlichzuden
Investitionen in die notwendige Anlagen-
technik entstehen hier erhebliche Kosten
durch Beschaffung, Aufbereitung und
EntsorgungderKühlschmierstoffe,dieim
Prozess verunreinigt werden und zugleich
dieMaschinenverschmutzen.Zudemstel-
lenimKühlschmierstoffwachsendeKeime
und die ihnen entgegenwirkende Chemie
einebeträchtlicheGefahrfürdieGesund-
heitderMitarbeiterunddieUmweltdar.
InsgesamtverursachtdieKühlschmiertech-
nik bis zu 17 Prozent der Fertigungskos-
ten,wieeineStudiefürBauteileausdem
Automobilbereichermittelthat.
Neu konstruiertes, rotierendes Werkzeug
Forschung und Entwicklung12
Fertigungstechnologien
Im Rahmen des vom Bundesministerium
fürWirtschaftundTechnologiegeför-
dertenVerbundprojekts»Steigerungder
StandzeitenundProzesssicherheitCVD-
diamantbeschichteter Hartmetallwerkzeu-
gefürdieBearbeitungvonverstärkten
Kunststoffen« beschäftigen sich Wis-
senschaftler am IWF mit der gesamten
Werkzeugentwicklungsprozesskette.CVD-
diamantbeschichtete Werkzeuge eignen
sich zur Bearbeitung von faserverstärkten
Kunststoffen aufgrund ihrer hohen Härte
undVerschleißbeständigkeit.WennTeile
ausVerbundmaterialienwieCFK-Alumini-
um oder CFK-Titan in Sandwich-Bauweise
gefertigt werden, bedarf es zusätzlich
einersehrgeringenOberflächenrauheit
der beschichteten Werkzeuge, da diese
Werkstoffe im Zerspanprozess zu einer
sogenannten Aufbauschneidenbildung
neigen.
► Herausforderung
Oberflächen rauheit
DieSchichthaftungvonCVD-Diamant-
schichten auf Hartmetallsubstraten ist
derzeit, gerade bei gesteigertem Kobalt-
bindergehalt,nochnichtausreichend.
Kobalt als Binderelement ist maßgeblich
fürdieBiegesteifigkeitdesHartmetallsub-
stratsverantwortlich.ImCVD-Beschich-
tungsprozessführterjedochzueiner
Graphitisierung des Diamants und somit
zueinerfürdieZerspanungunbrauchba-
renVerschleißschutzschicht.Hinzukommt,
dass auch die Geometrien der Zerspan-
werkzeuge bisher nicht an die Bearbeitung
von CFK- oder auch glasfaserverstärkten
Kunststoffen (GFK)-Werkstoffen angepasst
sind.UmdieseWerkstoffeprozesssicher
undwirtschaftlichbearbeitenzukön-
nen,müssendasHartmetallsubstrat,die
Werkzeuggeometrie,dieCVD-Diamant-
beschichtung sowie die Einsatzparameter
ganzheitlich untersucht und optimiert
werden.ZusätzlichistderEinsatznanokris-
tallinerCVD-Diamantschichtennotwendig,
umdieWerkzeugoberflächenrauheitzu
reduzieren.
► Diamant als Schneidstoff
Damit sich Diamant als Schneidstoff bei
der Zerspanung von faserverstärkten
Kunststoffen etablieren kann, arbeiten die
IWF-Wissenschaftler an der Wirtschaftlich-
keitundProzesssicherheitderCVD-dia-
mantbeschichtetenWerkzeuge.InZusam-
Angesichts der Klimadiskussion und der Forderung nach nachhaltigen Mobilitätskon-
zepten 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.
Diamant in der Leichtbaufertigung
Bearbeitung von faserverstärktem Kunststoff (CFK-HT, 60 % Faservolumenanteil) mit CVD-diamantbeschichtetem Hartmetall
FUTUR 1/2012 13
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing.FrankMiltschus
Telefon: +49 30 314-24963
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Diamond for light-weight construction
In light of the world’s climate discussion and
the call for sustainable mobility concepts,
the demand for light-weight materials has
risen enormously in the automotive and
aircraft industries during the past number of
years.Besidesaluminum,magnesium,high-
strength steel, and titanium, it is mostly
fiber-reinforcedplastics(FRP)whichtackle
the balancing act between high load-carry-
ingcapacityandminimumweight.Justhow
important this material group has become,
is shown by the increase of CFRP materi-
als from 30 to 50 percent in the Airbus
A380.Tomachineleight-weigthmaterials,
however, conventional manufacturing tech-
nologieshavetobereconsidered.Research
engineers at IWF are therefore developing
new machining strategies that meet the
specialrequirementsofFRPmaterials.
(BAM),Berlin,neueVersuchsgeräteund
VerfahrenzurtribologischenModellbil-
dungfürdieSchicht-Substratanbindung
der diamantbeschichteten Hartmetallwerk-
zeuge.DarüberhinausarbeitenSieander
DefinitionderVerschleißmechanismen.
► Bauteilgüte beurteilen
Neben der Betrachtung der Werkzeuge im
Prozess muss im nächsten Schritt die er-
zeugteBauteilgüteanalysiertwerden.Pro-
blematisch sind hier vor allem sogenannte
Delaminationen oder Ausfransungen an
derWerkstückkante.AuchInterfaserris-
se, Rissausbildung in den Zwischenlagen
des CFK-Werkstoffes sowie thermische
Schädigungen des Bauteils durch Über-
hitzungderKunststoffmatrixkönnen
auftreten.DafürwerdenspezielleBeur-
teilungsgrößenerarbeitet,anhandderer
sichdieBauteilgütebestimmenlässt.Nicht
zuletzt ist es das Ziel der Wissenschaftler,
die Erkenntnisse aus der Bearbeitung von
CFK-Werkstoffen mit diamantbeschich-
tetenHartmetallwerkzeugenkünftigauf
andere Bereiche wie die Zerspanung von
GFK-Werkstoffenzuübertragenund
anzuwenden.
menarbeit mit einem Werkzeughersteller
untersuchten sie verschiedene Hartmetalle
mit einem Kobaltbindergehalt von 6 bis
10ProzentundeinerWC-Korngrößeim
Bereichvon0,6bis1,3Mikrometern.Ne-
ben der metallurgischen Optimierung der
Werkzeuge wurden in mehreren Iterations-
schritten die Makro- und Mikrogeometrie
des Schneidkeils, die Kantenrundung, die
SchneidenanzahlsowieauchdieVerdral-
lungdesFräswerkzeugesangepasst.Im
Anschluss daran entwickelten die Wissen-
schaftlereineprozesssichereVorbehand-
lungs-undBeschichtungstechnologiefür
dieAbscheidungnanokristallinerCVD-
Diamantbeschichtungen.Unterstützung
erhielten sie dabei von Experten aus der
Beschichtungstechnik.
Derzeit optimiert das IWF die Fräswerkzeu-
ge im Hinblick auf eine Steigerung der Pro-
zessparameterbeigleichzeitigerErhöhung
derWerkzeugstandzeit.Diedafürnötigen
maschinenseitigen Tests an CFK-Werkstof-
fenfindenineinemHochgenauigkeitsbe-
arbeitungszentrum der Firma Mikromat
statt.ParallelentwickelndieWissenschaft-
ler in Kooperation mit der Bundesanstalt
fürMaterialforschungund-prüfung
Im Airbus A380 wurde der Anteil kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe von 30 auf 50 Prozent erhöht.
Forschung und Entwicklung14
Fertigungstechnologien
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
DieSignifikanzhochwarmfesterWerk-
stoffe ist offensichtlich: Titan- und
Nickel-Basis-Legierungen stellen wichtige
Werkstoffe zur Herstellung von Trieb-
werksbauteilen sowohl in der Luft- und
Raumfahrttechnik als auch im Kraftwerks-
anlagenbaudar.VieleFlugzeugturbinen
weisen beispielsweise einen Nickel-Basis-
legierungsanteilvon40Prozentauf.Aber
auchalsZulieferbauteilfürdieAuto-
mobilindustrie werden hochwarmfeste
WerkstoffeanImpellernfürTurbolader
verwendet.
HöhereZustellungszahlensindaller-
dingsnachwievorproblematisch.Eine
Herausforderung ist auch die wirtschaft-
liche Fertigung von Nuten mit großen
Schnitttiefen an leistungsschwachen
Bearbeitungsmaschinen.Dieextremen
Werkzeugbelastungen und die dazu-
gehörigenVibrationsneigungenführen
häufigzuWerkzeugausfällenunddamit
zuProduktionsstillständen.Verstärktwird
dieses Problem von der Forderung, dass
Verbesserungenmöglichstkostengünstig
seinsollen.VielversprechendenOptimie-
rungsansätzen wollen die Wissenschaftler
des IWF nun im Projekt »TroMil – Trochoi-
dal milling of Titanium and Nickel based
alloys« zusammen mit Partnern aus der
IndustrieaufdenGrundgehen.
► Wissenschaftler erforschen
Zerspantechnologie
EineMöglichkeitkostengünstigdie
Produktivität hochwarmfester Stoffe
zu steigern, ist die Entwicklung einer
wirtschaftlichenZerspantechnologie.Hier
setzt das Projekt »TroMil« an, das neue
BearbeitungsstrategienfürdieZerspa-
nungdesTitanbasiswerkstoffesTiAl6V4
untersucht.UnterEinsatzdertrochoida-
lenFrässtrategiewirddieVorwärtsbewe-
gung des Fräsers in Richtung der zu bear-
beitenden Nut von einer Kreisbewegung
überlagert.DerVorteildiesesVerfahrens
liegt darin, dass der Fräser nicht mit dem
vollenUmschlingungswinkelvon180 °
arbeitet.Dadurchlässtsichdiethermi-
sche und mechanische Belastung an der
Schneide deutlich reduzieren und das
Verschleißverhalteninsgesamtverbessern.
Die Wissenschaftler wollen durch Ausnut-
zung dieser trochoidalen Bahnkurve die
Abtrennleistung bei der Bearbeitung von
hochwarmfestenMaterialiensignifikant
steigern.UmdasPotenzialderTechnolo-
giebeurteilenzukönnen,vergleichensie
das konventionelle Fräsen von Nuten und
denTrochoidalfräsprozessmiteinander.
ZieldesVorhabensistzumeinendie
Reduzierung des Werkzeugverschleißes
und der Bearbeitungsdauer sowie zum
anderendieUmsetzungeinerintelligen-
ten Werkzeugaufnahme zur Überwa-
chungdesProzesses.ErsteZerspantests
zeigendeutlicheVorteiledestrochoidalen
Fräsens.DabeiwurdenHartmetall-Schaft-
fräsermiteinerPVD-TiAlN-Beschichtung
eingesetzt.ImFokusderAuswertung
stand der Werkzeugverschleiß in Ab-
hängigkeitvomZerspanungsvolumen.
DiesogewonnenenVerschleißwerteder
konventionellen und der trochoidalen
Frässtrategiewurdengegenübergestellt.
► Das trochoidale Verfahren
schneidet besser ab
DieVersuchewurdenbeieinerSchnitt-
geschwindigkeit von 100 m/min, einem
Vorschubvon0,03mmundeinerSchnitt-
tiefevon2mmdurchgeführt.Besonders
auffälligisthierdersignifikanteStand-
zeitvorteil durch die Anwendung der tro-
choidalenFrässtrategie.Hierbeiergabsich
eineVerbesserungvonüber160Prozent.
Innovative Bearbeitungstechnologien fürhochwarmfesteWerkstoffe
Innovative machining technologies for
high-temperature materials
The application of high-temperature al-
loysinaeronauticsisindispensible.There
is therefore a need for a productive and
profitablemethodtomillthesematerials.
Trochoidal milling for producing slots, for
example in the turbine section, is an in-
novativealternativetoconventionalmilling.
The development of this milling process for
high-temperature alloys indicates a lower
passive force and especially lower width of
flankwearland.Theproject»Trochoidal
milling of Titanium and Nickel based alloys
(TroMil)« is aimed at developing a milling
strategy to increase cutting rate and to re-
ducecuttingtime.Initialtestsdemonstrated
the potential of the trochoidal milling pro-
cessandshowedahighertoollifevolume.
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing.JavierFuentes
Telefon: +49 30 314-22424
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FUTUR 1/2012 15
Bearbeitung schwer zerspanbarer Materi-
alien.ImweiterenVerlaufdesProjektssol-
lenvorallemOptimierungsmöglichkeiten
hinsichtlich der Prozessparameter sowie
in Bezug auf die trochoidale Bahnkurve
untersuchtwerden.Zuletztgiltesebenso
denEinflussdesKühlmitteldruckeszu
analysieren.Auchwennnochweitere
Untersuchungennötigsind,umzueinem
abschließenden Befund zu kommen,
zeigen die bisherigen Ergebnisse, dass der
Einsatz der innovativen Zerspantechnolo-
gieerheblicheChancenfürdieOptimie-
rung der Bearbeitung mit hochwarmfesten
Werkstoffenbirgt.
Im konventionellen Schnitt zeigte sich eine
stärkeransteigendeVerschleißentwicklung
mitgroßflächigenAusbrüchenentlangder
Schneide.AuchWerkstoffverklebungen
tratenauf.Beimtrochoidaleingesetzten
Fräser ist ein leichter, stetig wachsender
Verschleißfortschrittzuerkennen.DieAna-
lyse zeigte außerdem einen gleichmäßigen
VerschleißentlangderUmfangschneide.
InsgesamtistbeimtrochoidalenVerfahren
eindeutigeineVerringerungdesVerschlei-
ßeszuerkennen.
► Weniger Verschleiß, mehr Leistung
Darin liegt das große Potenzial der trocho-
idalenFrässtrategie,insbesonderefürdie
REM-Aufnahme der Umfangschneide für das (A) konventionelle und (B) trochoidale Fräsen nach maximal erreichten Zerspanungsvolumen
Verschleißmarkenbreite in Abhängigkeit des Zerspanungsvolumens für die konventionelle und trochoidale Frässtrategie
Forschung und Entwicklung16
Fertigungstechnologien
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 Strahlver-
fahrens bestens bedient werden. Die vom Fraunhofer IPK durchgeführte »Marktstudie Wasserstrahl-
schneiden 2011» gibt einen technologisch-wirtschaftlichen Branchenüberblick für den deutschspra-
chigen 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 Entwick-
lungen des Wasserstrahlschneidens.
