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 39006-392info@ipk.fraunhofer.dehttp://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:richarz@iwf.tu-berlin.de

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:dethlefs@iwf.tu-berlin.de

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:dethlefs@iwf.tu-berlin.de

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:roeder@iwf.tu-berlin.de

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

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

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

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

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.

Ihr Ansprechpartner

Dipl.-Ing.MarcelManthei

Telefon: +49 30 39006-245

E-Mail:marcel.manthei@ipk.fraunhofer.de

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

Telefon +49 30 39006-279

E-Mail:markus.roehner@ipk.fraunhofer.de

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:gebhard@iwf.tu-berlin.de

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:hollan@iwf.tu-berlin.de

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:heitmueller@iwf.tu-berlin.de

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:benjamin.graf@ipk.fraunhofer.de

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:prasol@iwf.tu-berlin.de

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:rasper@iwf.tu-berlin.de

Dipl.-Ing.JanMewis

Telefon: +49 30 314-23998

E-Mail:jan.mewis@iwf.tu-berlin.de

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:baecker@iwf.tu-berlin.de

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:frank.reichel@niles.de

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:rhobest@kometgroup.com

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:doris.steinmueller@kometgroup.com

Dr.DetlefSteinmüller

Telefon: +43 512 283559-12

E-Mail:detlef.steinmueller@kometgroup.com

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:baecker@iwf.tu-berlin.de

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

seliger@mf.tu-berlin.de

Ihr Ansprechpartner

Steffen Pospischil

Telefon: +49 30 39006-140

steffen.pospischil@ipk.fraunhofer.de

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

ronald.orth@ipk.fraunhofer.de

...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

jens-hermann.winterring@ipk.fraunhofer.de

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

werner.schoenewolf@ipk.fraunhofer.de

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

ronald.orth@ipk.fraunhofer.de

»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

?

?

mehr ...

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

claudia.engel@ipk.fraunhofer.de

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

steffen.pospischil@ipk.fraunhofer.de

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, -234kai.mertins@ipk.fraunhofer.de

Virtuelle Produktentstehung,Industrielle InformationstechnikProf.Dr.-Ing.RainerStarkTelefon +49 30 39006-243rainer.stark@ipk.fraunhofer.de

Produktionssysteme, Werkzeugmaschinen undFertigungstechnik Prof.Dr.h.c.Dr.-Ing.EckartUhlmannTelefon +49 30 39006-101eckart.uhlmann@ipk.fraunhofer.de

Füge- und Beschichtungstechnik (IPK)Prof.Dr.-Ing.MichaelRethmeierTelefon +49 30 8104-1550michael.rethmeier@ipk.fraunhofer.de

Füge- und Beschichtungstechnik (IWF)Prof.Dr.-Ing.RainerStark(komm.)Telefon +49 30 314-25415 rainer.stark@tu-berlin.de

Automatisierungstechnik,Industrielle AutomatisierungstechnikProf.Dr.-Ing.JörgKrügerTelefon +49 30 39006-181joerg.krueger@ipk.fraunhofer.de

Montagetechnik und FabrikbetriebProf.Dr.-Ing.GüntherSeligerTelefon +49 30 314-22014guenther.seliger@mf.tu-berlin.de

Qualitätsmanagement, QualitätswissenschaftProf.Dr.-Ing.RolandJochemTelefon +49 30 39006-118roland.jochem@ipk.fraunhofer.de

MedizintechnikProf.Dr.-Ing.ErwinKeeveTelefon +49 30 39006-120erwin.keeve@ipk.fraunhofer.de

Fraunhofer-Innovationscluster

Maintenance, Repair and Overhaul (MRO) in Energie und VerkehrDipl.-Ing.MarkusRöhnerTelefon +49 30 39006-279markus.roehner@ipk.fraunhofer.de

Sichere IdentitätDipl.-Phys.ThorstenSyTelefon +49 30 39006-282thorsten.sy@ipk.fraunhofer.de

Fraunhofer-Allianzen

AdvanCer HochleistungskeramikTiagoBorsoiKleinM.Sc.Telefon +49 30 39006-154tiago.borsoi.klein@ipk.fraunhofer.de

ReinigungstechnikDipl.-Ing.MartinBilzTelefon +49 30 39006-147martin.bilz@ipk.fraunhofer.de

VerkehrDipl.-Ing.WernerSchönewolfTelefon +49 30 39006-145werner.schoenewolf@ipk.fraunhofer.de

Arbeitskreise

Werkzeugbeschichtungenund SchneidstoffeFionaSammler,M.Eng.Sc.Telefon +49 30 314-21791fiona.sammler@iwf.tu-berlin.de

KeramikbearbeitungDipl.-Ing.FlorianHeitmüllerTelefon +49 30 314-23624heitmueller@iwf.tu-berlin.de

TrockeneisstrahlenDipl.-Ing.MartinBilzTelefon +49 30 39006-147martin.bilz@ipk.fraunhofer.de

MikroproduktionstechnikDr.-Ing.DirkOberschmidtTelefon +49 30 39006-159dirk.oberschmidt@ipk.fraunhofer.de

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

Kompetenzzentren

AnwendungszentrumMikroproduktionstechnik (AMP)Dr.-Ing.DirkOberschmidtTelefon +49 30 39006-159dirk.oberschmidt@ipk.fraunhofer.de

BenchmarkingDr.-Ing.HolgerKohlTelefon +49 30 39006-168holger.kohl@ipk.fraunhofer.de

ElektromobilitätDipl.-Ing.WernerSchönewolfTelefon +49 30 39006-145werner.schoenewolf@ipk.fraunhofer.de

Mehr Können – Veranstaltungen 2012Claudia EngelTelefon +49 30 39006-238claudia.engel@ipk.fraunhofer.de

Methods-Time MeasurementDipl.-Ing.AleksandraPostawaTelefon +49 30 314-26866postawa@mf.tu-berlin.de

Modellierung technologischer und logistischer Prozesse in Forschung und LehreDipl.-Ing.SylianosChiotellisM.Sc.Telefon +49 30 314-23547skernb@mf.tu-berlin.de

PDM/PLMDr.-Ing.HaygazunHaykaTelefon +49 30 39006-221haygazun.hayka@ipk.fraunhofer.de

Rapid PrototypingDipl.-Ing.(FH)KamillaUrbanTelefon +49 30 39006-107kamilla.urban@ipk.fraunhofer.de

SimulationDipl.-Ing.PavelGocevTelefon +49 30 39006-170pavel.gocev@ipk.fraunhofer.de

Self-Organising Production (SOPRO)Dipl.-Ing.EckhardHohwielerTelefon +49 30 39006-121eckhard.hohwieler@ipk.fraunhofer.de

Szenarien für die Produkt-entwicklung und FabrikplanungDipl.-Ing.MarcoEisenbergTelefon +49 30 314-25549meisenberg@mf.tu-berlin.de

Virtual Reality Solution Center (VRSC)Dr.-Ing.JohannHabakukIsraelTelefon +49 30 39006-109johann.habakuk.israel@ipk.fraunhofer.de

Wiederverwendung von BetriebsmittelnDipl.-Ing.TimoFleschutzTelefon +49 30 314-22404tfleschutz@mf.tu-berlin.de

WissensmanagementDr.-Ing.Dipl.-Psych.InaKohlTelefon +49 30 39006-264ina.kohl@ipk.fraunhofer.de

Zentrum für Innovative Produktentstehung (ZIP)Dr.-Ing.HaygazunHaykaTelefon +49 30 39006-221haygazun.hayka@ipk.fraunhofer.de

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.