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Andreas Spohrer

Dipl.-Ing. Andreas Spohrer

Akad. Mitarbeiter
Bereich: Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung
Sprechstunden: nach Vereinbarung
Raum: 129, Geb. 50.36
Tel.: +49 721 608-44289
Fax: +49 721 608-45005
Andreas SpohrerGby8∂kit edu

Campus Süd



Dipl.-Ing. Andreas Spohrer

Forschungs- und Arbeitsgebiete:

  • Ressourceneffiziente Komponenten von Werkzeugmaschinen

  • Condition und Process Monitoring von Werkzeugmaschinen 

  • Adaptive Schmierung von Kugelgewindetrieben

  • Messtechnische Analysen von Produktionsanlagen

  • Sensor-Entwicklung

  • Unternehmensentwicklung im Themenfeld Industrie 4.0

 

Allgemeine Aufgaben:

  • Vorlesungsbetreuer Umformtechnik
  • Betreuung von Bachelor- und Master-Arbeiten


Projekte:

  • SPP1551 Ressourceneffizienter Kugelgewindetrieb durch adaptive Schmierung


Lebenslauf:

seit 12/2013 Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Gruppe Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung
am wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT)
10/2007 – 07/2013 Studium des Maschinenbaus am KIT
13.10.1987 geboren in Eberbach

 

Veröffentlichungen

[ 1 ] Fleischer, J.; Sell-Le Blanc, F.; Baumeister, M.; Spohrer, A.; Lütticken, F. & Hennrich, H. (2014), „Alternative Regelstrategien für Vorschubachsen“, VDI-Z Integrierte Produktion, Band 1, S. 43-45.
Abstract:
Steigende Preise am Energiemarkt forcieren den Einsatz und die Entwicklung energiesparender Komponenten von Werkzeugmaschinen. Am wbk Institut für Produktionstechnik in Karlsruhe werden daher neue Ansätze zur Erhöhung der Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen entwickelt. Dieser Artikel fokussiert die optimierte Regelung von Vorschubachsen, welche neben einer hohen Präzision und Dynamik eine Verringerung des Stellaufwands der Antriebe zum Ziel hat. Im Vergleich zum konventionellen, kaskadierten Regler werden alternative Regelungsstrategien anhand eines an einem Versuchsträger validierten Modells vorgestellt. Es wird gezeigt, dass mit dem Einsatz von zustandsrückführungsbasierten Ansätzen, wie beispielsweise dem Ricatti-Regler, die Leistungsaufnahme von Vorschubachsen prinzipiell gesenkt werden kann.

[ 2 ] Fleischer, J.; Leberle, U.; Maier, J. & Spohrer, A. (2014), „Resource-efficient Ball Screw by Adaptive Lubrication“. Procedia CIRP 15, Hrsg. ELSEVIER, S. 50-55.
Abstract:
In this paper, the development of a methodology for reducing the energy demand and increasing the life time of ball screws by minimizing the friction torque with adaptive lubrication of the ball screw nut is presented. Therefore, a simulation model of the feed axis has been developed and fitted metrologically at an especially designed test stand with an adaptive lubrication system for the ball screw nut. The model allows the calculation of the optimum friction torque of the feed axis and thus determines the need for lubricants in case a deviation to the measured friction torque of the feed axis should arise. The comparison of tests dealing with the life time of ball screws with standard lubrication and new adaptive lubrication aims at proving the increase of the life time. This endeavor will result in characteristic lubrication strategies for a resource-efficient operation of ball screws during constant operating conditions.

[ 3 ] Fleischer, J.; Schulze, V.; Zanger, F.; Leberle, U.; Boev, N. & Spohrer, A. (2014), „Spanntechnikvergleich bei der Hochleistungszerspanung“, VDI-Z, Band 2, S. 42-44. [02.04.16].
Abstract:
In einer Studie wurden am wbk - Institut für Produktionstechnik Werkzeughaltersysteme in Hydro-Dehnspanntechnik und Warmschrumpftechnik vergleichend gegenübergestellt. Der Fokus lag auf den bei der Hochleistungszerspanung bedeutsamen Kriterien Produktivität und Werkzeugstandzeit.