► Anlagentechnik
Käufer von Wasserstrahlschneidanlagen
könnengrundsätzlichzwischendenzwei
Anlagentypen 2-D- und 3-D-Portalanlagen
wählen:Ersterewerdenamhäufigsten
angeboten.Beider3-D-Bearbeitungwer-
denderzeitnochPortalanlagengegenüber
Industrieroboternbevorzugt.Grunddafür
istdievergleichsweiseeinfacheModifika-
tion von 2-D- zu 3-D-Portalanlagen durch
ZurüstungeinesSchwenkkopfs.DieWerk-
zeugführungdurcheinenIndustrieroboter
wirdhingegenseltenerangeboten.Etwa
55 Prozent der befragten Anlagenher-
stellergebenan,indenJahren2008bis
2010proJahrjeweilsüberneunAnlagen
verkauftzuhaben.Für2011rechnetendie
HerstellermitstabilenAbsatzzahlen.
Die Studie ergab, dass die meisten Ab-
nehmer Anlagen zum Abrasivstrahlschnei-
den(WAIS)nachfragen.Diewichtigsten
Kunden sind hier die Lohnfertigung, der
MaschinenbausowiedieZulieferindustrie.
Hauptabnehmer von Reinwasserstrahl-
schneidanlagen ist vor allem die Textil-,
Druck-undPapierindustrie.DasMikro-
wasserstrahlschneiden wird vor allem in
derMedizintechniknachgefragt.Erfah-
rungsgemäß wird Wasserstrahlschneiden
nicht als Ersatz, sondern als Ergänzung zu
anderen Schneidstrahlverfahren, beispiels-
weise Drahterodieren, Plasma-, Laser- und
Brennschneiden,eingesetzt.Sosetzen
56 Prozent der befragten Lohnfertiger
jeweils eines der genannten Schneid-
verfahren zusätzlich ein, während die
restlichen Lohnfertiger sich ausschließlich
aufWasserstrahlschneidenbeschränken.
Dasamhäufigstenverwendetezusätzliche
VerfahrenistdasLaserschneiden.
Durchschnittlich besitzen die befragten
Unternehmenzwei2-D-Anlagen.Sowohl
Mikrostrahl- als auch 3-D-Anlagen sind
dagegenseltenvorhanden.Diewenigsten
Lohnfertiger setzen Reinwasserstrahlan-
lagenein.DerweitausgrößteTeilarbei-
tet mit Abrasivstrahlanlagen oder mit
zwischen Reinwasser- und Abrasivstrahl
umschaltbarenAnlagen.Diestärksten
Abnehmer der Lohnfertiger sind der
Maschinenbau sowie die Metall- und Zulie-
ferindustrie.AuchdieMedizintechnikhat
indenletztenfünfJahrenanBedeutung
gewonnen.
► Wasserstrahlschneiden
ist noch kein Standard
Obwohl das Wasserstrahlschneiden eine
VielzahlvonVorteilenbietet,istesbis
heute kein Standardbearbeitungsver-
fahreninderProduktion.Vorallemdie
hohen Betriebs- und Investitionskosten
sind nach Einschätzung der Befragten die
wichtigstenGründe,warumWasserstrahl-
schneiden als Fertigungstechnologie noch
nichtetabliertist.Erstdanachfolgen
verfahrenstechnische Aspekte wie geringe
SchnittgeschwindigkeitundOberflächen-
güte.
ImZusammenhangmitmöglichenVor-
behaltengegenüberdemVerfahrensteht
die Frage nach dem Forschungs- und
Entwicklungsbedarf(FuE).InÜbereinstim-
mung mit den vorherigen Bewertungen
wirddieservorallembenannt,umMög-
lichkeiten zur Senkung der Betriebskosten
zuentwickeln.FernerbestehtFuE-Bedarf,
umdieStandzeitenvonVerschleißtei-
lenzuerhöhen.AuchdenEinsatzvon
Hochdruckbauteilen, die Entsorgung
von Abrasivmitteln, die Reduzierung des
Energiebedarfs, die Schnittgeschwindig-
keit und Prozesssicherheit sowie generell
dieProduktivitätdesVerfahrensgilteszu
optimieren.NichtzuletztsehendieUnter-
nehmen FuE-Bedarf bei der Erschließung
neuer Einsatzfelder, der Entwicklung von
EinrichtungenzumUmweltschutzund
einer verbesserten Abrasivmittelzufuhr
zentrischzumWasserstrahl.
Marktstudie Wasserstrahlschneiden 2011
Market study water jet cutting 2011
For several years now, water jet cutting
hasbeenshowingsignificantgrowthrates
asamanufacturingtechnology.Especially
the continuously increasing demands for
individuality and complexity of components
canbeservedbythismethod.The»Market
study water jet cutting 2011« conducted
by Fraunhofer IPK gives a technological and
economic overview of the German speaking
area.
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Dipl.-Ing.MarcelManthei
Telefon: +49 30 39006-245
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FUTUR 1/2012 17
die Prozessautomatisierung sowie eine
höhereGenauigkeit,Geschwindigkeit,
ZuverlässigkeitundEnergieeffizienzdes
Verfahrens.DieEntsorgungdesAbra-
sivschlamms sowie die Normung der
Schnittqualität sind weitere Fragen, die
gelöstwerdenmüssen.
ZentralesErgebnisderUmfrageist,dass
die Senkung der Betriebskosten als be-
sondersnotwendiggilt.DieErhöhungder
Standzeiten von Scheidkopfkomponenten
muss in diesem Zusammenhang dazu
gezähltwerden.NeuenMaterialienfür
Fokussierrohrewerdendabeidiehöchsten
Chancenzugesprochen.InBezugaufdie
Abrasivmittelkosten gilt es, Beschaffungs-
undEntsorgungskostenzubetrachten.
Eine Etablierung des Wasserstrahlschnei-
dens zur Bearbeitung neuartiger Ferti-
gungsmaterialien wird mit Sicherheit auch
eine bessere Einbindung in bestehende
Prozesskettenerfordern.Dazuwerden
Prozessautomatisierungen im Sinne von
abgeschirmten Fertigungszellen sowie au-
tomatischesBe-undEntladeninVerbin-
dung mit Expertensystemen eine wichtige
Rollespielen.DieStudieerscheintim
erstenQuartal2012undkannüberdie
Webseite www.strahlverfahren.de
bezogenwerden.
► Entwicklungstrends
Hinsichtlich der zu bearbeitenden Mate-
rialien hingegen erwarten die Teilnehmer
derStudiekeinegrundlegendenVerände-
rungen.WachsendeBedeutungwirdvor
allemVerbundwerkstoffenundamorphen
Metallenzugesprochen.Superlegierungen
sind und bleiben die wichtigste Material-
gruppe.BesondereZukunftschancen
ergeben sich durch die Etablierung neuer
Fertigungsmaterialien,diemitherkömmli-
chenVerfahrennichtzubearbeitensind.
Anlagenanbieterbewertenkostengünstige
Anlagen,höhereSchnittgeschwindigkeiten
undhöhereBearbeitungsgenauigkeitenals
Entwicklungstrends.Der3-D-Bearbeitung
wirdeinemittlerezukünftigeBedeutung
eingeräumt.TendenziellgrößereBedeu-
tungwerdenderMikrobearbeitungbzw.
dem Präzisionswasserstrahlschneiden
beigemessen.EinweitererEntwicklungs-
trendistdieErhöhungderMaximaldrücke.
NeueMaterialienfürFokussierrohre,neue
Mischkammerkonzepte und neuartige
Abrasivmittelwerdendarüberhinausals
relevanteThemengenannt.
Zu den technologischen Herausforde-
rungen beim Wasserstrahlschneiden
zählennachAngabenderUnternehmen
Ergebnisse der Studie Wasserstrahl schneiden 2011
»Welche weiteren Schneidverfahren werden angeboten?«
65%
15% 15%
5%
Laserschneiden Plasmaschneiden
Brennschneiden Drahterodieren
0 1 2 3 4 5
Softwarekompatibilität (Anbindung an CAD/CAM)
Benutzerfreundlichkeit
geringe Fertigungsgenauigkeit
fehlende Normung für Schneidkopfkomponenten
schwierige Bearbeitung von Ecken- und Kantenradien
begrenzte Eignung zur Massenfertigung
Lärm- und Dunstemission
Düsenverschleiß
wasser- und sandbehaftete Werkstücke
Prozessautomatisierung/ -implementierung
Fokussierrohrverschleiß
Abrasivmittelentsorgung
geringe Oberflächengüte bei hohem Vorschub
geringe Schnittgeschwindigkeit
hohe Investitionskosten
hohe Betriebskosten
1 = gar nicht5 = sehr hoch
Anzahl der Nennungen
»Welche Hemmnisse sehen die Unternehmen für den breiteren Einsatz der Technologie?«
Forschung und Entwicklung18
MRO
► Zustandserfassung und -diagnose
Die Zustandserfassung und -diagnose um-
fasst die kontinuierliche, systemintegrierte
Erfassung des aktuellen Anlagen- und
Komponentenzustandes.EineInstandhal-
tungsstrategie, die sich am Zustand der
Anlageorientiert,ermöglichtes,Ressour-
cen der Instandhaltung bedarfsgerecht
undpunktgenaueinzusetzen.Innovative
Prüfverfahrensollenentwickeltwerden,
um den Zustand der Anlagen zu erfas-
sen, den optimalen Wartungszeitpunkt
abzuleiten und die Restlaufzeit einzelner
Baugruppen oder ganzer Anlagen abzu-
schätzen.SoliefertConditionMonitoring
alsMittelfürdiezustandsbasierteWartung
zukünftigwichtigeInformationenüber
denZustandderAnlagen.Esträgtdazu
bei,dieLebensdauerbesserauszuschöp-
fenundWartungsintervallezuverlängern.
DurchdasVermeidenvonAusfällen
aufgrund ungeplanter Wartungsarbeiten
wirddieGesamtverfügbarkeitvonAnlagen
erhöht.Einetechnischundorganisatorisch
optimierte Instandhaltung gewährleistet
einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb
komplexertechnischerAnlagen.
► MRO-Planung und
digitale Unterstützung
DieEffizienzderPlanungundDurchfüh-
rung von MRO-Prozessen kann durch
digitaleUnterstützungwesentlichgestei-
gertwerden.MethodenundWerkzeuge
sindfürverschiedeneHandlungsfelder
im MRO-Bereich zu entwickeln, damit
die Potenziale virtueller Technologien in
derPraxisausgeschöpftwerdenkönnen.
BeispielsweisekönntenschnelleZugriffe
auf wichtige Lebenszyklus- und MRO-
Informationen sichergestellt, Schnitt-
stellenkonfliktezwischenverschiedenen
Multiplayer-Systemen beseitigt oder
Fernwartungsarbeiten mit mobilen Tele-
kooperationsgerätenüberschmalbandige
Verbindungenermöglichtwerden.Darüber
hinauskönnenauchPapierzeichnungen,
Baugruppen und komplexe Produkte
sowie Anlagen mit geringem Aufwand
in3-D-Modelleüberführtwerden.Ein
weiteres Thema ist die Kostensenkung
durch systematische und bedarfsorientierte
MRO-Planungund–Unterstützungsowie
durch die schnelle Reaktion bei wechseln-
denProduktzuständen.
WeiterhinkönnenMaschinenstillstandszei-
ten mit einer globalen MRO-Bestandssteu-
erungfürErsatzteileminimiertwerden.Die
digitaleUnterstützungvonMROProzessen
verkürztSchulungszeitenundermöglicht
eineschnellereundfehlerfreieDurchfüh-
rungvonMRO-Prozessen.
► Reinigung
Die Reinigung von Maschinen und An-
lagen nimmt eine zentrale Stellung im
MRO-Prozessein.Dabeisindsowohldie
Reinigungsverfahren als auch die Anwen-
dungsbereichebreitgefächert.Fürdie
ReinigungausoptischenGründenbesteht
insbesonderebeiVerkehrsmittelnein
hoherBedarf.DiepräventiveReinigung
ist zur Bewahrung der Funktion oder des
Wirkungsgradesnotwendig.Kostspielige
Ausfälle und Reparaturen von Maschi-
nen und Anlagen werden vermieden
beziehungsweisereduziert.Reinigungals
Reparatur- oder Fertigungsverfahren ist vor
allem bei der Entfernung von Funktions-
schichtenerforderlich.InallendreiFeldern
sollenflexibleundökoeffizienteVerfahren
entwickeltundetabliertwerden.
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 tech-
nisches und wirtschaftliches Niveau gehoben werden. Hierbei möglichst
ressourcenschonende und energieeffiziente MRO-Prozesse und Techno-
logien zu erarbeiten und zu etablieren, ist die Aufgabe des Fraunhofer-
Innovationsclusters MRO.
Fraunhofer-Innovationscluster MRO
FUTUR 1/2011 19
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing.MarkusRöhner
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Steckbrief
Ziel: Entwicklung und Etablierung
ressourcenschonenderundenergieeffizienter
MRO-Prozesse und -Techno lo gien in der
Hauptstadtregion.
Innovationsfelder: Zustandserfassung und
-diagnose,MRO-PlanungunddigitaleUnter-
stützung,Reinigung,Reparaturtechnologien.
Laufzeit: März 2009 bis März 2012
Partner: 3 Forschungsinstitute, 2 Hoch-
schulen, 14 Wirtschaftsunternehmen,
Institutionen
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.EckartUhlmann
Aktuelle FuE-Themen:
► ConditionMonitoringfürLeistungs-elektronik in der Fotovoltaik
► Intelligentes Condition-Monitoring-
Modelle, Algorithmen, autonome
Mikrosysteme
► Automatische, multisensorielle Rad-
laufflächenprüfung
►LangzeitverfügbarkeitvonElektronik
► CO2-Strahlreingung und zustands-
basierteDigitalisierungfürMRO-
Prozesse
► Entwicklung eines tragbaren Rei-
nigungs-undRepariersetsfürON-
Wing-Maintenance
► ReparaturbaukastenfürTriebwerks-und Turbinenkomponenten
► FlexiblerundeffizienterEinsatzvonMRO-Betriebsmitteln
► Innovative Werkzeuge und Zerspa-
nungstechnologie
► Reparaturtechnologien
Kostenintensive Maschinen und Anlagen
rentieren sich meistens erst, wenn sie
übereinelangeNutzungsphasebetrieben
werden.UmdieseDauergewährleistenzu
können,müssenverschlisseneTeileentwe-
der repariert oder Ersatzteile gefertigt wer-
den.BeihochwertigenBauteilenbietetdie
ReparaturgegenüberdemAustauschein
großesEinsparungspotenzial.DieAnfor-
derungen von neuen Reparaturverfahren
sinddurchhoheAnsprücheanFlexibilität
undAdaptivitätdesVerfahrensvorgege-
ben.DerzeitwerdendieseAnforderungen
überwiegenddurchmanuelleTätigkeiten
bewerkstelligt.DiesesVorgehenistsehr
kosten- und zeitintensiv und beinhaltet
immer das Risiko, dass die Endqualität vom
Mitarbeitermaßgeblichbeeinflusstwird.
