Die vorliegende Arbeit strebte die Entwicklung einer werkstoffangepassten prozessspezifischen Technologie an, um so den Primärenergieeinsatz bei der Bauteilherstellung mittels Warmmassivumformung um 3,9 – 6,6 GJ/t zu senken. Die Kombination aus Ur-und Umformtechnik sollte die gestalterischen Freiheiten der Gießerei mit den Festigkeitssteigernden Eigenschaften der Umformtechnik in einer Prozesskette verknüpfen und so die Herstellung von Bauteilen ermöglichen, die einen einsatzangepassten Eigenschaftsgradient aufweisen. Die fertigungsgerechten und eigenschaftsbestimmenden
Herstellungsbedingungen in den einzelnen Fertigungsstufen der Prozessabfolge Formteilgießen – thermomechanische Umformung – Vergütung zu analysieren und zu fundieren war Inhalt umfangreicher Grundlagenversuche. Abgeleitet
daraus, wurde für jeden einzelnen Prozessschritt ein entsprechendes Parameterfeld definiert, welches zur gezielten Eigenschaftseinstellung im Bauteil strikt einzuhalten ist. Die erarbeiteten Technologieparameter für die Komplextechnologie des GTMBProzesses konnten für die Herstellung eines Demonstratorbauteils validiert werden. Die abschließende Bauteilcharakterisierung mit klassischen Methoden der Metallografie und Werkstoffwissenschaft bestätigte die prozessspezifischen Gefüge- und Eigenschaftsveränderungen.
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The present work aimed at the development of a material-adapted process-specific technology in order to reduce primary energy consumption by 3.9 - 6.6 GJ/t in the production of components by hot forming. The combination of primary and forming technology was intended to combine the design freedom of the foundry with the strength-enhancing properties of the forming technology in a single process chain, thus enabling the production of components with a property gradient adapted to the application. Extensive basic tests were carried out to analyze and define the manufacturing conditions suitable for production and determining the properties in the individual production stages of the process sequence: molding - thermomechanical forming - quenching and tempering. Derived from this, a corresponding parameter field was defined for each individual process step, which is to be strictly adhered to for the specific property setting in the component. The technology parameters developed for the complex technology of the CTMT process were validated for the production of a demonstrator component. The final component characterization using classical methods of metallography and materials science confirmed the process-specific microstructure and property changes.
Aktualisiert: 2023-06-15
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Die Biologische Transformation der Wertschöpfung wird den Produktionsstandort Deutschland massiv verändern, ein Sachverhalt, der im Zuge der BIOTRAIN-Voruntersuchung erstmal umfangreich analysiert wurde. Im Ergebnis zeichnet die Voruntersuchung ein ganzheitliches Bild des Status-Quo Deutschlands, der zu erwartenden Umwälzungen, der Basistechnologien sowie der Handlungsfelder dieser Transformation.
Aktualisiert: 2023-06-01
Autor:
Thomas Bauernhansl,
Marc Beckett,
Christian Brecher,
Axel Demmer,
Welf-Guntram Drossel,
Patrik Elfert,
Johannes Full,
Peter Gumbsch,
Arvid Hellmich,
Katharina Hien,
Julian Hinxlage,
Jessica Horbelt,
Günther Jutz,
Sabine Krieg,
Christophe Maufroy,
Robert Miehe,
Marian Noack,
Ursula Schließmann,
Patrick Scholz,
Oliver Schwarz,
Michael Ten Hompel,
Markus Wolperdinger,
Philipp Wrycza
Die Ultraschallunterstützung beim Bohren und Tiefbohren ist ein Ansatz zur Verbes-serung der Leistungsfähigkeit der Verfahren. Die Arbeit verfolgt die neuartige Idee der kombinierten Nutzung des Ultraschalls, d.h. dieser wird einerseits aktiv bzw. aktorisch zur Beeinflussung des Zerspanungsprozesses und andererseits passiv bzw. sensorisch als Basis für eine Prozessüberwachung verwendet. In diesem Zusammenhang wird eine Systemanalyse von Zerspanungsprozess und resonantem Schwingsystem durchgeführt. Über ein kinematisches Prozessmodell werden die grundlegenden Mechanismen der Ultraschallunterstützung analysiert und mit Hilfe eines elektromechanischen Ersatzmodells das dynamische Verhalten des resonanten Schwingsystems abgebildet. Basierend darauf werden Ansätze zur Prozessüberwachung abgeleitet. Im Detail erfolgt die Überwachung der Prozessstabilität mit Mo-dulationserscheinungen des Ultraschalls. Der Zerspanungsprozess beeinflusst durch die resonante Kopplung das dynamische Verhalten des Schwingsystems. Mit Hilfe von prozessparallelen Messungen werden die Prozesssteifigkeit und -dämpfung als Kennwerte berechnet, welche die Grundlage zur Überwachung des Werkzeugver-schleißes, der Erkennung von Materialfehlern sowie der Bearbeitungssituation des Bohrprozesses bilden. Die Zusammenhänge zwischen Kinematik und den Prozess- und Ergebnisgrößen beim ultraschallunterstützten Bohren sowie die Ansätze zur Prozessüberwachung werden mit Hilfe von verschiedenen Versuchsreihen zum Bohren und Tiefbohren validiert.
