Projekte

In einer Vielzahl von technischen Produkten in den Bereichen Mobilität, Energieerzeugung und mobile Arbeitsmaschinen sind Optimierungen zur Effizienzsteigerung und Sicherheitserhöhung durch kontinuierliche Bauteilüberwachung stetige Ziele. Besonders zentrale maschinenbautechnische Komponenten wie Schraubverbindungen stellen herausfordernde Anforderungen hinsichtlich der praktischen Umsetzbarkeit einer aktiven Zustandsüberwachung. Hintergrund dieser Aufgabenstellung ist, dass derzeit der optimale elastische Bereich von Schraubverbinden über das benötigte Drehmoment detektiert wird, wie es z.B. mit einem Drehmomentschlüssel erfolgt. Das Drehmoment ändert sich dabei auch in Abhängigkeit der Reibung beim Anziehen der Schraube, so dass das benötigte Drehmoment nur ein indirekter Nachweis für benötigte Vorspannkraft der Schraube darstellt. Zudem ist eine nachträgliche Kontrolle der Betriebskraft in der Schraubverbindung nicht möglich.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, wird im Leistungszentrum Smart Productionin innovativer Weise ein substanzieller Beitrag zur Umsetzung intelligenter Schraubverbindungen geleistet.

Wissenschaftliche Arbeitsziele

Das Projekt strukturiert sich in folgenden Hauptarbeitspaketen:

• Entwicklung eines Messverfahrens mit drahtloser Signalübertragung
• Prozessentwicklung zur Herstellung von Hybridstrukturen zur Formierung eines Kraftsensors mit integrierter sensorischer Funktionalität
• Entwicklung effizienter Algorithmen zum Transfer in Embedded Systems

Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung von universell einsetzbaren, artgleichen sowie artverschiedenen Werkstoffverbunden mittels innovativer Festkörperfügeverfahren. Zum Einsatz kommen hierbei beispielsweise das torsionaleMetall-Ultraschallschweißen, das ultraschallunterstützte Rührreibschweißen (USE-FSW) sowie das temperatursensitive Fügen mit Nanopartikeln. Bereits jetzt konnten im Projekt belastbare Hochstromkabelanschlüssefür Kabelquerschnitte von über 100 mm² für den Automotive-Bereich sowie dauerfeste Aluminium-/Magnesium-Werkstoffverbunde für den Medizinsektor realisiert und bereitgestellt werden.

Die gezielte Kombination verschiedener Oberflächenbehandlungs- und –beschichtungsverfahren bietet das Potential neue Produkteigenschaften zu schaffen. Innerhalb einer Prozesskette werden Oberflächenprozesse sowohl subsequent als auch hybrid kombiniert und die Vor- und Nachbehandlungen innerhalb der Prozesskette integriert. Die einzelnen Teilprojekte haben zum Ziel, mit den hybriden Oberflächenprozessen haftfeste Verschleißschutzschichten, langlebige Wärmedämmschichten und tribologischangepasste AMC Oberflächen zu generieren. Anhand dieser Anwendungsfelder wird maßgeblich die Produktlebensdauer, eine nachhaltige Produktionsweise und der effiziente Rohstoffeinsatz aufgezeigt.

In dem Teilprojekt T1 besteht die Zielsetzung in der Entwicklung von Grundlagen einer adaptiven Prozessteuerung am Beispiel des Plasmaelektrolytische Polieren (PeP).

Die Implementierung einer RapidMiner-Software soll eine zukünftige Grundlage für die Steuerung des komplizierteren und schwer beherrschbaren PeP-Prozesses bilden und perspektivisch Empfehlungen zu geeigneten Prozessbedingungen zur Verfügung stellen. Aktuell befindet sich das Vorhaben in den letzten Zügen der Akquise von Prozessdaten, welche anschließend die Datenbasis für das Prozessvorhersagemodell darstellen werden.