Eine Automatisierung des Prozesses trägt
sowohl zur Produktivitäts- als auch zur
Qualitätssteigerungbei.
Turbinenbauteile aus verschleißfesten Werkstoffen sind besonders schwer zu reparieren (© Siemens AG).
Forschung und Entwicklung20
MRO
► Neue Reparaturverfahren
WerdenRadlaufflächenvonSchienenfahr-
zeugenüberarbeitet,könnenvielfältige
SchädigungenundVerschleißphänome-
neauftreten.DiehäufigstensindRisse
indenLaufflächen,Ausbröckelungen,
Flachstellen und eine damit einherge-
hende Aufhärtung der Randzone sowie
PolygonbildungundSpurkranzverschleiß.
Im Fraunhofer-Innovationscluster MRO
werden neben dem aktuell industriell
verwendeten Drehprozess auch die Ferti-
gungsverfahren Glattwalzen und Drehfrä-
senalsReparaturverfahrenuntersucht.
MittelsGlattwalzenkannderVerschleiß-
entwicklung entgegen gewirkt werden,
dadasVerfahrenRauheitsspitzenein-
ebnet und Druckeigenspannungen in
dieOberflächeeinbringt.Glattwalzen
ist ein umformendes Fertigungsverfah-
ren zur Feinstbearbeitung metallischer
Oberflächen,beidemeinWalzkörper
gegeneineOberflächegepresstwirdund
dortabwälzt.IndenRauheitsspitzendes
Materials werden hohe Druckspannungen
erzeugt, die den Werkstoff zum Fließen
bringenundeineUmformungderRand-
schichtimMikrometerbereichhervorrufen.
Die Rauheitsspitzen werden dabei jedoch
nichtumgeknickt.DerWerkstofffließt
stattdessen von Bereichen hoher Druck-
spannungen in Zonen niedrigerer Druck-
spannungenundfülltdabeidieTälerauf.
Dadurch wird der Traganteil des Materials
erhöht.DasVerfahrenzeichnetsichneben
dem Einbringen von Druckspannungen
undderErhöhungdesMaterialtraganteils
insbesondere durch die Härtezunahme des
bearbeiteten Werkstoffs und sehr geringe
Rautiefenaus.
HerkömmlicheDrehprozesseerzeugen
unabhängig vom verwendeten Schneid-
stoff und der Werkzeuggeometrie nicht
brechendeWendelspäne.Deshalbwird
dasDrehfräsenalseinweiteresmögliches
FertigungsverfahreninBetrachtgezogen.
Aufgrund der Kinematik des Drehfräsens
sindkurzbrechendeSpänezuerwarten.
Zudem kann durch die Auswahl geeigne-
ter Schnittparameter ein sehr hohes Zeit-
spanvolumenerreichtwerden.Desweite-
renistdiegenerierteOberflächemitihren
Der schienengebundene Verkehr ist einer der wichtigsten Transportwege für den europaweiten
Warenaustausch, ebenso wie für den Personenverkehr. Steigende Achslasten und Geschwindig-
keiten stellen neue Anforderungen an das Verkehrssystem, an die eingesetzten Werkstoffe, deren
Bearbeitung und die daraus resultierende Zuverlässigkeit im Betrieb. Insbesondere der Rad-Schiene-
Kontakt ist entscheidend für den Fahrkomfort und die Sicherheit im Bahnbetrieb. Schwingungen
durch diverse Verschleißformen entscheiden über die Lebensdauer aller Baugruppen eines Schienen-
fahrzeugs, des Gleises und streckennaher Gebäude. Im Rahmen des Fraunhofer-Innovations clusters
»Maintenance Repair and Overhaul (MRO) in Energie und Verkehr« wird der Einfluss der mecha-
nischen Bearbeitung beim Reprofilieren von Rädern schienengebundener Fahrzeuge untersucht.
Dabei werden u. a. mögliche Steigerungen der Laufleistung bei gleichzeitiger Berücksichtigung aller
Sicherheitsrichtlinien und Komfortansprüche analysiert.
ReprofilierenvonSchienenrädern
Reprofilieren von Eisenbahnrädern
FUTUR 1/2012 21
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing.StefanGebhard
Telefon: +49 30 314-23140
E-Mail:[email protected]
Maintenance of Railway Wheels
Thereprofilingofwornwheelsurfacesisa
crucial step in the maintenance of railway
vehicles and places increased demands on
themachiningprocess.Inparticular,the
various forms of wear due to the wheel-
railcontactinfluencethecomplexityofthe
machiningstrategy.Theobjectiveofthe
research project is to analyze and improve
the technological process conditions during
thereprofilingofthetreadofwheel.For
thispurpose,theinfluenceofthegener-
ated surface properties such as roughness,
topography, hardness, or material properties
on the resistance to wear in the wheel-rail
contactareanalyzedandevaluated.
einerDehnmessstreifenbrückedasSchwin-
gungsverhalten und die Entwicklung der
Anpresskraftüberprüft.Dieaufgebrachte
Flächenpressungbeträgt1000Newton.
► Vielversprechende Analysen
Erste Ergebnisse zeigen, dass sowohl die
Nachbearbeitung mittels Glattwalzen
durchdiegeringereOberflächenrauheitals
auch das Drehfräsen zu einer Steigerung
derLaufruhebeitragen.Analysendes
Schwingungsverhaltens und Messmetho-
den mit akustischen Kriterien beweisen
dasgleichermaßen.InweiterenFuE-Ar-
beiten wird die Entwicklung der Randzo-
neneigenschaften mittels Querschliffen im
Rasterelektronenmikroskopuntersucht.
Damit wollen die Wissenschaftler mittel-
fristigzurSteigerungderLaufleistungvon
RädernimschienengebundenenVerkehr
beitragen.
speziellen topographischen Eigenschaften
weniger durch Zugeigenspannungen
belastet,waseinenpositivenEinflussauf
den tribologischen Rad-Schiene-Kontakt
vermutenlässt.DiedurchDrehfräsener-
zeugteOberflächentopographie,diekeine
Vorschubkämmewiebeimklassischen
Drehprozess aufweist, lässt zudem bes-
sere Randzoneneigenschaften nach dem
Einlaufprozess des Rades auf der Schiene
erwarten.
► Tribologieprüfstand
ZurPrüfungdestribologischenVerhal-
tens wurde in Zusammenarbeit mit der
BundesanstaltfürMaterialforschungund
-prüfung(BAM)aufBasiseinerDrehma-
schineeinTribologieprüfstandkonstruiert
undgefertigt,deresermöglicht,den
Rad-Schiene-Kontakt durch zwei gegen-
einanderlaufendeScheibenzusimulieren.
AufdemVersuchsstandkönnenhinrei-
chendgroßeProbenkörperuntersucht
werden, wodurch reale Schnitttiefen von
8 mmwährenddermechanischenBearbei-
tungangewendetwerdenkönnen.Dieim
PrüfstandverwendeteMesstechnikerlaubt
darüberhinausdiefrühzeitigeDiagnose
vonVerschleißerscheinungen.Zudiesem
Zweck werden mittels Piezosensorik und
Topographieeigenschaften metallischer Oberflächen nach dem Drehfräsen Messtechnische Einrichtung zur Schwingungsaufnahme am Tribologieprüfstand
Forschung und Entwicklung22
MRO
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. Wissen-
schaftler am IWF entwickeln deshalb einen miniaturisierten leistungs-
starken Bearbeitungskopf, der die Reinigung von großen Anlagen im
montierten Zustand erlaubt.
UntersuchungenzumReinigenbzw.Ent-
schichten verschmutzter Turbinenschaufeln
mithilfe verschiedener Strahlverfahren und
-düsendurchgeführtunddiesoerzielten
Oberflächenqualitätenausgewertet.In
Anlehnung an die DIN EN ISO 8501-1
wurde dazu die Entschichtungsqualität
anhandvonVergleichsprobenbewertet.
Zum Einsatz kamen das Druckluftstrahlen
sowiedas(Rein-)Wasserstrahlen.Vorab
wurdenmöglicheVerschmutzungsgrade
an Schaufeln aus dem Luftverkehr und
Energiesektorumfassenduntersucht.Die
Schichten bestanden hauptsächlich aus
Oxid und variierten erheblich in Dicke und
Homogenität.
Komplexe Anlagen ohne vorherige De-
montagezureinigen,würdenichtnurdie
Wartungskosten senken, sondern auch die
Zeit der Betriebsunterbrechung reduzie-
ren.DasKonzeptdesBearbeitungskopfs
umfasst dabei sowohl die Anwendung von
Fertigungsverfahren mit beständigen und
unbeständigen Strahlmitteln wie Glasper-
len oder Trockeneis, als auch den Einsatz
vonSchleifverfahren.Zielisteineflexible
in-situBearbeitung.DasWerkzeugwird
dabei durch vorhandene Boroskopbohrun-
gen mit Durchmessern zwischen einem
halbenbiszueinemZolleingeführtund
kannsodiejeweiligeAnlagebearbeiten.
► Enger Bearbeitungsspielraum
DieHerausforderungfürdieStrahlverfah-
renliegtvorallemdarin,dieDüsengeome-
trie an den stark eingeschränkten Bewe-
gungsspielraumanzupassen.Insbesondere
der sehr geringe Abstand zwischen
StrahldüseundWerkstückistindiesem
Zusammenhangzunennen.DieIWF-Wis-
senschaftler haben deshalb experimentelle
► Druckluftstrahlverfahren
Das Druckluftstrahlen mit beständigen
Strahlmitteln, in der Regel Glasperlen, ist
derzeit das Standardreinigungsverfahren
fürbetriebsbedingtverschmutzteTurbinen-
komponentenindemontiertemZustand.
Mit Hilfe verschiedener Grundlagenunter-
suchungen wurde zunächst ein Lastenheft
erstellt, das die besonderen Anforderungen
einerin-situ-Bearbeitungbeschreibt.Auch
derEinflusswesentlicherEinstellparameter
aufdasEntschichtungs-bzw.Reinigungser-
gebniswurdedokumentiert.
Grundsätzlich nimmt die Reinigungsleis-
tungmitsinkendemArbeitsabstandzu.
Dies ist auf die steigende Energiedichte
zurückzuführen.Wirdallerdingseinbe-
stimmter Abstand unterschritten, nimmt
die Reinigungsleistung durch folgenden
Effekt ab: Nach dem Auftreffen des Strahl-
Kopfsache – Reinigen von Turbinenkomponenten
Gereinigter Bereich einer Turbinenschaufel (links, Streifenbreite der Entschichtung: 20 mm) und mit freigelegter Beschädigung (mitte und rechts)
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing.RobertHollan
Telefon: +49 30 314-22413
E-Mail:[email protected]
Cleaning of turbine components
Due to limited accessibility the maintenance
of complex constructions such as aircraft
engines and steam or gas turbines is usually
performedindisassembledstate.Especially
the manual process of assembling and
disassemblingisasignificanttimeandcost
factor.Therefore,researchengineersatIWF
are developing a miniaturized and powerful
cleaning tool to operate on large construc-
tionsinassembledstate.
DerStrahl,derdieDüseverlässt,wird
somitnichtbeeinträchtigt.Dakeinfestes
Strahlmittel zugemischt wird, ist eine
gekrümmteDüsenformohneerheblichen
einseitigenDüsenverschleißmöglich.
DurchunterschiedlicheDüsentypenlassen
sich Tropfen bilden, die beim Aufprall auf
dieWerkstückoberflächeähnlichwieFest-
stoffpartikelwirken.Siemüssenallerdings
nachderBearbeitungnichtentferntbzw.
entsorgtwerden.DesWeiterenwerden
keine zusätzlichen Fremdstoffe in die
Turbineeingebracht.Durchdengenau
einstellbarenArbeitsdruckkönnensowohl
leichte,alsauchstarkeVerschmutzungen
prozesssicher entfernt werden, ohne das
Grundmaterialzuschädigen.Darunter
liegendeBauteilbeschädigungenkönnen
damitleichterentdecktwerden.
Mit Abschluss des Projekts wird sowohl
die Entwicklungsmethodik, als auch ein
KonzeptfüreinenPrototypendesBear-
beitungskopfeszurVerfügungstehen.
Dieser wird speziell an die Anforderungen
derPartnerfirmenimInnovationscluster
MROangepasst.Darüberhinauswer-
den Service-Richtlinien erarbeitet, die
Unternehmendabeiunterstützensollen,
dieReinigungzukünftigbereitsbeider
Entwicklung von Turbinenkonzepten zu
berücksichtigen.
mittelsaufdasWerkstückbewegtsichein
Teil des abprallenden Strahlmittels wieder
zurückinRichtungDüse.Jekleinerder
Arbeitsabstandgewähltwird,destogrößer
ist die Interaktion zwischen dem aus der
Düseaustretendenunddemzurückpral-
lenden Strahlmittel, was zur Abnahme
derReinigungsleistungführt.DieserEffekt
hängtvoneinerVielzahlverschiedener
Parameterab.Dazugehörenu. a.der
Abrasivmassenstrom,dieGrößesowieder
Auftreffwinkel des eingesetzten Strahlmit-
telsundderArbeitsdruck.DieReinigung
mit einem unbeständigen Strahlmittel wie
festem Kohlendioxid erwies sich nur bei
schwach verschmutzten Komponenten als
zielführend.Grunddafüristdiegeringe
HärtederTrockeneis-Pellets.