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Ultrasonic assistance in drilling and deep drilling is an approach to improve process performance. The work presents a novel idea of the combined use of ultrasound, i.e. it is used on the one hand actively to influence the machining process and on the other hand passively or sensorially for process monitoring. In this context, a system analysis of the machining process and the resonant vibration system is carried out. A kinematic process model is used to analyse the basic mechanisms of ultrasonic assistance in drilling and an electromechanical model is developed to investigate the dynamic characteristic of the resonant vibration system. Based on this, approaches for process monitoring are derived. In detail, the monitoring of the process stability relies on modulation phenomena of the ultrasound. In addition, the drilling process influences the dynamic behaviour of the vibration system through resonant coupling. Using in-process measurements, process stiffness and damping are calculated as key values, which are basis for the monitoring of tool wear, the detection of material defects and the machining situation of the drilling process. The relationships between kinematics and the process as well as result values in ultrasonic-assisted drilling and the approaches for process monitoring are validated through experimental test series for drilling and deep drilling.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Die vorliegende Arbeit strebte die Entwicklung einer werkstoffangepassten prozessspezifischen Technologie an, um so den Primärenergieeinsatz bei der Bauteilherstellung mittels Warmmassivumformung um 3,9 – 6,6 GJ/t zu senken. Die Kombination aus Ur-und Umformtechnik sollte die gestalterischen Freiheiten der Gießerei mit den Festigkeitssteigernden Eigenschaften der Umformtechnik in einer Prozesskette verknüpfen und so die Herstellung von Bauteilen ermöglichen, die einen einsatzangepassten Eigenschaftsgradient aufweisen. Die fertigungsgerechten und eigenschaftsbestimmenden
Herstellungsbedingungen in den einzelnen Fertigungsstufen der Prozessabfolge Formteilgießen – thermomechanische Umformung – Vergütung zu analysieren und zu fundieren war Inhalt umfangreicher Grundlagenversuche. Abgeleitet
daraus, wurde für jeden einzelnen Prozessschritt ein entsprechendes Parameterfeld definiert, welches zur gezielten Eigenschaftseinstellung im Bauteil strikt einzuhalten ist. Die erarbeiteten Technologieparameter für die Komplextechnologie des GTMBProzesses konnten für die Herstellung eines Demonstratorbauteils validiert werden. Die abschließende Bauteilcharakterisierung mit klassischen Methoden der Metallografie und Werkstoffwissenschaft bestätigte die prozessspezifischen Gefüge- und Eigenschaftsveränderungen.
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The present work aimed at the development of a material-adapted process-specific technology in order to reduce primary energy consumption by 3.9 - 6.6 GJ/t in the production of components by hot forming. The combination of primary and forming technology was intended to combine the design freedom of the foundry with the strength-enhancing properties of the forming technology in a single process chain, thus enabling the production of components with a property gradient adapted to the application. Extensive basic tests were carried out to analyze and define the manufacturing conditions suitable for production and determining the properties in the individual production stages of the process sequence: molding - thermomechanical forming - quenching and tempering. Derived from this, a corresponding parameter field was defined for each individual process step, which is to be strictly adhered to for the specific property setting in the component. The technology parameters developed for the complex technology of the CTMT process were validated for the production of a demonstrator component. The final component characterization using classical methods of metallography and materials science confirmed the process-specific microstructure and property changes.
Aktualisiert: 2023-03-09
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Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines softwaregestützten Assistenzsystems für den Inbetriebnahme- und Serienprozess zur zielgerichteten Kompensation prozessbedingter Maßabweichungen von Karosseriebaugruppen. Die Basis bildet die Durchführung einer parametrischen Prozesskettensimulation vom Umformen bis zum Falzen. Durch die standardisierte Planung der simulativen Versuchsreihen kann mit einem minimalen Berechnungsaufwand ein datenreduziertes Prognosemodell erstellt werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Auswirkung der Variation definierter Anlagenstellgrößen (z. B. Blechhalterkräfte, Stift- und Spannervariationen) auf die Maßhaltigkeit der Zusammenbaugruppen prozessschrittübergreifend zu berechnen und ortsaufgelöst zu visualisieren. Die Funktionsfähigkeit des Assistenzsystems wird an einer dreiteiligen Versuchsbaugruppe nachgewiesen, wobei entlang der simulativen Prozesskette 31 Stellgrößen variiert werden.