[ 4 ] Fleischer, J.; Spohrer, A. & Dosch, S. (2015), „Adaptive and adequate lubrication for highest component-lifetimes in feed drive axes with ball screws“. Procedia CIRP 29, Hrsg. ELSEVIER, S. 335-340.
Abstract:
This paper presents an approach to raise the resource-efficiency of machines with ball screw based feed axes over their whole life cycle. Core of the approach is the usage of adaptive lubrication, which supplies optimal amounts of lubricant to the ball screw. This leads to increased lifetimes, reduced friction torques and more sustainability due to less consumption of lubricant. Therefore the resource-efficiency of feed axes is significantly enhanced. With a test rig the adaptive lubrication was validated by performed lifetime tests. Within the tests conventional non-adaptive lubrication was compared to adaptive lubrication. Results are lubricant savings and significant increases in component-lifetimes of approximately 70 %.

[ 5 ] Dosch, S.; Spohrer, A. & Fleischer, J. (2015), „Reduced commissioning time of components in machine tools through electronic data transmission“. Procedia CIRP 29, Hrsg. ELSEVIER, S. 311-316.
Abstract:
This article presents an approach to increase data availability over the life cycle of machine tool components. This includes the consideration of type-specific and instance-specific data of a machine component throughout its entire life cycle. Currently, the provision of the component data for the physical component is only realized by paper-bound data sheets. This leads to growing costs of the component through its commissioning. The presented approach proposes to store data on a RFID transponder attached to the component. In the article, a procedure to generate the optimum amount of data for instance-specific data is presented. This data are measured on a test bench, processed to generate the values and finally linked with the component over the whole life cycle. This enables increasing efficiency of the component by reducing the commissioning time during its life cycle.

[ 6 ] Fleischer, J. & Spohrer, A. (2015), „Industrie 4.0 vernetzt smarte Vorschubachsen“, MM MaschinenMarkt, S. 72-73.
Abstract:
Um mit Industrie 4.0 unternehmerische Erfolge erzielen zu können, ist die Identifikation konkreter, praxisrelevanter Anwendungsbeispiele notwendig. Dieser Artikel präsentiert am Beispiel mechatronischer Vorschubachsen (VSA) aktuelle Industrie-4.0-Anwendungsbeispiele aus der Forschung am wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), die mittelfristig Anwendung in der industriellen Praxis finden sollen.

[ 7 ] Spohrer, A. & Fleischer, J. (2016), „Lebensdauererhöhung von Kugelgewindetrieben durch Adaptive Schmierung“. Tagungsband zum GETLUB Tribologie- und Schmierstoffkongress 2016, Hrsg. Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V., S. 406-415.
Abstract:
Der vorliegende Artikel erläutert zunächst die für Kugelgewindetriebe charakteristische Eigenheit der individuell unterschiedlichen Betriebseigenschaften, die sich, trotz umfangreicher Qualitätssicherungsmaßnahmen, aus zahlreichen Einflüssen aus Fertigung und Montage ergeben. Im Anschluss werden die Anforderungen an eine adaptive Schmierung von Kugelgewindetrieben und die sensorische Detektion des vorliegenden KGT-IST-Schmierzustands vorgestellt. Darauf aufbauend erfolgen die Ableitung eines adaptiven Schmieralgorithmus und der Aufbau einer adaptiven Schmiereinheit. Der Artikel schließt ab mit einer Zusammenfassung der bisherigen und einem Ausblick auf zukünftige Forschungstätigkeiten des wbk im Bereich Adaptive Schmierung von Kugelgewindetrieben.

[ 8 ] Fleischer, J.; Schulze, V.; Klaiber, M.; Bauer, J.; Zanger, F.; Boev, N.; Leberle, U.; Spohrer, A. & Rothaupt, B. (2016), „The influence of tool holder technologies on milling performance “. Procedia CIRP 46 ( 2016 ), Hrsg. ELSEVIER, S. 226-229.
Abstract:
The quality of machined surfaces is significantly influenced by machine vibrations caused by the cutting process. Whereas most publications ignore the influence of the tool holder, this paper considers the dynamic behaviour of the whole cutting system consisting of spindle, tool holder, tool and workpiece. Therefore modal and operational vibration analyses were performed to describe the damping and operational characteristics of two competing tool holder technologies, namely heat shrink (HS) and hydraulic expansion (HE). It is shown that HE has higher damping rates than HS. Therefore, HE showed mainly better surface qualities, a 10 % higher productivity and an up to 300 % higher achievable life time of tools.

[ 9 ] Fleischer, J.; Bauer, J.; Klee, B. & Spohrer, A. (2016), „Efficient implementation of I4.0 with the VDMA toolbox based on use cases“. Adaptive and Smart Manufacturing, ISBN/ISSN: 978-3-7003-1976-4, Hrsg. Bleicher, F., S. 121-127.
Abstract:
Implementation of Industrie 4.0 is a challenge for Small and Medium Sized Enterprises (SME). For successful implementation of Industrie 4.0 it is imperative to de-duce a strategic roadmap with small steps based on use cases. The deduction of such use cases requires high creativity and the awareness of the competences within the SME. Therefore a toolbox and a workshop concept has been derived with VDMA to first asses the compe-tences of the SME, to create new ideas based on own competences and the internet technologies. Within this paper the concept as well as the toolbox will be present-ed and the approach for the creative generation of ideas for Industrie 4.0 within SME on the example of a smart ball screw drive will be outlined.