► Wasserstrahlverfahren
Das Reinwasserstrahlverfahren ist ein viel-
versprechenderAnsatz,umkleinflächige
Verschmutzungenzuentfernen,dienicht
freizugänglichsind.Diestandardisierten
DüsengeometriensindimVergleichzuden
Druckluftdüsenerheblichkleiner,wodurch
die Handhabung in engen Arbeitsräu-
menvereinfachtwird.ImGegensatzzum
Druckluftstrahlenistesmöglich,den
Arbeitsabstand bis auf wenige Millimeter
zu reduzieren, da das Strahlmittel Was-
ser nach dem Auftreffen auf die Werk-
stückoberflächeseitlichausweichtund
nichtzurückzurDüsereflektiertwird.
Robotergeführter Wasserstrahlbearbeitungskopf
Forschung und Entwicklung24
MRO
EinetypischeReparaturkettefürTurbinen-
schaufeln besteht aus den Schritten Reini-
gen, Inspizieren, Heraustrennen schadhafter
Bereiche, Auftragschweißen, Rekonturieren,
EinstellendergefordertenOberflächenqua-
lität und eventuell abschließendem Strah-
len.VorallemspanendeFertigungsschritte
dieserReparaturkette,wiedieOberflächen-
bearbeitung durch Schleifen, werden meist
nochmanuelldurchgeführt.Dasverlangt
ein hohes Maß an Erfahrung und Experten-
wissenundschränktverfügbareRepara-
turkapazitätenein.ZielderIngenieurevon
IWF und Fraunhofer IPK ist es daher, diese
Arbeitsschritte teilweise oder komplett zu
automatisieren.DamitwollensieRepara-
turkapazitätenerhöhen,dieReproduzier-
barkeit von Reparaturen gewährleisten und
Reparaturkostensenken.
► Robotergestützte
Bearbeitungs systeme
JederSchadenisteinmalig.Deshalberfor-
dert eine automatisierte Reparatur eine
adaptiveProzesskette.Dasbedeutet,dass
Prozessschritte und -parameter individuell
an die jeweilige Aufgabe angepasst werden
müssen.AufgrundihrerhohenFlexibilität
eignensichdafürbesondersroboterge-
stützteBearbeitungssysteme.Siebietenim
VergleichzukonventionellenWerkzeugma-
schinenauchVorteiledurcheinengrößeren
Arbeitsraum und vergleichsweise geringe
Investitionskosten.DasHerzstückderim
Produktionstechnischen Zentrum (PTZ) re-
alisierten Demonstratorzelle ist ein 6-Achs-
Knickarm-Roboter.Mitihmkönnenselbst
komplexe Geometrien wie die freigeform-
tenOberflächeneinerTurbinenschaufel
bearbeitetwerden.UmausreichendeBahn-
genauigkeiten bei hohen Reaktionskräften
zu realisieren, wird eine Kraftsteuerung auf
Antriebsebeneeingesetzt.Gegenüberder
manuellen Bearbeitung wird dadurch au-
ßerdemdasBeschädigungsrisikogesenkt.
DerwerkstückgeführteProzessermöglicht
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 Triebwerks-
komponenten sind kapitalintensive Produkte, deren Reparatur oftmals wirtschaftlicher als ein Komplett-
austausch ist. Der Optimierung notwendiger Reparaturen widmet sich eine Forschungsgruppe von IWF und
Fraunhofer IPK.
Turbinenschaufelnrobotergestütztreparieren
Manuelle Reparatur von Turbinenschaufeln (© Siemens AG)
Repairing turbine blades
with robot assistance
Turbine fan blades are highly specialized
andstrainedcomponents.Foridealfluid
dynamic design in modern aero engines and
high temperature stationary gas turbines,
the fan blades are often subject to close
productiontolerances.Furthermore,an
increasing number of complex integral
components such as »blade integrated
disks(Blisk)«isusedinturbinedesign.Due
to the high cost of such components, a
repair is often more cost-effective than a
completereplacementofadamagedpart.
The optimization of repair processes is the
subject of a joined research group at IWF
andFraunhoferIPK.
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing.FlorianHeitmüller
Telefon: +49 30 314-24962
E-Mail:[email protected]
FUTUR 1/2012 25
bei der adaptiven Schleifbearbeitung einfa-
cherFreiformflächenArbeitsergebnissemit
einer Genauigkeit von unter 20 Mikrometern
inwenigeralsdreiSchrittenerzieltwerden.
Durch eine Kombination der Kraftregelung
miteinerVorschubsteuerungsinddabei
lokale Abtrennraten auf wenige Mikrometer
einstellbar.
► Technologiedatenbank
Hochgenaue Arbeitsergebnisse werden nur
durch eine optimale Wahl von Bearbeitungs-
strategieund-parameternerreicht.Deshalb
werden die Wissenschaftler im nächsten
Schritt eine umfassende Technologiedaten-
bank erstellen, aus der Anwender je nach
Bedarf alle wesentlichen Prozessparameter
wieAnpresskraft,Vorschub-undSchnittge-
schwindigkeitableitenkönnen.
Dafürwerdenz. B.dieexaktenAbtrennra-
ten verschiedener Schleifband- und Werk-
stoffkombinationeninTestreihenermittelt.
Bei der Bearbeitung von Nickel-Basis-Le-
gierungen haben sich hochharte Diamant-
Schleifbänderalsvorteilhaftgegenüber
konventionellen Korund-Schleifbändern er-
wiesen.Grunddafüristihrsehrgutesstatio-
näresVerhaltenmitgeringerEinschleifpha-
se.NochdetailliertereKenntnisseüberdas
genaue Abtrennverhalten von hochharten
Schleifbändern auf Nickel-Basis-Legierungen
zu gewinnen, ist ein weiteres Forschungs-
zielderWissenschaftler.Siewerdenkünftig
vorallemdenEinflussderlokalenGeome-
trieundihrerKrümmungsänderungbei
Freiformflächengenaueruntersuchen.
eineindividuelleHerstellungdergewünsch-
tenOberflächengüteanderjeweiligen
Bearbeitungsstation.Fürkraftgeführte
ZerspanprozesseaufFreiformflächenmittels
Robotern bieten sich außerdem Schleifmit-
telaufUnterlagean,dadiesederKontur
flexibelfolgenkönnen.
► Reparaturen genau planen
FürdieautomatisierteReparaturvonTurbi-
nenschaufeln entwarfen die Wissenschaft-
ler eine intelligente Prozesskette, die mit
einervollständigenVermessungdeszube-
arbeitendenBauteilsbeginnt.Dafürsetzen
sieeinenflächenhaftmessendenoptischen
3-D-Scannerein.DerScannerbasiertauf
dem Messprinzip der Streifenprojektion und
kann komplex geformte Bauteile in kurzer
ZeitmithoherGenauigkeitdigitalisieren.
Das erstellte Polygon netz wird mittels
TransformationüberReferenzpunktezu
dem nominalen CAD-Datensatz ausge-
richtet, um einen automatisierten Soll-Ist-
Vergleichdurchzuführen.AlsSchnittstelle
fürdieBahngenerierungundSimulation
stehtmitROBOTMASTERfürMASTERCAM
eineleistungsfähigeCAM-Umgebung
zurVerfügung.AufdieseWeisewirddie
robotergestützteBearbeitungnuranden
Stellendurchgeführt,andeneneinelokale
AbweichungzurgewünschtenGeometrie
besteht.DasspartZeitundKosten.
Der anschließende Fertigungsschritt roboter-
gestütztesBandschleifenlässtsichiterativ
solangewiederholen,bisdiegewünschte
Bauteilqualitäterreichtwird.Bisherkonnten
Kraftgesteuerter Bandschleifkopf in der RoboterzelleRoboterzelle zum adaptiven Bandschleifen am PTZ
Forschung und Entwicklung26
Werkzeugmaschinen
► Laser-Pulver-Auftragschweißen
Beim Laser-Pulver-Auftragschweißen wird
einpulverförmigerZusatzwerkstoffaufein
bestehendesBauteilaufgeschweißt.Dabei
schmilzt der Laserstrahl einen kleinen Be-
reichderOberflächeauf.Gleichzeitigwird
einpulverförmigerZusatzwerkstoffindas
Schmelzbadeingebracht.DerZusatzwerk-
stoff verbindet sich schmelzmetallurgisch
mit dem Bauteil und bildet eine poren-
undrissfreieSchicht.
Der Laserstrahl zeichnet sich durch eine
hoheLeistungsdichteaus.VonVorteilist
auch der stark fokussierte Energieeintrag,
dersehrexaktkontrolliertwerdenkann.
Die Ergebnisse sind auf diese Weise sehr
gutreproduzierbar.ZudemistderWär-
meeintraglokalbegrenzt.Dadurchwird
dasBauteilinsgesamtnurgeringerwärmt.
Verzugentstehtkaumbisgarnicht.Das
Verfahrenistdamitsehrgutfürhochpräzi-
seBauteilewieFormwerkzeugegeeignet.
Auch die thermische Beeinträchtigung von
temperaturempfindlichenWerkstoffenist
gering.Soistz. B.dieReparaturvonTeilen
aus hochwarmfesten Nickelbasislegierun-
genmöglich.KonventionelleSchweißver-
fahren hingegen erfordern einen deutlich
höherenEnergieeintrag,dersichnachteilig
aufeinenVerzugdesBauteilssowiedas
GefügedesWerkstoffsauswirkt.
Beim Laser-Pulver-Auftragschweißen
findetderMaterialauftragendformnah
mitgroßerPräzisionstatt.DerAufwand
füreinespanendeNachbearbeitungist
dahergering,womitdasVerfahrenauch
wirtschaftlicheVorteilemitsichbringt.
► Einsatz als Reparaturverfahren
Eine Reparatur umfasst mehrere Arbeits-
schritte:ZurVorbereitunggehörtdie
Reinigung und geometrische Erfassung
der beschädigten Stelle sowie nach Bedarf
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 Vergütungs-
stähle 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 endkontur-
nahen Materialauftrag qualitative sowie wirtschaftliche Vorteile. Forscher am Fraunhofer
IPK qualifizieren die Technologie für die Reparatur von hochpräzisen Bauteilen und tempe-
raturempfindlichen Werkstoffen.
Laser-Pulver-Auftragschweißen als Reparaturverfahren
FürdieOptimierungderReparaturtechno-
logie steht am Fraunhofer IPK eine Trumpf
TruLaser Cell 7020 mit einem Zwei-Kilowatt-
ScheibenlaserzurVerfügung.DerBearbei-
tungskopfwirdübereine5-Achs-Maschine
imRaumbewegt.Diezureparierenden
Bauteile werden mit Hilfe eines Dreh-Kipp-
Tischesausgerichtet,derdurchseineflexible
Bauteilpositionierung die Bearbeitung auch
komplexer,dreidimensionalerOberflächen
ermöglicht.DieFraunhofer-Forschererwei-
tern die Einsatzpotenziale des Laser-Pulver-
Auftragschweißens speziell auf die Reparatur
moderner, hochpräziser Bauteile und tempe-
raturempfindlicherWerkstoffeerweitern.
Trumpf TruLaser Cell 7020
FUTUR 1/2011 27
Laser powder cladding
as a repair technology
In recent years, the relevance of laser
powder cladding as an innovative repair
technologyiscontinuouslyincreasing.This
technology facilitates the reparation of
components made from all types of materi-
als, including stainless, tempered or tool
steelandtitanium-ornickel-basedalloys.
Spheroidal graphite iron parts can also be
repaired.Componentsoverhauledwithlaser
powder cladding are in every aspect equal
totheirfactory-newcounterparts.Duetoits
low heat input and near net shape material
deposition, laser powder cladding offers
superiorqualityandeconomicbenefitscom-
paredtoconventionalweldingmethods.
The experts at Fraunhofer IPK qualify the
technology for the repair of high-precision
componentsandheatsensitivematerials.
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing.BenjaminGraf
Telefon: +49 30 39006-375
E-Mail:[email protected]
einfeinkörnigesGefügeentsteht.Durch
eine passende Schweißvorrichtung kann
die Wärmeabfuhr aus dem Bauteil und
damit die Feinkornbildung weiter verbes-
sertwerden.
► Potenziale und Perspektiven
DieFüge-undBeschichtungstechnikex-
perten des Fraunhofer IPK haben umfang-
reiche Erfahrungen bei der Simulation
von schweißbedingten Phänomenen wie
EigenspannungenundVerzuggesam-
melt.DieseKenntnissewerdensienun
in weiteren FuE-Arbeiten auf das Laser-
Pulver-Auftragschweißenübertragen.Ins-
besonderefürdieReparaturvonPräzisi-
onsbauteilenkönnensobereitsimVorfeld
AussagenüberBauteilverzügegetroffen
werden.InZukunftsolldasVerfahren
darüberhinausfürdenmobilenEinsatz
bereitstehen.Reparaturendirektander
Maschinedurchzuführenverringertdie
Ausfallzeit, da Ein- und Ausbau des Werk-
zeugesentfallen.Potenzialbietetnicht
zuletzt auch die weitere Automatisierung
desReparaturprozesses.Zielistes,nach
einer Erkennung der beschädigten Stel-
len,z. B.durchoptischeVerfahren,die
notwendigen Schweißbahnen zur Repara-
turautomatischzuberechnen.
einespanendeBearbeitung.Anschließend
erfolgt der Wiederaufbau mittels Laser-
Pulver-Auftragschweißen.Dabeiwirdmit
mehreren Lagen solange neues Material
aufgetragen,bisdiegewünschteForm
wiederhergestelltist.Abschließendwird,
fallsnötig,einespanendeBearbeitung
durchgeführt,umdieOriginalmaßewieder
zuerreichenoderdieOberflächenqualität
zuerhöhen.ReparierteBauteilesindim
Anschlusssofortwiedereinsatzbereit.