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The subject of the present thesis is the development of a software-supported assistance system for the series start-up process for the targeted compensation of process-related dimensional deviations of car body assemblies. The basis is formed by the implementation of a parametric process chain simulation from forming to hemming. Through the efficient planning of the simulative test series, a data-reduced prognosis model can be created with a minimum of
computational effort. This makes it possible to calculate the effect of the variation of defined process parameters (e.g. blank holder forces, pin and clamp variations) on the dimensional accuracy of the final assembly across all process steps and to visualize it in relation to the FE mesh. The functionality of the assistance system is demonstrated on a three-part test assembly, where 31 process parameters are varied along the simulative process chain.
Aktualisiert: 2023-03-09
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Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) nehmen wegen ihres guten Verhältnisses von mechanischer Belastbarkeit zur Dichte eine führende Rolle im Leichtbau ein. Die bei der Bohrungsherstellung in CFK aufgrund der Werkstoffanisotropie auftretenden Werkstückschädigungen in Form von Delamination oder Faserausrissen müssen im industriellen Einsatz verhindert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden aufbauend auf Vorbetrachtungen zum Bohren die Prozessmechanismen sowie Optimierungsansätze eruiert. Anhand einer Schneideneckenund einer Reibuntersuchung können prozessseitige Einflussfaktoren auf die erzielbare Werkstückqualität sowie Potentiale hinsichtlich der Zerspankraftorientierung in Bezug zur werkstofftypischen Anisotropie aufgezeigt werden. Basierend auf grundlegenden Orthogonalschnittversuchen
wird der Einfluss der Schneidkantenmikrogeometrie auf die Prozesskräfte und die Oberflächenintegrität in unterschiedlichen Bearbeitungsebenen analysiert. Dabei bewirken unterschiedliche mikroskopische Bereiche einer Schneidkante differente Zerspanungsphänomene und nehmen Einfluss auf die Werkstückoberflächenqualität. Für diese Analyse werden unterschiedliche Schneidkantenradien, für deren Präparation ein neues Verfahren durch Hochdruckwasserabrasivstrahlspanen vorgestellt wird, eingesetzt.
Auf Basis experimenteller Ergebnisse erfolgt eine geometrisch-empirische Kraftmodellierung, die eine Unterteilung der Schneidkante in vier Bereiche mit unterschiedlicher Prozessbeeinflussung beinhaltet. Hierbei können insbesondere
Erkenntnisse zur Entstehung der Passivkraft, die im übertragenen Bohrprozess die Vorschubkraft beeinflusst, gewonnen und der Grenzspanwinkel berechnet werden. Aus den Ergebnissen werden Schneidkantenpräparationsverfahren abgeleitet. Abschließend werden die Erkenntnisse in Prozessstrategien zur Delaminationsreduzierung übertragen.
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Carbon fibre reinforced plastics (CFRP) are common in lightweight construction due to their good ratio of mechanical strength to density. The damage to the workpiece in the form of delamination or fibre pull-outs, which occurs during drilling in CFRP due to the material anisotropy, must be prevented in industrial use. Within the scope of the present work, the process mechanisms and optimisation approaches are determined on the basis of preliminary considerations of drilling. On the basis of both a cutting edge corner and a reaming investigation, process-side influencing factors on the achievable workpiece quality and potentials regarding the cutting force orientation in relation to the material-typical anisotropy can be shown. Using basic orthogonal cutting tests, the influence of the cutting edge microgeometry on the process forces and the surface integrity in different machining planes is analysed. Different microscopic regions of the cutting edge cause different cutting phenomena and influence the workpiece surface quality.
For this analysis, different cutting edge radii are used, for the preparation of which a new method using high-pressure abrasive waterjet machining is presented. Experimental results are used for geometric-empirical force modelling, which includes a subdivision of the cutting edge into four areas with different process influences. In particular, knowledge can be gained about the emergence of the passive force, which influences the feed force in the transferred drilling process,
and the rake angle at minimum uncut chip thickness can be calculated. From the results, cutting edge preparation processes for CFRP machining are derived. Finally, the findings are transferred into process strategies for delamination minimisation.
Aktualisiert: 2022-12-31
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Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Ansatzes zur Beschreibung mathematischer Modelle basierend auf Strukturmodellen technischer Systeme für Anwendungen in der Produktionstechnik. Sie leistet damit einen Beitrag zur Umsetzung integrierter Systemmodelle als Kernelement digitaler Zwillinge, zur Ausführung von Berechnungen besonders in
frühen Phasen der Planung und Entwicklung sowie zum Austausch und zur Verknüpfung der Modelle im Internet.