Der klassische Lagenaufbau bei Faser-Kunststoff-Verbunden bietet eine gute Möglichkeit zur Integration von Sensoren in strukturrelevanten Bereichen. Jedoch stellt er eine Fehlstelle im Kraftfluss dar, was zur Beeinträchtigung der resultierenden Bauteilfestigkeit führt. Arbeitsziele  in diesem Projekt sind Einbettungsstrategien von Sensoren,  welche eine möglichst geringe Beeinflussung des Laminataufbaus bewirken aber gleichzeitig eine optimale Strukturüberwachung des Bauteils ermöglichen. Aktuell konnten erfolgreich Prüfkörper mit integrierter Sensorik hergestellt werden.

Das Teilprojekt T3 "Smart Forming" zielt auf die wachsende Produktindividualisierung und die damit verbundenen sinkenden Losgrößen bzw. absoluten Produktionszahlen von Blechbauteilen.  Bisher etablierte konventionelle Prozessketten der Blechumformung (Presswerk) werden für sinkende Stückzahlen und neue (Leichtbau-) Werkstoffe zunehmend unattraktiv. Als Lösungsansatz werden aktuell im Projekt Grundlagen für eine intelligente Prozessführung erarbeitet, die verbunden mit stückzahloptimierten Technologien und einem minimierten Invest an Formspeichern (z.B. Umformwerkzeuge) die Effizienz der Fertigungsprozesse für blechbasierte Bauteile zu steigern helfen. Ein Beispiel ist die Anwendung der inkrementellen Umformung für Großbauteile aus Blech (siehe Bild), für die eine klassische Werkzeug-gebundene Fertigung  deutlich zu ineffizient ist.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung hybrider und ressourceneffizienter Fertigungsprozesse für skalenübergreifende Multimaterialstrukturen, die sich flexibel an Produktionserfordernisse anpassen. Die Leistungsfähigkeit dieser Hybridprozesse wird durch zwei Demonstratoren nachgewiesen. In einem Teilprojekt  wird eine lastpfadgerechte und gewichtsoptimierte Fahrzeug-Dachstruktur mittels eines Systems aus universell einsetzbaren pultrudiertenProfilen und additiv gefertigten  Verbindungselementen hergestellt. Das Ziel im zweiten Teilprojekt ist ein additiv gefertigtes topologieoptimiertesMultimaterial-Spritzgießwerkzeug mit eingebetteter Druck- und Temperatursensorik.

Ziel des Projektes ist die Konzept- und Vorentwicklung einer geschlossenen, stückzahlorientierten Prozesskette für die Herstellung von FKV-Strukturbauteilen mit kraftflussangepassten Faserverlauf im Pressprozess. Dabei sollen geeignete Wirkprinzipien und Teilkonzepte optimiert und weiterentwickelt werden, die eine reproduzierbare und großserientaugliche Fertigung von hochbeanspruchbaren FKV-Bauteilen erlauben.

Im bisherigen Projektverlauf konnte der Vorwärmprozess für thermoplastische Faserhalbzeuge untersucht und validiert werden. Basierend auf diesen Ergebnissen erfolgt gegenwärtig die Konzeption einer Preforming-Anlage zur Erzeugung dreidimensional vorgeformter Halbzeuge durch die im Pressprozess geometrisch komplexe Bauteile abgebildet werden können (vgl. siehe Abbildung).

Das Ziel ist die Entwicklung eines Datenkonzepts zur Erfassung und Verwaltung von Daten für einen digitalen Zwilling, wozu Maschinen-, Prozess- und Qualitätsdaten zu Produkten gehören. Dieses bildet die Basis zur Umsetzung von Softwaremodulen für die Erfassung, Auswertung und Visualisierung von Daten für Assistenzfunktionen in den Qualitätsregelkreisen während des Werkzeugentstehungsprozesses aber auch in der Produktion.

Als Ergebnis ist ein Linked-Data-basiertes Konzept zur Beschreibung von Metadaten für Produkte, Maschinen und Werkzeuge entstanden, dasin Kombination mit einer Zeitreihendatenbank die Erfassung und Auswertung von Maschinen- und Prozessdaten ermöglicht. Kombiniert mit einem Konzept zum Dokumentenmanagement können auch komplexe Geometrie- und Qualitätsdaten erfasst und im Sinne eines digitalen Produktgedächtnisses dem Werkzeug in verschiedenen Lebenszyklusphasen zugeordnet werden.