VondenVorteilendesVerfahrenspro-
fitiereninsbesonderedieGießerei-und
Spritzgusstechnik sowie der Formen-
bau.Kostenintensiveundaufwändige
Werkzeugemüssennichtmehrvorzeitig
entsorgtwerden,sondernkönnennach
einer Reparatur wieder in den Betrieb
gehen.AuchbeiTurbinenschaufelnwird
dasVerfahrenhäufigeingesetzt.Neben
Schaufeln aus hochwarmfesten Nickel-
basislegierungen lassen sich verschlis-
seneVerdichterschaufelnausTitanund
Titan-Legierungenreparieren.Umeine
Versprödungzuvermeiden,wirdbeiTitan
besonderer Wert auf die Schutzgasabde-
ckunggelegt.DieProzessparameterder
Reparaturschweißung werden so gewählt,
dassbeihohenAbkühlgeschwindigkeiten
Auffüllen von Nuten mittels Laser-Pulver-Auftragschweißen
Forschung und Entwicklung28
Werkzeugmaschinen
► Impulsmagnetische
Fertigungsverfahren
Impulsmagnetische Fertigungsverfah-
ren basieren auf dem Induktionsprinzip,
wobei die in Kondensatoren gespeicherte
Energie mittels eines Hochstromschalters
entladenwird.Dabeifließtkurzfristig
ein hochfrequenter Starkstrom durch die
Werkzeugspule.Aufgrunddesinduzier-
ten Magnetfeldes werden im elektrischen
leitfähigenWerkstückWechselströme
erzeugt, wodurch es zu einer Abschirmung
desMagnetfeldeskommt.Dieresultieren-
de Lorentzkraft wirkt dabei in nur wenigen
Mikrosekunden als magnetischer Druck
aufdieWerkstückoberflächeundführtzur
plastischenUmformungdesWerkstücks
oderzurVerschweißungvonzweiWerk-
stücken.AufgrundihrerkurzenProzesszeit
eignen sich impulsmagnetische Fertigungs-
verfahrenhervorragendfürdenEinsatzin
Produktionsprozessen.DieProduktivität
wird lediglich durch den Ladevorgang der
Kondensatorenbeschränkt.DieGeometrie
der Werkzeugspule ist variabel gestaltbar
und erlaubt so in Kombination mit einem
flexiblenRobotersystemunterschiedliche
Umformprozesse,z.B.Kompressionund
Flachumformung, innerhalb der Produk-
tionsstraßedurchzuführen.Durchexakt
einstellbare Prozessparameter, wie die La-
deenergie oder den Abstand der Schweiß-
partner, ist eine genaue Reproduktion der
Fertigungsergebnissemöglich.
► Impulsmagnetische Umformung
bei Raumtemperatur
Der Einsatz verschiedener Leichtbauwerk-
stoffebietetdieMöglichkeitderGewichts-
reduktion in unterschiedlichen Anwen-
dungsfeldernderProduktionstechnik.Bei
metallischen Werkstoffen treten besonders
Legierungen mit Aluminium und Mag-
nesiumalsHauptkomponentenhervor.
Magnesiumlegierungenermöglicheneine
weitereReduktionderMassegegenüber
Aluminiumum30Prozent.Dahereignen
siesichbesondersfürdenEinsatzinder
Automobilbranche, vor allem im Bereich
derE-Mobilität.
Aufgrund der hexagonalen Gitterstruktur
könnenkonventionelleUmformprozesse,
z.B.dasTiefziehen,nurbeiTemperatu-
ren von 220°C mit industrierelevanten
Umformgradenrealisiertwerden.Dafür
müssendiePlatinenvordemUmform-
prozess mit einem geeigneten Werkzeug
erwärmtwerden.Dadurchsteigensowohl
dieKosten,alsauchderEnergiebedarffür
dieUmformungvonMagnesiumblechen.
Eine Alternative ist das impulsmagnetische
UmformenvonMagnesiumlegierungen.
DieVorteilegegenüberkonventionellen
Umformverfahrenliegeninprozessspezifi-
schen Wirkmechanismen, die eine quasi-
adiabateUmformungdesWerkstückszur
Folgehaben.Dasheißt,esfließtkeineWär-
mewährenddesUmformvorgangsab.Eine
UmformungderMagnesiumlegierungen
mitindustrierelevantenUmformgradenist
somitauchbeiRaumtemperaturmöglich.
Die dabei wirkenden Mechanismen zu er-
fassen, ist Ziel eines Grundlagenforschungs-
projekts.DieWissenschaftlervergleichen
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 metalli-
schen Werkstoffen untersucht.
Fertigung in Hochgeschwindigkeit
In Edelstahl geprägte Geometrien. Die Prägetiefe beträgt 120 µm.
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing.(FH)LukasPrasol,M.Sc.
Telefon: +49 30 314-23568
E-Mail:[email protected]
FUTUR 1/2012 29
High-speed manufacturing
in the metal industry
High-speed manufacturing processes such
as magnetic pulse forming or magnetic
pulse welding offer a considerable potential
to expand the working limits of metallic
materials.Magneticpulseproductionpro-
cessesarebasedontheinductionprinciple.
The required energy is stored in capaci-
tors.Theenergyisdischargedthrougha
high-currentswitch.Here,briefly,ahigh
frequencyalternatingcurrentflowsthrough
the tool coil which results in the formation
ofamagneticfield.Theinductionofeddy
currents in electrically conductive workpiece
follows.TheresultingLorentzforceisthen
used for processing the workpiece within
microseconds.
FürdieUntersuchungenwurdeeinspezi-
elles Werkzeugsystem entwickelt: Mit Hilfe
eines Magentfeldes wird das Prägewerk-
zeug innerhalb weniger Millimeter auf
Geschwindigkeiten von bis zu 50 Metern
jeSekundebeschleunigt.DerUmformvor-
gangfindetanschließendinnerhalbvon
60Mikrosekundenstatt.Verglichenmit
quasi-statischenUmformungenwirdso
eineverbesserteFormausfüllungerreicht.
► Impulsmagnetisches Schweißen
von Profilen
Der Stoffschluss beim impulsmagnetischen
Schweißen entsteht durch die Annäherung
derFügepartneraufAtomabstand,diedann
eineatomareVerbindungeingehen.Im
UnterschiedzumsonstähnlichenSpreng-
plattieren wird hier der Kraftimpuls durch
ein transientes Magnetfeld eingebracht, das
einfachzuhandhabenistunddarüberhin-
aus eine hervorragende Reproduzierbarkeit
ermöglicht.DieWissenschaftlercharakteri-
sierendieFügeeigenschaftenundFügegeo-
metrien verschiedener Materialkombinatio-
nen mittels Zugversuch, Härtegradmessung
undMikroskopie.UmlangwierigeVersuchs-
reihen sowie nachgehende Analysen zu
reduzieren, wird parallel dazu ein Finite-Ele-
mente(FE)-Modellweiterentwickelt.Dieses
Modell soll durch Kopplung elektrodynami-
scher und strukturmechanischer FE-Simulati-
onen helfen, Schweißvorgänge und zugleich
dieSchweißqualitätzuprognostizieren.
Außerdem sollen mit Hilfe des FE-Modells
künftigparametrischeVariationenrelevanter
Prozessparameter umgesetzt und Schweiß-
prozesseinsgesamtoptimiertwerden.
hier impulsmagnetisch umgeformte mit
konventionellumgeformtenBlechen.
AnhandvorabbestimmterParameter,z.
B.derHärteinderUmformzone,sowie
entsprechenderGefügeuntersuchungen
wird eine Abgrenzung der Hochgeschwin-
digkeitsumformunggegenüberderquasi-
statischenUmformungvorgenommen.Die
ermittelten Daten dienen als Grundlage
fürdieEntwicklungeinesMaterialmodells
fürdieMagnesiumlegierungAZ31,dasdie
Anforderungen der Hochgeschwindigkeits-
umformungberücksichtigt.
► Prägen höherfesten Stahls
In einem anderen Forschungsprojekt wird
dasPrägenhöherfestenStahlsuntersucht.
Ziel ist herauszuarbeiten, welche Auswir-
kungen ein hoher Energieeintrag durch
den impulsmagnetischen Antrieb auf den
Umformprozesshat.DasUmformverhalten
hängtdabeiinsbesonderevonderUm-
formgeschwindigkeit ab: Zum einen hat
eine hohe Geschwindigkeit thermisch akti-
vierte Prozesse zur Folge, wodurch Wärme
entsteht.DadieseWärmeaufeinmini-
malesVolumenkonzentriertist,kannsie
bei der geringen Prozessdauer nicht in das
gesamteWerkstückfließen.Zumanderen
sind auch die Duktilität und die Fließspan-
nungvonderUmformgeschwindigkeit
abhängig.EbensoverändernsichdieRei-
bungsverhältnisse zwischen Werkzeug und
WerkstückbeizunehmenderWerkzeug-
geschwindigkeit.Dasistbesondersbeider
Prägung von Mikrostrukturen relevant,
dahiereinhoherAnteilanWirkflächen
besteht.
Schematische Darstellung der impulsmagnetischen Umformung am Beispiel einer Kompressionsspule
Schematische Darstellungsweise der Kopplung von elektromagnetischer (links) und strukturdynamischer Simulation (rechts).
ANSYS Emag electromag-
netic simulation
ANSYSAUTODYNexplicit
mechanical simulation
FLorentz (x,t)
Forschung und Entwicklung30
► Parametrisierung und Validierung
Die messtechnische Bestimmung unbe-
kannter Modellparameter zur Beschreibung
desstrukturdynamischenVerhaltensvon
Werkzeugmaschinen ist grundlegend
fürdieSimulationvonWechselwirkun-
genzwischenProzessundStruktur.Das
dynamischeVerhaltenderWerkzeug-
maschinenstruktur kann durch Messung
des Übertragungsverhaltens zwischen
anregender Kraft und Systemantwort am
Werkzeugmittelpunktabgeleitetwerden.
Zur Anregung des Systems kommen hier
vor allem Impulshämmer und Schwin-
gungserregerzurAnwendung.DerEinfluss
der Anregungsart und -amplitude auf die
Erfassung der Systemantwort ist nicht zu
vernachlässigen.Erfasstwirdsievorallem
durch Lasertriangulatoren oder -vibrome-
ter und Beschleunigungssensoren an der
Werkzeugspitze.Letzterekönnenaufgrund
der Eigenmasse des Sensors bei bestimmter
MontageartdasdynamischeVerhaltender
Strukturerheblichbeeinflussen.
FürdieProzessmodellierungsindzahlrei-
cheZerspankraftmodelleverfügbar,deren
SchnittkraftkoeffizientenüberBearbei-
tungstestsermitteltwerden.EinDynamo-
meter erfasst die jeweilige Zerspankraft,
wobei dessen Einbringung ins System
das Prozessverhalten ebenfalls erheb-
lichbeeinflusst.ZurValidierungwerden
experimentelleStabilitätskartenerarbeitet.
DesWeiterenkönnenLasertriangulatoren
oder Schalldruckpegelmessgeräte ver-
wendetwerden.FürdieStabilitätsanalyse
ist außerdem die Bewertung des Anteils
selbsterregter Schwingungen im Zerspan-
prozessnötig.
► Modellierung dynamischen
Verhaltens
DasdynamischeVerhalteneinerWerk-
zeugmaschine kann, nachdem es mess-
technisch erfasst wurde, mit Hilfe von
Modellen mathematisch abgebildet
werden.DieseModellebildendieGrund-
lagefürSimulationen.Diesogewon-
nenen Ergebnisse dienen dem tieferen
VerständnisundfolglichderOptimierung
des jeweiligen Prozesses oder der Werk-
zeugmaschinenstruktur.Danebenkannder
EinflussspezifischerFehlerquellenaufdie
Fertigungsgenauigkeitanalysiertwerden.
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 Erhö-
hung des Zeitspanvolumens bei konstanter Fertigungsgenauigkeit erreicht werden. In Abhängig-
keit der Werkzeugmaschinenstruktur, der Prozessparameter und der Komplexität der Bearbeitung
können Prozessinstabilitäten auftreten. Dadurch allerdings werden Maßhaltigkeit und Leistungs-
fähigkeit 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 Struktur-
dynamik die prozessinterne Diagnose und Überwachung des Bearbeitungsprozesses.
Werkzeugmaschinen
Integrierte Prozess- und Maschinensimulation
Analyse der Stabilität von Zerspanprozessen unter Verwendung eines Dynamometers
Ihre Ansprechpartner
Dipl.-Ing.PatrickRasper
Telefon: +49 30 314-24452
E-Mail:[email protected]
Dipl.-Ing.JanMewis
Telefon: +49 30 314-23998
E-Mail:[email protected]
Integrated Process
and Machine Simulation
To succeed in the global competition,
companies have to constantly increase the
productivity of their machining processes as
wellasthequalityoftheirproducts.Thus,
the material removal rate has to be raised,
while the machining accuracy remains
unchanged.Thedynamicbehaviorofthe
machine tool structure, the process param-
eters and the complexity of the respective
process can be hold responsible for instabili-
tiesduetoundesired,self-excitedvibrations.
They limit the dimensional accuracy, thus
reducing the achievable performance of the
machinetool.Integratedprocessstructure
simulation models can be used to optimize
theprocessplanningandcontrol.Themod-
els have to be parameterized and validated
bymeasurement-basedanalysis.Further-
more, they have to consider the relation
between process and structure to achieve
agoodcorrelationtoreality.Inaddition,
real-time simulation of structural dynamics
allows in-process diagnostics and monitor-
ingofthemachiningprocess.
setzt, da sie unabhängig von vorgegebenen
Strukturenanwendbarist.DieMehrkörper-
simulationhingegenwirdgrößtenteilszur
Optimierung bereits bestehender Struktu-
reneingesetzt.SDOF-bzw.MDOF-Systeme
beschreiben das Übertragungsverhalten an
bestimmtenPunkteneinerStruktur,z. B.
an der Werkzeugspitze, und werden daher
in erster Linie zur simulativen Optimierung
konkreterProzesseherangezogen.
UmvorabdieOberflächenqualitätdes
herzustellendenWerkstückszubeschrei-
ben, muss der Prozess simulativ durchge-
führtwerden.DazuwurdeinderEnt-
wicklungsumgebung Matlab Simulink ein
MDOF-SystemmitzwölfFreiheitsgradenso
dimensioniert, dass der Nachgiebigkeitsfre-
quenzgang an der Werkzeugspitze eines
5-achsigenHSC-Fräszentrumszu95 Pro-
zentkorrektwiedergegebenwird.Darüber
hinaus wurde eine geometrische Zerspan-
simulation in Matlab entwickelt und mit
demMDOF-Systemgekoppelt.Damitistes
möglichOberflächentopographien,dieim
jeweiligen Bearbeitungsprozess entstehen,
simulativvorwegzunehmen.InallenTest-
läufen stimmten die Ergebnisse zu mindes-
tens80 ProzentmitderRealitätüberein.