Im Kern untersucht die Arbeit dazu die Kombination semantischer Technologien mit mathematischen Beschreibungssprachen. Zur Beschreibung der inneren Strukturen dieser Systeme mit semantischen Modellen wird eine auf Multiskalenmodellierung basierende Methode konzipiert. Eine in der Arbeit entwickelte Ontologie und erweiterte
Operatoren für die mathematische Auszeichnungssprache OpenMath ermöglichen die Verknüpfung dieser semantischen Modelle mit Berechnungsvorschriften. In Kombination mit einer neu konzipierten Regelsprache und entsprechenden Berechnungsalgorithmen können schließlich vernetzte mathematische Modelle nach Linked-Data-Prinzipien aufgebaut werden.
Zur nutzerfreundlichen Ein- und Ausgabe der Regeln und Ausdrücke wird eine textuelle Notation entwickelt. Die Evaluierung der Methode erfolgt an drei Fallbeispielen zum mathematischen Wissensmanagement, der Prozesskettenplanung und -bewertung sowie zur Technologieplanung.
Aktualisiert: 2023-04-27
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Mit dem aktuell und zukünftig steigenden Bedarf an Elektromotoren werden Fragestellungen zu deren ressourcenschonenden Herstellung und auch effizienteren Betrieb immer zentraler. Eine wichtige Stellgröße ist dabei die Vergrößerung des sogenannten Nutfüllfaktors. Zum einen können dadurch Maschinen kleiner dimensioniert oder bei gleicher Baugröße leistungsfähiger werden. Verschiedene Fertigungsmethoden können zur Herstellung von Spulen mit hohen Nutfüllfaktoren zur Anwendung kommen, bergen jedoch verschiedene Nachteile wie geringe Produktivität, hohen Energie- und Ressourcenbedarf sowie Einschränkungen in der geometrischen Gestaltungsfreiheit der Einzelwindungen.
In der vorliegenden Arbeit wird eine Prozesskette zur umformtechnischen Herstellung von Spulen mit trapezförmiger Querschnittsgeometrie im Nutbereich entwickelt und analysiert. Ausgehend vom Stand der Technik und Wissenschaft werden die für die Funktion der Spule notwendigen Randbedingungen herausgestellt und verschiedene Herstellungsvarianten abgeleitet und bewertet. Nach Auswahl der Vorzugsvariante werden die Einzelprozessschritte durch FE-Umformsimulationen abgebildet und charakterisiert. Die Erkenntnisse fließen in die Konstruktion und Modifikation von Werkzeugen ein, mit welchen im Anschluss experimentelle Untersuchungen durchgeführt werden.
Mit der Herstellung von Demonstratorspulen jeweils aus Kupfer und Aluminium werden die Umsetzbarkeit der entwickelten Prozesskette belegt und Gestaltungshinweise für Prozess und Werkzeuge abgeleitet.
Aktualisiert: 2022-12-31
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Aktuelle gesellschaftliche und politische Forderungen an die Produktionstechnik wie Nachhaltigkeit und Klimaschutz können bei der Fertigung flächiger Bauteile durch innovative Blechumformverfahren erreicht werden. Durch geschickte Kombinationen von inkrementellen und elektromagnetischen Fertigungsverfahren besteht hier besonders großes Potential.
Aus diesem Grund wird im Rahmen dieser Arbeit die Erweiterung der elektromagnetischen Umformung um einen inkrementellen Ansatz untersucht. Dazu wird ein geeigneter Versuchsaufbau entwickelt und für eine ausführliche Prozessanalyse genutzt. Zusätzlich werden effiziente numerische Prozessmodelle entwickelt um eine schnelle Bestimmung
weiterer Prozessgrößen zu ermöglichen.
Im Ergebnis resultieren Hinweise mit denen das neuartige Verfahren auf beliebige Bauteile angewendet werden kann.
Aktualisiert: 2023-04-27
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Anlagenseitige Einflüsse aus Werkzeugkinematiken, bewegten Massen sowie Systemsteifigkeiten wirken auf die Verbindungsausbildung und Tragfähigkeit und schränken die Übertragbarkeit von Prozessparametern zwischen verschiedenen Anlagensystemen ein. Für das Halbhohlstanznieten und Clinchen werden die Parameter Fügegeschwindigkeit, Lateral-, Vertikal- und Winkelversatz in einem Modell mit den Anlagendaten verbunden, die z.B. bei der zukünftigen Anlagenentwicklung unterstützen.