[ 10 ] Leitold, L.; Spohrer, A.; Weinmann, H. & Fleischer, J. (2016), „Development of ball screw analysis software using MATLAB Simulink“. GAMAX Proceedings, Hrsg. Gamax Laboratory Solutions Ltd., S. 1.
Abstract:
In this report monitoring systems for the feed axes in machine tools, developed in MATLAB Simulink at the wbk Institute of Production Science (KIT, Germany), are presented. Implemented use cases at the wbk are the condition monitoring of ball screw drives, which can be used for the analysis of the feed axes‘ wear-status, and innovative approaches for adaptive lubrication, which can be used for the active prevention of wear as well as for preventive maintenance.

[ 11 ] Spohrer, A.; Leitold, L.; Straub, F.; Hillenbrand, J. & Fleischer, J. (2017), „Ressourceneffizienter Kugelgewindetrieb durch adaptive Schmierung“ in Reibung, Schmierung und Verschleiß - Forschung und praktische Anwendungen, Hrsg. Gesellschaft für Tribologie e.V., GfT, Aachen, S. 39-49. ISBN/ISSN: 978-3-9817451-2-2
Abstract:
In der vorliegenden Veröffentlichung werden ausgewählte Ergebnisse aus dem Projekt „Ressourceneffizienter Kugelgewindetrieb durch adaptive Schmierung“ im SPP1551 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) vorgestellt. Abgedichtete, verschleißbehaftete Konstruktionselemente wie Kugelgewindetriebe (KGT) sind aufgrund ihrer Bauart permanent der Gefahr einer Über- oder Unterschmierung ausgesetzt. Die derzeitige industrielle Praxis weist aufgrund manuell gewählter oder auf Einzelparametern (z.B. Zeit oder Temperatur) beruhenden Nachschmierintervallen eine Tendenz zur Überschmierung auf, was die erreichbare Komponentenlebensdauer reduziert. Eine am wbk entwickelte Methodik zur adaptiven und bedarfsgerechten Nachschmierung von KGT vergleicht auf Basis eines Soll-Ist-Abgleichs reale Werte von Reibmoment und Temperatur mit deren analytisch berechneten, idealen Soll-Werten. Beim Überschreiten der Soll-Grenze kann so automatisiert eine bedarfsgerechte Nachschmierung angestoßen werden, wodurch sich der KGT über den kompletten Lebenszyklus in einem verschleißminimierten Schmierzustand befindet.

[ 12 ] Fleischer, J.; Klee, B.; Spohrer, A. & Merz, S. (2018), Leitfaden Sensorik für Industrie 4.0 - Wege zu kostengünstigen Sensorsystemen, VDMA Forum Industrie 4.0, Frankfurt.
Abstract:
Innovationen, Lösungskompetenz und Spitzenqualität sind zentrale Merkmale unserer Branche. Und auch Industrie 4.0 steht genau hierfür. Die Schlüsselbegriffe sind Digitalisierung und Vernetzung. Informations- und Internettechnologien werden Schritt für Schritt in die Produkte und Prozesse der Unternehmen integriert. Der deutsche Maschinen- und Anlagenbau übernimmt dabei als Anbieter und Anwender von Industrie 4.0 eine Schlüsselfunktion. Denn er integriert neueste Technik in Produkte und Prozesse. Zugleich ist er Datenquelle für Industrie 4.0: Er erfasst die Daten, interpretiert sie, innoviert damit und entwickelt neue Geschäftsmodelle. Bei der Umsetzung von Industrie 4.0 spielen Sensoren eine zentrale Rolle, denn sie sind die Anknüpfungspunkte zwischen der digitalen und der realen Welt. Um Daten aber korrekt interpretieren und damit auch innovieren zu können, werden die richtigen Sensoren benötigt. Im Maschinen- und Anlagenbau wird die Umsetzung technologischer Innovationen jedoch oftmals durch die Kosten dieser geeigneten Sensorik erschwert. Vor diesem Hintergrund bietet der vorliegende Leitfaden Hilfestellung: Anwender und Hersteller von Sensorsystemen werden bei der Definition der Anforderungen und der Entwicklung kostengünstiger Sensorsysteme unterstützt. Der Leitfaden definiert sieben Leitfragen, mit denen sich Sensoranwender auseinandersetzen sollten. Dabei werden grundlegende und kostenbestimmende Fragestellungen adressiert. Fünf thematisch gegliederte Werkzeugkästen unterstützen bei der Beantwortung der Leitfragen. Der VDMA realisiert mit diesem Leitfaden einen weiteren Umsetzungsbaustein für die Praxis und erweitert seine erfolgreiche VDMA-Leitfaden-Serie. Darüber hinaus bietet das VDMA-Forum Industrie 4.0 seinen Mitgliedern auch zu diesem Thema eine Plattform für den Dialog und Erfahrungsaustausch. Ausdrücklicher Dank gebührt Prof. Dr.-Ing. Jürgen Fleischer vom Karlsruher Institut für Technologie sowie seinen Mitarbeitern für die wissenschaftliche Aufbereitung des Leitfadens. Zudem gilt es, den beteiligten VDMA-Mitgliedern für ihr Engagement im projektbegleitenden Arbeitskreis zu danken.