Fernergelanges,bestimmteOberflächen-
phänomene, die durch instabile Prozesse
hervorgerufenwurden,abzubilden.
Am weitesten verbreitet ist die Finite-Ele-
mente-Methode (FEM): Eine Struktur wird
mehr oder weniger detailliert in kleine
Volumenunterteilt,indeneneinestück-
weiseLösungderGleichungmöglichist,
diedasphysikalischeVerhaltenbeschreibt.
AuchdieMehrkörpersimulation(MKS)fin-
dethäufigAnwendung.DieStrukturwird
zwar bei dieser Methode stark vereinfacht,
siebeschreibtallerdingsdasVerhaltenbei
entsprechender Dimensionierung sehr
genau.Außerdemkanndasdynamische
Verhaltendeutlichschnelleralsbeider
FEMberechnetwerden.
Eine abstraktere Methode ist die Nachbil-
dung des Nachgiebigkeitsfrequenzganges
mittels Kombinationen aus Feder-Masse-
Dämpfern.DiesefindeninFormvonSingle
Degree of Freedom (SDOF)- oder Multi
Degree of Freedom (MDOF)-Systemen
Verwendung.DiesesVorgehenermöglicht,
dass das Schwingverhalten der Werk-
zeugspitze im Zeitbereich und in Echtzeit
mathematischnachvollzogenwird.
► Simulation dynamischen
Verhaltens
JenachAnwendungsbereichbietendie
MethodenVor-undNachteile.DieFinite-
Elemente-Methode wird vorrangig zur
Optimierung von Konstruktionen einge-
FUTUR 1/2012 31
(a) gemessene Oberflächentopographie, (b) simulierte Oberflächentopographie, instabiler Fräsprozess- unter Verwendung eines Kugelkopffräsers
Forschung und Entwicklung32
Werkzeugmaschinen
Offshore-Windkraftanlagen stellen im
Bereich der erneuerbaren Energien einen
zukunftsträchtigenMarktdarundkön-
nen einen hohen Beitrag zur nachhalti-
genRessourcennutzungleisten.Entschei-
denderFaktorfürdenökonomischenund
ökologischenErfolgderAnlagenistdie
Zuverlässigkeit des Getriebes, da War-
tung und Reparatur auf See mit hohem
Ressourceneinsatzverbundensind.
► Einflussgrößen von Zahnrädern
Die Lebensdauer eines Zahnrades hängt
insbesondere von der Geometrie und
derOberflächenbeschaffenheitder
Zahnflankeab.AuchderSchmierstoff
unddieSchmierfilmausprägungspielen
eineRolle.BeiGleitbewegungenzwi-
schendenZahnflankenundzugeringer
Schmierfilmdickekanneinesogenannte
Mischreibung mit Scherung entstehen,
diemikroskopischeOberflächenschä-
denzurFolgehat.EineReduktionder
Oberflächenrauheitkombiniertmiteiner
gezieltenStrukturierungderOberflä-
cheundangepasstenModifikationder
Zahngeometrieversprichteinehöhere
Lebensdauer und Leistungsdichte der
Zahnradpaarungen.DieStrukturierung
derOberflächenführtzueinermini-
miertenEinlaufphase,einerhöheren
Tragfähigkeit und einer verbesserten
SchmierfilmausprägungimBetrieb.Die
Herausforderung in der Fertigung der
modifiziertenZahnflankenbestehtdarin,
einenflexiblenundeffizientenBearbei-
tungsprozesszugewährleisten.Dabei
sollen die Zahnradeigenschaften ohne die
BeanspruchungübermäßigerFertigungs-
ressourcenverbessertwerden.
► Der Untersuchungsaufbau
Zahnräder werden industriell durch diskon-
tinuierlichesZahnflanken-Profilschleifen
gefertigt.Allerdingswerdendabeiunidi-
rektionale Bearbeitungsspuren auf den
Zahnflankengeneriert,dieNachteilein
der Einlaufphase der Zahnräder und beim
Schmierfilmaufbaumitsichbringen.Im
laufenden Forschungsvorhaben wird der
Schleifprozess kinematisch moduliert, um
denEinflussunterschiedlicherProzess-
stellgrößenaufdieMikrostrukturierungen
anderZahnflankezuanalysierenundzu
optimieren.AuchdieWechselwirkungen
zwischender3D-Zahnflankentopographie
und dem Reibverhalten im Betrieb sind
GegenstandderUntersuchungen.
Dazu werden in einem ersten Schritt nu-
merischeSimulationendurchgeführt.Da-
Das Bestreben nach nachhaltiger Ressourcennutzung wächst zusehends.
Themen wie Erhöhung der Leistungsdichte, Funktions sicherheit 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 Konstrukti-
onselemente. Das Institut für Mechanik und das IWF der TU Berlin unter-
suchen dazu gemeinsam Optimierungspotenziale im Fertigungsprozess
und Betriebsverhalten von Zahnrädern für Offshore-Windkraftanlagen.
Mikrostrukturierte Zahnräder fürWindkraftanlagen
Unterschiedlich strukturgeschliffene Oberflächen von Zahnrädern
Micro-structured gears for offshore
wind turbines
Sustainable use of natural resources is
heading the agenda in both industry and
science.Lifetimeandreliabilityoftechni-
cal products, as well as reduction of energy
consumption in manufacturing and opera-
tionarekey-topicsofacademicresearch.
Together with the Institute for Mechanics,
research engineers at IWF are looking into
the optimization of both the manufactur-
ing process and the operating performance
ofgearsforoffshorewindturbines.Their
reliable functioning is an essential factor
for the economic and ecological success of
windenergyplants.Adefinedstructuring
of teeth surfaces by abrasive machining
canimprovethelubricantfilmandreduce
thestart-upphaseduringoperation.The
approach affords an increase of the gear’s
service life and therefore, reduces mainte-
nanceworkatoffshorewindturbines.
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing.ClemensBäcker
Telefon: +49 30 314-23923
E-Mail:[email protected]
FUTUR 1/2012 33
schliffen.MitHilfeeinesZahnradversuchs-
standes werden die Strukturen auf ihren
Mehrwertgeprüft.Herkömmlichgeschlif-
fene sowie strukturierte Zahnräder werden
in Langzeitversuchen mit unterschiedlichen
LastkollektivenaufihreVersagensmecha-
nismenhinuntersucht.
Ziel der Wissenschaftler ist es, nach
Abschluss der Projektarbeiten fundierte
AussagenüberdieWirkungsmecha-
nismen beim kinematisch modulierten
Zahnflanken-Profilschleifenzutreffen.
Das betrifft besonders den Spanbildungs-
prozess, das Werkzeugverhalten und
dieOberflächenstrukturierung.Darüber
hinaus soll der Gesamtnutzen im Hinblick
auf die Fertigung und das Einsatzverhalten
derZahnflankenstrukturierungbilanziert
werden.BesonderesAugenmerkgiltdabei
derSchmierfilmausprägung.
durchkönnenmögliche3-D-Oberflächen-
topographien auf ihre Eignung hinsichtlich
derVerbesserungderSchmierfilmausprä-
gungbewertetwerden.Aufbauendauf
den simulativ ermittelten 3-D-Strukturen
fertigteineUniversal-Rundschleifmaschine
im konventionellen Einstechverfahren
sowie mittels unterschiedlicher axialer
OszillationskinematikenLagerringe.Unter
VerwendungeinesZwei-Scheiben-Prüf-
standeswirdanschließendderEinflussder
variierenden Strukturen auf die Schmier-
filmausprägunggemessenundaufeine
Korrelation mit den Simulationsergebnis-
sengeprüft.NachAbschlussderTestphase
werden vergleichbare Strukturen mit Hilfe
einerZahnrad-Profilschleifmaschineder
Firma Niles Werkzeugmaschinen vom Typ
ZE800gefertigt.Dabeiwerdenkonventi-
onelleundkinematischmodulierteProfile
aufdieOberflächenderZahnflankenge-
Offshore-Windpark (© Siemens AG)
Niles Zahnrad-Profilschleifmaschine (© Niles)
34
Maschinen,Werkzeuge,Verfahren– komplett aus einer Hand
NILES gehört weltweit zu den führenden Herstellern von Zahnradschleifmaschinen und Zahnrad-Profilschleif-
maschinen. Das Berliner Traditionsunternehmen ist seit 1997 Mitglied der Kapp Gruppe und bietet u. a. Zahnrad-
Profilschleifmaschinen 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:HerrDr.Reichel,Nilesistein
BerlinerTraditionsunternehmenmitüber
100-jährigerGeschichte.WiesosindSie
der verhältnismäßig industrieschwachen
Hauptstadtregion treu geblieben?
Reichel:NilesisteinUrberlinerUnter-
nehmen.Eswurde1898gegründetund
begann damals mit der Lizenzproduktion
eineramerikanischenDrehmaschine.Seit
1931stellenwirVerzahnungsschleifma-
schinenher.Zuerstproduziertenwirin
Oberschöneweide,danninWeißenseeund
imJahr2000zogdasUnternehmennach
Falkenberg.HierhabenwireinneuesWerk
füraktuell180Mitarbeitergebaut.Wir
haben uns in Fortsetzung unserer langen
BerlinerGeschichtefürdasneueGeländein
Falkenbergentschieden.Mittlerweilesind
wir leider das letzte in Berlin verbliebene
Werkzeugmaschinenunternehmen.Undwir
wollenauchbleiben.
FUTUR:WasmachtIhrUnternehmenso
erfolgreich?
Reichel: Bereits während der DDR-Zeit
habenwirunsimmermehraufVerzah-
nungsschleifmaschinen spezialisiert und
genau in dieser Nische sind wir nachwievor
tätig.Vieledenken,wirwürdenZahnräder
herstellen.AberwirstellendieMaschinen
her,umZahnflankenanZahnrädernzu
bearbeiten.Dieseliefernwirweltweit;
unsereExportquoteliegtbei90Prozent.
WirkonntenindenletztenJahrensehrgut
wachsen, da sich unser Kundenkreis insbe-
sondere im Bereich der Windkraftindustrie
erweiterthat.UnsereMaschinensindein
hoch spezialisiertes Hightech-Produkt,
dessen Herstellung nur wenige Firmen
beherrschen.Außerunsgibtesnurzwei
ernstzunehmende Wettbewerber auf der
Welt.WennSieirgendwoeinenZug,ein
Windrad oder einen Bagger in Bewegung
sehen – immer dort, wo etwas Großes sich
bewegt,könnenSiemitSicherheitsagen,
dassZahnrädereingebautsind.Undzu
33 ProzentwurdendieseZahnräderauf
einerMaschinevonNilesgeschliffen.
FUTUR: Zur Zeit arbeiten Sie mit dem
IWF an der Entwicklung eines innovativen
SchleifprozesseszurVerbesserungdertri-
bologischenEigenschaftenvonZahnrädern.
WieprofitiertNilesvonsolchenWissen-
schaftskooperationen, deren Ergebnisse
öffentlichzugänglichsind?
Reichel: Öffentlich zugänglich ist ja
meistens nur eine Zusammenfassung der
Forschungsergebnisse.Wirprofitierenim
RahmendieserProjektenatürlichdavon,
dass wir uns viel tiefer mit der Thematik
beschäftigen.WirerfahrenauchDinge,die
nichtveröffentlichtwerden,beispielsweise
wieetwasebennichtfunktioniert.Dassind
genausowichtigeErkenntnisse.Außerdem
habenwireinenzeitlichenVorteil.Meistens
wirdeheramEndeeinesProjektsveröffent-
licht.Dannkönnenwiroftmalsschonein
Produkt anbieten, wenn Andere erst von
derProblemstellungerfahren.Wirhaben
also sowohl einen zeitlichen, als auch einen
inhaltlichenVorsprung.
FUTUR: Niles ist ein langjähriger Partner
desPTZ.WieerlebenSiedieBeziehungzu
IWF und Fraunhofer IPK?
Reichel: Wir haben eine sehr enge Be-
ziehungzubeidenInstituten.Wirhaben
immer kompetente Partner gefunden, mit
denenwirgut,unbürokratischundunkom-
pliziertzusammenarbeiten.Wirhelfenuns
gegenseitig.EineunsererMaschinensteht
z. B.seitvielenJahrenamInstitutundwird
zuForschungszweckengenutzt.Aufder
anderen Seite haben wir eine Reihe bilate-
ralerAufträgevergeben,fürdieunsereei-
geneFuE-AbteilungnichtdieZeithatte.Wir
müssenunsjainternvorallemmitkunden-
spezifischenEntwicklungenbeschäftigen.
GrundsätzlichereUntersuchungenkommen
daoftzukurz.Daistesimmerhilfreich,
einen Partner zu haben, der die Zeit hat,
systematischvorzugehen.Unseraktuelles
Projekt ist letztendlich aus dieser langjähri-
genZusammenarbeitentstanden.DasPTZ
konnte sich durch unsere Kooperation ein
gewisses Know-how zur Feinbearbeitung
vonVerzahnungenerarbeiten,derenwei-
tere Erforschung jetzt von der Deutschen
Forschungsgemeinschaftgefördertwird.
FUTUR: Sie sprechen die Bearbeitung von
GroßzahnrädernfürWindkraftanlagenan.
InwieweitkönnenSiedievielzitierteEnergie-
Interview
wende in Deutschland aus Ihren Aufträgen
heraus bestätigen? Wie steht Deutschland
dabeiiminternationalenVergleichda?
Reichel: Deutschland steht sehr gut da,
dahierschonvorJahrzehntenbegonnen
wurdeinWindkraftzuinvestieren.Bis2008
konnten wir einen sehr hohen Auftrags-
eingangausdieserBrancheverzeichnen.
Danach kam konjunkturbedingt ein starker
Einbruch.InDeutschlandbliebderAbsatz
unserer Kunden zwar konstant, aber in
anderenLändernsankdieAuftragslage.
Grunddafürist,dassdiegesamteBranche
vonstaatlicherFörderungabhängt,weil
die Technologie hinsichtlich der Kosten
nochnichtwettbewerbsfähigist.Vielen
Ländern fehlt schlicht und einfach das Geld,
umweiterhinzufördernunddieBranche
voranzutreiben.Manchedenken,dasses
der Windkraftindustrie dank Energiewende
prächtig ginge, aber im Gegenteil: Im Au-
genblickmüssendieBeteiligtenganzschön
kämpfen.Ichglaubeallerdings,dassdasnur
einekurzfristigePhaseist.Langfristig,davon
binichüberzeugt,kommtniemandander
Windkraftvorbei.DieseTechnologieistbei
den erneuerbaren Energien am wirtschaft-
lichsten.