https://shop.efb.de/Analyse-anlagenseitiger-Einfluesse-beim-mechanischen-Fuegen/FB-580.2
Aktualisiert: 2022-10-27
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Die Integration aktorischer Funktionen in Werkzeuge und Maschinenkomponenten erfordert eine Technologie für die Realisierung miniaturisierter, kurzhubiger und sehr steifer Aktoren im Kraftbereich größer 1 kN. Konventionelle Aktortechnologien erfüllen diese Anforderungen nur teilweise. Thermische Formgedächtnislegierungen (FGL) als unkonventionelle Aktortechnologie haben sich aufgrund ihrer hohen spezifischen Arbeitsdichte und des einfachen Aufbaus inzwischen in Form miniaturisierter Drahtaktoren zur Erzeugung kleiner Kräfte am Markt etabliert. Die Skalierung auf höhere Kräfte erfordert den Einsatz massiver auf Druck belastbarer FG-Bauteile. Im Vergleich zu Drahtaktoren existieren durch die ungünstigeren thermischen und geometrischen Randbedingungen deutlich mehr Einflussgrößen auf die Leistungsfähigkeit dieser Aktoren, was die Auslegung komplexer macht. Derzeit sind die wirkenden Einflussgrößen und die entstehenden
Wechselwirkungen nur unzureichend bekannt. Dies verhindert die gezielte Auslegung druckbelasteter FG-Aktoren für hohe Kräfte. Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, die an druckbelasteten FG-Aktoren für hohe Lasten wirkenden Einflussgrößen zu beschreiben, hinsichtlich ihrer Einflussstärke zu quantifizieren und Gestaltungsmöglichkeiten des
Aktors zur Verbesserung seiner Leistungsfähigkeit aufzuzeigen. Dazu erfolgt zunächst die Analyse der funktionalen Eigenschaften einer NiTiCu7,5-FGL. Dies ermöglicht die Bewertung der aktorischen Leistungsfähigkeit des Werkstoffes und liefert notwendige Werkstoffund Bauteilkennwerte. Besonderen Raum nimmt die Entwicklung eines übertragbaren Modells
des stationären und transienten Verhaltens eines FG-Hochlastaktors ein. Um eine explizite Darstellung des Einflusses von Nichtlinearitäten und Wechselwirkungen zu erreichen, erfolgt die Darstellung des Systemverhaltens mit konzentrierten Parametern bei einer Reduktion auf wenige Freiheitsgrade. Dieses Modell wird genutzt, um für einen Referenzaktor
die Einflussgrößen auf die Stelldynamik des Aktors zu quantifizieren sowie das bestehende Verbesserungspotential zu identifizieren und zu bewerten. Abschließend erfolgt die Entwicklung eines adaptiven PI-Reglers zur Positionsregelung des FG-Aktors.
Die Regelung wird experimentell validiert und das Übergangsverhalten bewertet.
Aktualisiert: 2022-07-07
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Annähernd 2400 Simulationen stellen die Datenbasis dar für die Entwicklung eines Softwaredemonstrators, mit dem komplette Fügepunkte für das Halbhohlstanznieten prognostiziert werden.
Durch intuitives Einstellen der Eingabeparameter (Blecheigenschaften, Matrizen- und Nietgeometrie) per Schieberegler werden die Auswirkungen auf die Fügekontur dargestellt.
Darüber hinaus kann eine Belastungsanalyse über verschiedene prognostizierte Ausgabegrößen (Umformgrad, max. Hauptspannung, Schädigung, etc.) durchgeführt werden.
https://www.efb.de/efb-forschungsbericht-nr-576.html
Aktualisiert: 2022-06-23
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Die Betriebsmodalanalyse (OMA, engl. für Operational Modal Analysis) erlaubt die Ermittlung modaler Parameter (Eigenfrequenzen, modale Dämpfungen, Eigenschwingformen) unter ambienten Anregungsbedingungen. Genutzt wird dieses Verfahren vorwiegend an sehr großen Strukturen wie Gebäuden, Windkraftanlagen, Schiffen und Flugzeugen, an denen eine artefaktische Anregung nur schwer möglich ist. Im Werkzeugmaschinenbau wird vor allem die Experimentelle Modalanalyse (EMA) zur Charakterisierung des dynamischen Verhaltens genutzt. Die Anregung erfolgt zumeist mittels Impulshammer oder Shaker während des Stillstands der Maschine. Alle dynamischen Effekte, die ausschließlich unter Betriebsbelastungen (Vorspannungen, Reibungseffekte, gyroskopische Momente, Prozessdämpfung) auftreten, können somit nicht beachtet werden.
Die vorliegende Arbeit adressiert aus diesem Grund die OMA an Werkzeugmaschinen, um Betriebseffekte während der Zerspanung abzubilden und somit modale Parameter zu ermitteln, die den Arbeitspunkt relevant und plausibel repräsentieren. Dazu werden die Annahmen und Randbedingungen, die der Methodik zugrunde liegen, hinsichtlich der Spezifika von Werkzeugmaschinen unter Prozessbedingungen untersucht. Schwerpunkte sind die Beschreibung der Veränderungen des dynamischen Verhaltens im Arbeitsraum zur Auslegung einer zeitinvarianten Werkzeugbahn,
die Generierung einer analysegerechten Anregung durch einen Zerspanprozess und die Untersuchung verschiedener Identifikationsmethoden zur Ermittlung der modalen Parameter.