[ 13 ] Burtscher, J.; Spohrer, A.; Barton, D. & Fleischer, J. (2018), „Intelligente Vorschubachsen mit Industrie 4.0-Funktionalität“, VDI-Z Integrierte Produktion, Nr. 4, S. 42-44.
Abstract:
Dynamische Vorschubachsen tragen maßgeblich zur Produktivität von Werkzeugmaschinen bei. Ihre Inbetriebnahme ist allerdings mit hohen personellen Aufwänden verbunden. Unerwünschte Bearbeitungsschwingungen, sowie ungeplante Ausfälle führen zudem zu signifikanten Produktivitätsverlusten im industriellen Einsatz. Am wbk Institut für Produktionstechnik werden daher Industrie 4.0-Lösungen entwickelt, die durch intelligente Funktionalitäten in der Vorschubachse einen Mehrwert bei Inbetriebnahme, Betrieb und Wartung von Werkzeugmaschinen versprechen.

[ 14 ] Fleischer, J.; Spohrer, A.; Klee, B.; Mayer, D. & Spiller, Q. (2018), Orientierungshilfe zur Einführung einer vernetzten Produkt- und Produktionsarchitektur in der Landtechnik, VDMA Landtechnik, Frankfurt am Main.
Abstract:
Der vorliegende VDMA-Leitfaden Landtechnik 4.0 soll dem Mitgliederkreis als hilfreiches Kompendium dienen, um den vielfach als disruptiv beschriebenen Wandel der industriellen Produktionspraxis kundig und umsichtig gestalten zu können. Im Kern geht es uns darum, prägnant aufzuzeigen, wie Produktionstechniken mit innovativen IT-Technologien verschmolzen und dabei gleichzeitig Ansätze für neue lösungsorientierte Produkte im Landmaschinenbau geschaffen werden können. Der Leitfaden basiert in seinen Grundzügen auf dem im Jahr 2015 veröffentlichten VDMA-Leitfaden Industrie 4.0, der von Frau Dr. Beate Stahl vom VDMA Forum Industrie 4.0, von Herrn Prof. Dr. Reiner Anderl vom DiK Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion der TU Darmstadt und von Herrn Prof. Dr. Jürgen Fleischer vom wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie erstellt wurde. Der VDMA-Leitfaden Landtechnik 4.0 ist ein gutes Beispiel für das hervorragende Miteinander der im VDMA organisierten Landmaschinen- und Traktorenhersteller, welches sich durch ebensolche gemeinschaftlichen Projekte wie der Erarbeitung eines Leitfadens zeigt. Er ist als praxistaugliches Tool konzipiert, das dazu beitragen möge, konkrete Ansatzpunkte im Hinblick auf Industrie 4.0 in den Unternehmen zu identifizieren und umzusetzen.

[ 15 ] Hillenbrand, J.; Spohrer, A. & Fleischer, J. (2018), „Zustandsüberwachung bei Kugelgewindetrieben“, wt Werkstatttechnik online, Nr. 8, S. 493-498. [31.08.18].
Abstract:
Industrielle Antriebe, darunter lineare Vorschubachsen wie der Kugelgewindetrieb, unterliegen einem natürlichen Verschleißverhalten. Diesen Verschleißzustand zu diagnostizieren und die verbleibende Betriebsdauer der Komponente abzuschätzen, ist das Ziel von Condition-Monitoring-Systemen. Der Artikel präsentiert ein solches System, basierend auf einem in den Kugelgewindetrieb integrierten Sensor.