Das eigentliche Problem der Windkraft sind
diefehlendenTrassen.AnderKüstehaben
wir zwar wirklich gute Windbedingungen,
aberkaumIndustrie.DerEnergiebedarfvor
Ortistdahervergleichsweisegering.Damit
die Energie in die Ballungsräume kommt,
brauchen wir entsprechende Trassen, die
esaberfürsolcheDurchleitungsvolumina
nochnichtgibt.FrüherlagderWind-
kraftanteil an der Energieversorgung bei
wenigenProzent.IhrEinsatzimNetzwar
kaumzuspüren.Heuteredenwirübernen-
nenswerte Anteile, die Energieversorgung
mussfolglichgesichertsein.Dazuzählenei-
nerseitsTransportkapazitäten.Andererseits
müssenwirWegefinden,Energiesinnvoll
zuspeichern.SinddieseVoraussetzungen
erst geschaffen, ist noch einmal ein Boom
zuerwarten.
Futur: Chinesische Anlagenbauer zählen zu
Ihren besten Kunden, wenn es um Schleif-
maschinenfürWindradgetriebegeht.Die
chinesische Industrie und die Regierung des
Landes gelten nicht gerade als umweltbe-
wusst.Wiepasstdaszusammen?
Reichel: Aus meiner Sicht lässt sich das
nichtpauschalisieren.IchbereiseChina
schonseitvielenJahren.Wennmansieht,
wie sich China entwickelt hat, dann ist das
unglaublich.Undmanmussihnendiese
Entwicklungnatürlichauchzugestehen.Wir
als Europäer oder Amerikaner haben einen
sehrhohenLebensstandard.Dawollen
andere erst einmal hin und das gelingt
natürlichnur,indemmanproduziert,indem
manEnergieverbraucht.DerCO2-Verbrauch
pro Kopf liegt in China noch weit hinter
unserem.Insoferndenkeich,dassdieSitu-
ation in China besser ist, als sie manchmal
dargestelltwird.VoralleminRichtungUm-
weltschutz hat sich einiges getan, gerade
imBereichWindkraft.Chinaistheutedas
Land, in dem absolut die meisten Wind-
kraftanlageninstalliertwerden.Schwierig
ist vor allem die sinnvolle Einbindung der
WindparksindieEnergienetze.Diefehlende
Integration in die Energieversorgung hemmt
denAusbauimMomentsehrstark.Vor
diesem Problem allerdings stehen wir hier in
Deutschlandgenauso.
Kontakt
Dr.FrankReichel
Telefon: +49 30 93033-0
E-Mail:[email protected]
Zur Person
Dr.FrankReichelstudierteWerkzeug-
maschinenkonstruktion an der Technischen
UniversitätDresdenundpromoviertehier
1991 zum Thema »Maschinenintegrierte
Qualitätssicherung beim CNC-Innenrund-
schleifen«.Von1990bis1999warerals
Leiter Entwicklung und Konstruktion bei
derFirmaSchaudtinStuttgarttätig.ImJahr
2000wechselteReichelzuNiles.Hierister
alsWerkleiterfürdenStandortinBerlin-
Falkenbergmitderzeit180 Mitarbeitern
verantwortlich.
FUTUR 1/2012 35
36 Partnerunternehmen
KOMET RHOBEST GmbH
Exlgasse 20a
6020 Innsbruck
Österreich
Telefon: +43 512 283559-0
Fax: +43 512 283559-99
E-Mail:[email protected]
Internet: www.kometgroup.com
Produktionsstandorte
Deutschland, Österreich
KOMETRHOBESTverfügtübereine
einzigartige Beschichtungsexpertise und
hateineeigeneVerfahrenstechnologie
entwickelt, mit der erstmals vielfältige
Trägermaterialien hochwertig beschichtet
werdenkönnen.Diamantbeschichtete
Werkzeugeeignensichhervorragendfür
dieZerspanungvonGrafitimFormenbau,
faserverstärkten Kunststoffen in der Luft-
fahrt und Medizintechnik sowie Alumini-
umlegierungeninderAutomobilindustrie.
DasUnternehmenmitSitzinInnsbruck
bietetindividuelleundflexibleLösungen.
DieVorteilefürdenKundenliegenauf
derHand.Einerseitsermöglichtdieenge
Zusammenarbeit von Forschung und Ent-
wicklung, individuelle Zerspanungsanfor-
derungen aufzugreifen und konsequent
neue Wege in der Werkzeugbeschichtung
zugehen.Andererseitskönnenvorallem
Kunden aus dem Bereich der Lohnbe-
schichtung auf die langjährige und inter-
national etablierte Kompetenz eines der
führendenPräzisionswerkzeughersteller
vertrauen–eineWin-Win-Situationfür
alleBeteiligten.
Innovation und konsequente Weiterent-
wicklung wird bei KOMET RHOBEST groß-
geschrieben.DasUnternehmenverfügt
übereineeigeneForschungsabteilungzur
anwendungsbezogenen Entwicklung und
arbeitenseitvielenJahrenmitführenden
internationalen Forschungslaboren und
Universitäten,wiebeispielsweiseder
TU Berlin,zusammen.
KOMET RHOBEST ist ein Tochterunter-
nehmenderKOMETGROUP.Seitüber
90 Jahrenzähltdieinternationalerfolg-
reicheUnternehmensgruppemitSitzin
BesigheimzudenInnovationsführern
imBereichPräzisionswerkzeuge.Derzeit
beschäftigtdasUnternehmenmitseinen
20Tochtergesellschaftenüber1700 Mit-
arbeiter und ist in rund 50 Ländern
vertreten.
KOMET RHOBEST ist Technologieführer im Bereich der hoch-
wertigen, einzigartigen Nano-Diamantbeschichtungen. Das
Unternehmen gehört zur international tätigen KOMET GROUP,
die führend im Bereich der Herstellung von Präzisionswerk-
zeugen ist und mit innovativen Werkzeugkonzepten und
serviceorientierten Lösungen überzeugt.
Maßgeschneiderte Beschichtungen
KOMET RHOBEST
Ihre Ansprechpartner
Dr.DorisSteinmüller-Nethl
Telefon: +43 512 283559-11
E-Mail:[email protected]
Dr.DetlefSteinmüller
Telefon: +43 512 283559-12
E-Mail:[email protected]
Arbeitsraum Werkstückspindel
x-Achse 570 mm max.Drehzahl 2.500min -1
y-Achse 235 mm min.Werkstückdurchmesser 3 mm
z-Achse 1.100mm max.Werkstückdurchmesser 12 mm
Schleifspindel Auflösung
Leistung 9 kW x-, y-, z-Achse < 0,0001 mm
max.Schleifscheibendrehzahl 24.000min-1 a-Achse < 0,0002 Grad
min.Schleifscheibendurchmesser 50 mm
max.Schleifscheibendurchmesser 150 mm
Maschinensteckbrief
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing.ClemensBäcker
Telefon: +49 30 314-23923
E-Mail:[email protected]
FUTUR 1/2012 37
Maschinensteckbrief
SchütteWU305micro
Unsere FuE-Leistungen
► Herstellung vollkeramischer
Schaft- und Mikrowerkzeuge
► Weiterentwicklung des
Werkzeugschleifprozesses
► Optimierung der Abrichttechnologie
fürdasWerkzeugschleifen
► Herstellung hochbelastbarer
Gewinde aus Keramik
► Qualifizierunginnovativer
Schleifscheibenspezifikationen
Ereignisse und Termine38
Besuch aus Costa Rica
Botschafter Chaverri Sievert im IPK
Am15.MärzbesuchteS. E.JoséJoaquínChaverriSievert,Bot-
schafterderRepublikCostaRica,dasFraunhoferIPK.Begrüßt
wurdeervonDr.BertramNickolay,AbteilungsleiterSicherheits-
technik,derauchInitiatordesBesucheswar.ChaverriSievert
informiertesichbeiseinemBesuchinbesondereüberinnovative
Softwarelösungen,diederzeitamIPKentwickeltwerden.Dazu
gehörennebendem»ePuzzler«genanntenProgrammzurvirtu-
ellenRekonstruktionderzerrissenenStasi-Unterlagenvorallem
dieProjekte»desCRY«und»SecureMobileIdentity(SMI)«.Bei
desCRY handelt es sich um eine Software zur Fahndung nach kin-
derpornographischenDarstellungen.SMIermöglichtdiesichere
AuthentifizierungvonNutzerneinesFirmennetzesübermobile
Endgeräte.
»Jugend forscht« im PTZ
Der5.RegionalwettbewerbBerlin-MittekürtNachwuchswissenschaftler
ObeinheimischePflanzenschnellerverwesenalsausländische,
obTrinkenkrankmachenkannoderobPflanzeneinGedächt-
nis haben waren nur einige der spannenden Fragen, denen sich
SchülerinnenundSchülerimRahmendes5.Regionalwettbewer-
besBerlin-Mitte»Jugendforscht«stellten.Der5.Regionalwett-
bewerbBerlin-Mittewurdeam22.FebruarimPTZausgetragen
undbegeisterteJuryundAnwesendemitkreativen,innovativen
undnachhaltigenIdeenininsgesamt6Fachgebieten.Dassdie
JugendlichenobendreinauchdiePraxisnähenichtvergessen,
zeigten sie mit Projekten wie einem am Fahrrad integrierten
LadegerätfürMP3-PlayeroderSolarenergiebetriebenenLaptops.
Dank des Engangements und der Einsatzbereitschaft vieler Helfer
gelang es, Wettberb und Preisverleihung zu einem besonderen
EreignisfüralleBeteiligtenwerdenzulassen.
Bereitszum47.MalsuchtdernationaleWettbewerbengagierte
Nachwuchswissenschaftler.Deutschlandweitfolgtenmehrals
10.000JugendlichedemAufrufundreichtennaturwissenschaft-
liche,mathematischeodertechnischeProjekteein.IhrZiel:Der
Bundeswettbewerb,derimMaiinErfurtdiefinalenSiegerküren
wird.VorherallerdingsmüssendieTeilnehmendendieVorrunden
aufRegional-undLandesebeneüberstehen.
Jugendliche Teilnehmerinnen und Teilnehmer hatten auch die Gelegenheit das PTZ kennenzulernen. In Gruppen wurden sie durch das Versuchsfeld geführt.
Ihr Ansprechpartner
Prof.Dr.-Ing.GüntherSeliger
Telefon: +49 30 314-22014
Ihr Ansprechpartner
Steffen Pospischil
Telefon: +49 30 39006-140
Botschafter Chaverri Sievert (re.) und Dr. Bertram Nickolay im Versuchsfeld des PTZ
FUTUR 1/2012 39
Ihr Ansprechpartner
Ronald Orth
Telefon: +49 30 39006-171
...solautetedasMottoeinerVeranstaltungam25.Januarim
LudwigErhardHausderIHKinBerlin.CommunityofKnowledge,
derXinnovationse.V.unddieGesellschaftfürWissensmanage-
mente.V.hatteneingeladen.UnterdenRednernwarRonald
OrthvomFraunhoferIPK.ErkoordiniertdievomBMWigeför-
derteInitiative»FitfürdenWissenswettbewerb«underläuterte
dieBedeutungdesWissensmanagementsfüreinestrategische
Unternehmensentwicklung.OrthstelltedieamFraunhoferIPK
entwickelteWissensbilanzvorundzeigteauf,wiesielösungsori-
entiertzurOptimierungvonUnternehmensprozesseneingesetzt
werdenkann.
Wissensmanagement für wachsende Unternehmen ...
Rund20Teilnehmerbesuchtenvom15.bis16.Märzden
Workshop »Genauigkeit an Präzisions- und Mikromaschinen –
Messtechnik und Steuerung« im neuen Anwendungszentrum
MikroproduktionstechnikAMP.DieVeranstaltungausderReihe
»PraxisderMikrofertigung«thematisiertePraxislösungenzur
Messung der Genauigkeit an Werkzeugmaschinen sowie zur
IntegrationderMessergebnisseindieMaschinensteuerung.
Referenten aus Wissenschaft und Industrie stellten Mess-
prinzipien und Mess geräte aus ihrer täglichen Praxis vor und
zeigtenBeispielefürdieoptimierteKalibrierungvonHoch-und
Ultrapräzisionsmaschinen,Messgeräte-undMaschinenhersteller,
Anwender sowie Forschungseinrichtungen hatten zahlreiche
Gelegenheiten zum Informationsaustausch und zur Diskussion
speziellerFragestellungen.
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing.JensHermannWintering
Telefon: +49 30 39006-417
Praxis der Mikrofertigung
Genauigkeit an Präzisions- und Mikromaschinen
Die Anforderungen an die Steuerungs- und Messtechnik von Präzisions- und Mikromaschinen steigen stetig.
Ronald Orth erklärt, wie Unternehmen fit für den Wissenswettbewerb werden.
Ereignisse und Termine40
»BentoBox« bewährt sich
Erste Testphase meistert der Prototyp mit Bravour
In Kooperation mit dem Logistikberater LNC konzipierte das
FraunhoferIPKeineinnovativeLösungfürdieinnerstädtische
Logistik:diesogenannte»BentoBox«.DieseSammelstation
fürPakete,PäckchenundkleinereSendungenhatihrenersten,
zweimonatigenPraxistestinBerlinmitAuszeichnungbestanden.
85 ProzentderKurierfahrtenkonntenimEinsatzgebietanstelle
vonPkwsmitFahrräderndurchgeführtwerden.DieBentoBox
ermöglichtaußerdemdieBündelungvonLieferaufträgen.Die
AndockstationfürsechsKleincontainerhilftso,urbaneLogistik-
prozessenachhaltigerundeffizienterzugestalten.Auchdemtra-
ditionellenStresstestwährendderWeihnachtszeithieltsieStand.
Positiv schnitt sie nicht zuletzt auch bei den Eil- und Overnight-
Sendungenab.DieBentoBoxrichtetsichsowohlanLogistikunter-
nehmenalsauchangeschäftlicheundprivateEndkunden.Zurzeit
wirdsieinLyongetestet,anschließendreistsienachTurin.