Aktualisiert: 2022-04-30
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Pressmaschinen mit Servo-Antrieben bieten neuartige Möglichkeiten zum Tiefziehen von Feinblechen. So können beispielsweise die Werkzeugbewegungen und Kraftver-hältnisse während der Formgebung gezielt eingestellt werden, um Bauteileigenschaf-ten zu beeinflussen und Prozessgrenzen zu erweitern.
Variable Kraft- und Wegfunktionen werden für das bidirektionale Tiefziehen (BDD) und das schwingungsüberlagerte Tiefziehen (KSP) ganzheitlich analysiert und syn-thetisiert. Dabei werden die Teilsysteme Werkstück, Werkzeug und Maschine in einer erweiterten Umformsimulation betrachtet.
Durch eine varianzbasierte Sensitivitätsanalyse kann die Prozessauslegung syste-matisch unterstützt werden. Die berechneten Feldmetamodelle beschreiben eindeu-tig die Zusammenhänge zwischen den Eingangs- und den Ergebnisgrößen. Darauf aufbauend liefert ein evolutionärer Algorithmus optimale Prozessparameter für das schwingungsüberlagerte Tiefziehen.
Aktualisiert: 2022-10-06
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Die wirkenden Kräfte und ihre Verteilung in der Werkstückebene stellen in der Blechumformung wesentliche Prozessbeeinflussende Größen dar. Der hohe Aufwand zur Realisierung einer optimalen Verteilung im Rahmen des notwendigen manuellen Eintuschiervorgang zeugt von der Bedeutung dieser Größen. Die Beurteilung der Bauteilqualität erfolgt in der Regel am fertigen Bauteil, entsprechende Korrekturen werden somit insbesondere im Serienprozess erst nach dem Durchlauf vieler weiterer Bauteile vorgenommen. Die Möglichkeit einer serienprozessfähigen in-process-Erfassung der Verteilung ist bislang nicht bekannt. Im Rahmen der Arbeit wird anhand einer konkreten Werkzeuggeometrie die Frage erörtert, inwieweit die Kraftverteilung zwischen Werkzeugaufnahme und Werkzeug sowie ihr zeitlicher Verlauf geeignete Messgrößen für die Bauteilqualität sein können. Des Weiteren werden fundamentale Wirkzusammenhänge zwischen Werkzeuggeometrie und Verteilung der Kraft identifiziert und damit die Übertragbarkeit auf andere Werkzeuggeometrien
gewährleistet. Im Hinblick auf die mögliche Anwendung dieser Zusammenhänge für einen autonomen Fertigungsprozess wird darüber hinaus auch die Regelbarkeit mittels geeigneter Stellmechanismen untersucht und diskutiert. Zur Beantwortung der Fragen wird ein neuartiges Messsystem genutzt, welches für verschiedene Werkzeuge angewendet werden kann. Simulationen unterstützen hierbei vor allem bei der Ermittlung der notwendigen Anforderungen für die Systementwicklung. Anhand von experimentellen Untersuchungen werden verschiedene Methoden entwickelt, die wirkenden Kräfte zwischen Oberwerkzeug und Stößel sowie ihre Verteilung in einen Zusammenhang.
Aktualisiert: 2022-10-06
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Das Verfahren Stechnieten beschreibt ein selbstspreizendes Nietelement, bei dem auf komplexe Werkzeugkonzepte verzichtet werden kann. Außerdem sind die Fügekräfte gegenüber konventionellen, selbststanzenden Nietverfahren deutlich geringer.
Bei beidseitiger Zugänglichkeit wird ein einfacher Gegenhalter eingesetzt. Bieten die Fügeteile ausreichende Steifigkeit, kann das Verfahren auch bei einseitiger Zugänglichkeit angewendet werden. Ein vollständiges Durchstechen der Fügeteile ist zwar zweckmäßig im Hinblick auf die Verfahrensflexibilität und die erreichbaren Verbindungseigenschaften.
Dabei bedarf es jedoch eines Korrosionsschutzes wie einer Zink-Nickel-Beschichtung, die aufgrund der Schichteigenschaften wie Härte und Abriebfestigkeit vorteilhaft ist.
https://www.efb.de/efb-forschungsbericht-nr-567.html
Aktualisiert: 2023-05-04
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Die Überwachung von Werkzeugmaschinen, im Speziellen Sonder- und Groß-Werkzeugmaschinen, bringt besondere Herausforderungen mit sich. Charakteristisch für diese Systeme ist Klein- und Einzelteilfertigung und die damit verbundene starke Werkstück- und Prozessabhängigkeit der Maschinenkonfiguration. Dies bedeutet konkret, dass sich signalbasierte Ausgangsparameter fortwährend in Abhängigkeit von Prozess, Maschinenkonfiguration und externen Randbedingungen ändern, ohne dass daraus ein direkter Rückschluss auf Verschleißvorgänge gezogen werden kann. Zusätzlich überlagern zeitabhängige Driftprozesse wie unkritischer Verschleiß, Schmier- und Wartungsintervalle sowie Einlaufverhalten die Ausprägung von messtechnisch erfassbaren Größen. Der Fortschritt im Bereich der Integration digitaler Infrastruktur in Werkzeugmaschinen im Sinne cyberphysischer Systeme ermöglicht es, diese Unzulänglichkeiten zu adressieren.