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing.WernerSchönewolf
Telefon: +49 30 39006-145
Ein Fahrradkurier der Firma Messenger Transport + Logistik GmbH demonstriert die Bedienung der Bentobox
Werner Schönewolf vom Fraunhofer IPK (2. v. re.) während der Präsentation der BentoBox.
FUTUR 1/2012 41
Ihr Ansprechpartner
Ronald Orth
Telefon: +49 30 39006-171
»ProWis« ist ein Wissensmanagement-Werkzeugkasten speziell
fürmittelständischeUnternehmen.Entwickeltwurdeervon
FraunhoferIFFundFraunhoferIPK.DiebeidenInstitutesetzen
im Wissensmanagement genau dort an, wo das Wissen im
Unternehmen»fließen«soll:indenGeschäftsprozessen.Mit
ProWislernenUnternehmeninwenigenSchritten,denUm-
gangmitihrerwohlwichtigstenRessourcezuoptimieren.Dazu
wurdeneineVorgehensweisezurEinführungvonWissensma-
nagment entwickelt sowie drei praxiserprobte Analysemethoden
bereitgestellt,diedabeihelfen,denUmgangmitWissenge-
nauerunterdieLupezunehmen.DarüberhinausstelltProWis
eine Sammlung von fast 50 Wissensmanagement-Methoden
und-WerkzeugenimWebzurVerfügung,dieUnternehmendie
EntscheidungfürdierichtigeLösungerleichternsoll.
Wissen, Prozesse, Management
ProWis ist »Projekt des Monats Februar« bei der Transfer-Allianz
Kostenloser ProWis-Leitfaden
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Wissen anwenden
Wissen erzeugen
Wissen verteilen
Wissen speichern
WM-Kernaktivitäten
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Wissen anwenden
Wissen erzeugen
Wissen verteilen
Wissen speichern
WM-Kernaktivitäten
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WM-Gestaltungsfelder
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WM-Gestaltungsfelder
Corporate Culture
HRM
Cont
rol
Process Organization
Führ
ungs
syst
eme
Unternehmenskultur
Personal
Cont
rolli
ng
Organisation
Informationstechnik
Geschäftsprozesse
Corporate Culture
HRM
Cont
rol
Process Organization
Führ
ungs
syst
eme
Unternehmenskultur
Personal
Cont
rolli
ng
Organisation
Informationstechnik
Geschäftsprozesse
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TOM-Modell
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TOM-Modell
Technik
Organisation
Mensc
h
Technik
Organisation
Mensc
h
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Intellektuelles Kapital
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Intellektuelles Kapital
HK SK BK
HumankapitalStrukturkapital
Beziehungskapital
HK SK BK
HumankapitalStrukturkapital
Beziehungskapital
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Praxisprobleme
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Praxisprobleme
?
?
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Alle Methoden
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Alle Methoden
A - Z
A - Z
LÖSUNGSBOx
ProWis: Wissen – Prozesse – Management
Elemente des Online-Werkzeugkastens, der unter www.prowis.net frei zugänglich ist.
WieWissensmanagementeingeführt,analysiertundmitHilfe
welcher Methoden es angewendet wird, vermitteln außerdem
zahlreichePublikationenundVeranstaltungenderFraunhofer-
Experten.GetestetwurdedasKonzeptbereitserfolgreichin15
PilotunternehmenausdemMittelstand.
Der Erfolg des Projektes wurde nun auch von der Transfer-
Allianzhonoriert.ProWiswarimFebruar»ProjektdesMonats«.
Weitere Informationen zum Thema sind unter
www.prowis.netzufinden.
Ereignisse und Termine42
PTZ in Hannover
Großes Themen-Potpourri auf der HMI 2012
Druckfrisch
Jahresbericht2011/2012desPTZ
Ihre Ansprechpartnerin
Claudia Engel
Telefon: +49 30 39006-238
WelcheWeichenimvergangenenJahrfür2012gestelltwurden
undwohinsiedasPTZführen,fasstderfrischerschienene
Jahresbericht2011/2012mitspannendenEinblickeninaktuelle
Forschungsaktivitätenzusammen.DerJahresberichtkannkosten-
los im Internet unter www.ipk.fraunhofer.deheruntergeladen
oder als gedrucktes Exemplar per E-Mail oder telefonisch bestellt
werden.
INSTITUT WERKZEUGMASCHINEN UND FABRIKBETRIEBTECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN
INSTITUTPRODUKTIONSANLAGEN UND KONSTRUKTIONSTECHNIK
20122011
PRODUKTIONSTECHNISCHES ZENTRUM BERLIN
AUS UNSERER FORSCHUNG
Ihr Ansprechpartner
Steffen Pospischil
Telefon: +49 30 39006-140
Vom23.bis27.AprilfindetindiesemJahrdieHannoverMesse
statt.FraunhoferIPKundIWFwerdensichmitmehrerenExpo-
natenaufverschiedenenStändenbeteiligen.»Fertigungund
Genauigkeit in Produktion und MRO« ist das Thema auf dem
StandderTUBerlininHalle2,StandC31.InHalle15,StandF29
präsentiertdasIPKaufdemGemeinschaftsstanddesVerbunds
Produktion seinen Demonstrator zur »Selbstorganisierenden
Produktion«erstmalsinVerbindungmitrealenMaschinenausder
Mikrofertigung.EinePräsentationzur»ProduktionvonMorgen«
zeigtderVerbundProduktionauchaufdemGemeinschaftsstand
derFraunhofer-GesellschaftinHalle2,StandD22.Kollegenvon
IWF und IPK stellen Themen zur Simulation von Schweißprozes-
sen, von Zerspanprozessen und Trockeneisstrahlen im Rahmen
desGemeinschaftsstandesderFraunhoferAllianzNUSIM(Nume-
rischeSimulation)inHalle7,StandB10vor.DeramFraunhofer
IPK entwickelte Prototyp eines Microcarriers, eines elektrischen
Spezialfahrzeugs zur Warendistribution in Städten und innerhalb
von Gebäuden, wird erstmals in Halle 25, Stand F24 (Leitmesse
MobiliTec)derÖffentlichkeitvorgestellt.
FUTUR 1/2012 43
TermineMehr Können – Veranstaltungen 2012
16.-17.April2012 Workshop: Reverse Engineering
19.April2012 Industrieller Arbeitskreis: Keramikbearbeitung
23.-27.April2012 Hannover Messe 2012: Innovationscluster MRO
24.-26.April2012 Euro ID 2012: Innovationscluster Sichere Identität
25.April2012 Forum Sichere Identität
7.Mai2012 Seminar: Mehrwert durch mehr Qualität
9.-10.Mai2012 Workshop: Bearbeitung von Hochleistungskeramik
10.-11.Mai2012 Seminar: CO2 als Strahl- und Reinigungsmedium
11.Juni2012 Seminar: Best Practice Manager
12.Juni2012 Workshop:GeschäftsprozessmanagementfürFortgeschrittene
13.-15.Juni2012 Seminar: Grundlagenseminar Reinigungstechnik
15.Juni2012 Technologietag:E-City-Logistik–ElektromobilitätfürdieInnenstadt
18.-19.Juni2012 Seminar: Wissensbilanz-Moderator
23.August2012 Technologietag: Medizintechnik
3.September2012 Tagung: Sichere Identität – Science meets Content
Der Technologietag »E-City-Logistik« zeigt strategische Handlungsoptionen auf, wie die Innenstadtlogistik
mitHilfemodernerE-Fahrzeugeneugestaltetwerdenkann.ImRahmendervomBundesverkehrsministerium
gefördertenModellregionen»Elektromobilität«wurdeninBerlin-PotsdamersteFlottenversuchemitelektrisch
angetriebenenNutzfahrzeugendurchgeführt,umdieLeistungsfähigkeitundNutzenpotenzialederElektro-
mobilitätfürdenWarenwirtschaftsverkehrzuermitteln.AufderGrundlagediesererstenErfahrungenwerden
zukunftsweisendeEinführungsszenarienfürelektrischangetriebeneNutzfahrzeugeentwickeltundineinem
Pilotversuchbis2020indenModellregionenumgesetzt.AufdemTechnologietag»E-City-Logistik«werden
die Ergebnisse der ersten Flottenversuche sowie verschiedene Logistikkonzepte wie Container-, Sammel- und
Verteilsystemepräsentiert.Verkehrsbehörden,FlottenbetreiberundForschungseinrichtungenzeigenstrategische
Handlungsoptionenauf,wiedieInnenstadtlogistikmitHilfemodernerE-Fahrzeugeneugestaltetwerdenkann.
TIPP Technolgietag »E-City-Logistik« am 15. Juni 2012
WeitereInformationenzudenVeranstaltungenundMöglichkeitenzurAnmeldungfindenSieunter
www.ipk.fraunhofer.de/weiterbildung
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.
Kurzprofil
Produktionstechnisches
Zentrum (PTZ) Berlin
Ihre Ansprechpartner im PTZ Berlin
UnternehmensmanagementProf.Dr.-Ing.KaiMertinsTelefon +49 30 39006-233, [email protected]
Virtuelle Produktentstehung,Industrielle InformationstechnikProf.Dr.-Ing.RainerStarkTelefon +49 30 [email protected]
Produktionssysteme, Werkzeugmaschinen undFertigungstechnik Prof.Dr.h.c.Dr.-Ing.EckartUhlmannTelefon +49 30 [email protected]
Füge- und Beschichtungstechnik (IPK)Prof.Dr.-Ing.MichaelRethmeierTelefon +49 30 [email protected]
Füge- und Beschichtungstechnik (IWF)Prof.Dr.-Ing.RainerStark(komm.)Telefon +49 30 314-25415 [email protected]
Automatisierungstechnik,Industrielle AutomatisierungstechnikProf.Dr.-Ing.JörgKrügerTelefon +49 30 [email protected]
Montagetechnik und FabrikbetriebProf.Dr.-Ing.GüntherSeligerTelefon +49 30 [email protected]
Qualitätsmanagement, QualitätswissenschaftProf.Dr.-Ing.RolandJochemTelefon +49 30 [email protected]
MedizintechnikProf.Dr.-Ing.ErwinKeeveTelefon +49 30 [email protected]
Fraunhofer-Innovationscluster
Maintenance, Repair and Overhaul (MRO) in Energie und VerkehrDipl.-Ing.MarkusRöhnerTelefon +49 30 [email protected]
Sichere IdentitätDipl.-Phys.ThorstenSyTelefon +49 30 [email protected]
Fraunhofer-Allianzen
AdvanCer HochleistungskeramikTiagoBorsoiKleinM.Sc.Telefon +49 30 [email protected]
ReinigungstechnikDipl.-Ing.MartinBilzTelefon +49 30 [email protected]
VerkehrDipl.-Ing.WernerSchönewolfTelefon +49 30 [email protected]
Arbeitskreise
Werkzeugbeschichtungenund SchneidstoffeFionaSammler,M.Eng.Sc.Telefon +49 30 [email protected]
KeramikbearbeitungDipl.-Ing.FlorianHeitmüllerTelefon +49 30 [email protected]
TrockeneisstrahlenDipl.-Ing.MartinBilzTelefon +49 30 [email protected]
MikroproduktionstechnikDr.-Ing.DirkOberschmidtTelefon +49 30 [email protected]
Berliner Runde (Werkzeugmaschinen)Dipl.-Ing.ChristophKönigTelefon +49 30 [email protected]
Kompetenzzentren
AnwendungszentrumMikroproduktionstechnik (AMP)Dr.-Ing.DirkOberschmidtTelefon +49 30 [email protected]
BenchmarkingDr.-Ing.HolgerKohlTelefon +49 30 [email protected]
ElektromobilitätDipl.-Ing.WernerSchönewolfTelefon +49 30 [email protected]
Mehr Können – Veranstaltungen 2012Claudia EngelTelefon +49 30 [email protected]
Methods-Time MeasurementDipl.-Ing.AleksandraPostawaTelefon +49 30 [email protected]
Modellierung technologischer und logistischer Prozesse in Forschung und LehreDipl.-Ing.SylianosChiotellisM.Sc.Telefon +49 30 [email protected]
PDM/PLMDr.-Ing.HaygazunHaykaTelefon +49 30 [email protected]
Rapid PrototypingDipl.-Ing.(FH)KamillaUrbanTelefon +49 30 [email protected]
SimulationDipl.-Ing.PavelGocevTelefon +49 30 [email protected]
Self-Organising Production (SOPRO)Dipl.-Ing.EckhardHohwielerTelefon +49 30 [email protected]
Szenarien für die Produkt-entwicklung und FabrikplanungDipl.-Ing.MarcoEisenbergTelefon +49 30 [email protected]
Virtual Reality Solution Center (VRSC)Dr.-Ing.JohannHabakukIsraelTelefon +49 30 [email protected]
Wiederverwendung von BetriebsmittelnDipl.-Ing.TimoFleschutzTelefon +49 30 [email protected]
WissensmanagementDr.-Ing.Dipl.-Psych.InaKohlTelefon +49 30 [email protected]
Zentrum für Innovative Produktentstehung (ZIP)Dr.-Ing.HaygazunHaykaTelefon +49 30 [email protected]
Das Produktionstechnische Zentrum
PTZ Berlin umfasst das Institut für
Werkzeugmaschinen und Fabrikbe-
trieb IWF der Technischen Univer sität
Berlin und das Fraunhofer-Institut
für Produktionsanlagen und Kons-
truktionstechnik IPK. Im PTZ werden
Methoden und Technologien für das
Management, die Produktentwick-
lung, den Produktionsprozess und
die Gestaltung industrieller Fabrikbe-
triebe 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
mitderWirtschaftzuentwickeln.Das
PTZüberführtdieimRahmenvonFor-
schungsprojekten erzielten Basisinnova-
tionen gemeinsam mit Industriepartnern
infunktionsfähigeAnwendungen.
WirunterstützenunserePartnervonder
ProduktideeüberdieProduktentwicklung
und die Fertigung bis hin zur Wiederver-
wertung mit von uns entwickelten oder
verbessertenMethodenundVerfahren.
HierzugehörtauchdieKonzipierungvon
Produktionsmitteln, deren Integration in
komplexe Produktionsanlagen sowie die
Innovation aller planenden und steuern-
denProzesseimUnternehmen.