Der Kern der Arbeit besteht darin, einen Framework für die Zustandsüberwachung in Sonder- und Großwerkzeugmaschinen zu schaffen, welche den ständig wechseln-den Prozessen und Randbedingungen Rechnung trägt. Dabei werden die Möglichkeiten der zunehmenden digitalen Infrastruktur in den Mittelpunkt gestellt. Die wesentliche Herausforderung besteht darin, eine Vergleichsbasis zu schaffen, welche zum einen eine maximale Anzahl an Störfaktoren berücksichtigt, andererseits aber berücksichtigt, dass eine hinreichend regelmäßige Überwachung unterschiedlicher Funktionen kritischer Komponenten ermöglicht wird, dass also Zustände regelmäßig auftreten. Dies schließt die Beachtung von praktisch auftretenden Randbedingungen wie Zustandsunterbrechungen oder neuen Zuständen ein. Realisiert wird dies mit Hilfe eines In-Prozess-Fingerprints auf Basis digital definierter Zustände, welche als Testzyklus ohne Eingriff in den Produktionsbetrieb fungieren. Durch das anschließende Fuzzy-Clustering dieser Zustände wird eine Entkopplung der Kennwerte mit ihren zugehörigen Algorithmen vom einzelnen Zustand erreicht. Damit wird es möglich, neue und unterbrochene Zustände anhand dieser unmittelbar zu interpretieren.
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A significant part of high-performance manufacturing is characterized by permanently changing process, workpiece, and machine configuration conditions. Machining of large workpieces on large machine tools typically takes place with batch sizes of one or of a few parts. Therefore, it is not possible to implement a robust condition moni-toring based on fingerprints of initial batches. However, considerable advances in the field of digital infrastructure of machine tools enable to overcome these shortcomings through cyberphysical systems.
The core aspect of the thesis persists in digital mapping of in-process fingerprints for different machine states, e.g. a particular machining operation for a certain machine configuration. The states serve as a basic for comparison of different characteristic values to control for internal and external disturbances and changes of the machine configuration. Fuzzy clustering of machine states over time enables the interpretation of new machine states immediately by their fuzzy-based assignment to clusters. The interpretation of the machine states in accordance to a hypothetical bandwidth of the clusters decouples them of the characteristic value bandwidth from single state.
Aktualisiert: 2022-12-01
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Beim Einsatz von Algorithmen des maschinellen Lernens im industriellen Umfeld kommt es darauf an, aus den Prozessen umfassende, geeignete Daten zu generieren, um die jeweilige Prognosegüte zu steigern.
Es wird eine Methodik entwickelt, bei der eine relativ kleine experimentelle Datenbasis mittels numerischer Sensitivitätsanalysen zu einer umfassenden Datenbasis erweitert werden kann.
Am Beispiel des Halbhohlstanznietens entsteht eine Prognosesoftware, mit der sehr flexibel eine Vielzahl von Regressionsmodellen verglichen und für die Prognose von Verfahrensparametern beim mechanischen Fügen verwendet werden kann, wodurch sich der Aufwand für die Auslegung von Halbhohlstanznietverbindungen deutlich reduziert.
https://ble-x.de/mydocs/1617
Aktualisiert: 2021-02-11
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Erfahrungsgemäß sind Pkw-Getriebe, die eine akustische End-of-Line-Prüfung (EOL-Prüfung) auf einem Prüfstand erfolgreich absolviert haben, im Fahrzeug mitunter akustisch auffällig. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich systematisch mit den Einflüssen der Messgrößen, der Prüfprogramme und der Prüfstände bei der Getriebeabnahmemessung sowie der damit verbundenen späteren subjektiven Geräuschausprägung in Fahrzeugen. Die bisherige Korrelation zwischen Körperschallmesswert am Prüfstand und subjektiver Fahrzeugnote wird erweitert auf die einzelnen Teilkorrelationen zwischen a) EOL-Prüfstand und Körperschall-Fahrzeugmessung, b) Körperschall-Fahrzeugmessung und Luftschall-Fahrzeugmessung, c) Luftschall-Fahrzeugmessung und subjektiver Einschätzung der Getriebequalität im Fahrzeug. An allen Stellen dieser Korrelationskette werden insbesondere die Prüfrandrandbedingungen wie Lasten, Aufspannbedingungen, Drehzahlgradienten und Sensorpositionen intensiv diskutiert. Eine gleitende Berechnung führt drehzahlabhängige
Korrelationskoeffizienten ein, die geeignete Prüfdrehzahlbereiche und Sensorpositionen empfehlen. Die Einführung eines Rangkorrelationskoeffizienten nach Spearman kann die berechneten Korrelationszusammenhänge leicht verbessern,
während hingegen die Verwendung von Kendals T oder des Quadrant Count Ratio die berechneten Wirkzusammenhänge nicht erhöhen kann. Als Datenbasis der EOLMessungen werden zahlreiche Abnahmemessungen von Getrieben verwendet, die eingangs mit Methoden der deskriptiven Statistik auf Wiederholpräzision und Vergleichspräzision untersucht werden. Ein ausführliches Messprogramm von fünf Getrieben mit Audit-Prüfläufen auf Getriebeprüfständen und Rollenprüfstandsmessungen unterschiedlicher Getriebe-Fahrzeug-Kombinationen zeigt die grundlegenden Möglichkeiten der Wirkzusammenhänge zwischen Getriebetest und akustischem Fahreindruck. Die subjektive getriebeakustische Fahrzeugqualität eines Testfahrers kann durch umfangreiche Labor-Hörversuche mit der Nachbildung eines mittleren
Kundenurteils validiert werden. Die Arbeit gibt sowohl prinzipielle als auch konkrete Hinweise für eine neuartige akustische Korrelationsbetrachtung zwischen Prüfstand und Fahrzeug.
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Passenger car transmissions, which successfully pass the acoustic end-of-line-test, are in a vehicle by experience sometimes acoustically noticeable. The presented work systematically deals with the influences of measured quantities, test procedures and test rigs during the transmission approval measurement as well as with transmission noise perception in vehicles. The common used correlation between test rig and subjective acoustic vehicle perception is extended to partial correlation coefficients between a) eol-test rig and structure-borne vehicle measurement, b) structure-borne vehicle measurement and airborne vehicle measurement and c) airborne vehicle measurement and the subjective perceptible acoustic transmission quality in vehicles.
All steps of this correlation chain will be discussed regarding especially the test procedures like loads, mounting conditions, speed gradients and sensor positions. A floating calculation introduces speed dependent correlation coefficients, which suggest suited speed test ranges and sensor positions. The rank correlation coefficient after Spearman can slightly enhance the correlation dependencies, whereas the usage of Kendals T or the quadrant count ratio could not increase the calculated conjunctions.
As data base of the eol-tests, many measurements of series transmissions will be used, which will be rated with methods of descriptive statistics like repeatability precision and comparative precision. An extended measurement program of five transmissions with audit tests on transmission test rigs and on roller test rigs highlights the basic conjunction possibilities between eol-test and acoustic driving perception.
The subjective acoustic rating of a test driver can be validated by a variety of listening tests that stand for an average consumer judgement. The work provides both basic and specialized indications for a novel acoustic correlation analysis between test rig and vehicles.
Aktualisiert: 2022-11-01
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Additive mechatronische Systeme (AMS) sind geeignet, die Funktionalität von Werkzeugmaschinen (WZM) zu verbessern. Die Vielfalt und Redundanz der entwickelten Lösungen erschwert jedoch die optimale Berücksichtigung von AMS im frühzeitigen Entwicklungsprozess von WZM. In der vorliegenden Arbeit wird eine Vorgehensweise aufgezeigt, den möglichen Lösungsraum schon frühzeitig einzugrenzen und damit zielführende Lösungen effektiv zu kanalisieren. Hierfür werden im ersten Schritt Funktionalitätsgrenzen von WZM bewertet. Danach erfolgt die Definition von AMSFunktionsprinzipien und eines geeigneten Beschreibungsansatzes, um daraus allgemeine Eingriffsstrategien für AMS in WZM abzuleiten und vergleichend zu bewerten.
Abschließend werden die Auswirkungen der vorgeschlagenen Vorgehensweise auf den Entwicklungsprozess von WZM diskutiert. Anhand dreier Anwendungsbeispiele werden die erarbeiteten Vorgehensweise und Werkzeuge validiert und Grenzen aufgezeigt.
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Additive mechatronic systems (AMS) are suitable for improving the functionality of machine tools. However, the variety and redundancy of the solutions developed make it difficult to optimally take AMS into account in the early development process of machine tools. In the present work a procedure is shown to limit the possible solution space and thus to identify effective solutions at an early stage. For this purpose, the functional limits of machine tools are assessed in the first step. This is followed by the definition of AMS functional principles and a suitable description approach in order to derive general intervention strategies for AMS in machine tools and to evaluate them comparatively. Finally, the effects of the proposed procedure on the development process of machine tools are discussed. Using three application examples, the developed procedures and tools are validated and limits are shown.
Aktualisiert: 2022-11-01
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- Drößiger, Hans-Harry
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