Veröffentlichungen von Prof. Dr.-Ing. Jürgen Fleischer

The combination of construction parts made of fibre-reinforced plastics (FRP) and metal holds great lightweight design potential but places high demands on the necessary joining technologies. Metallic load introduction elements that are embedded in the manufacturing process of FRP components are a promising joining technology. In order to fully exploit the potential of this technology, approaches to increase the load bearing capacity of inserts, particularly under pull-out loads, have been missing. The aim is therefore to derive a method for the simulative structural optimisation of embedded inserts. The load bearing capacity increases under pull-out loads through smoothing of failure-critical stress peaks using the optimisation of the thickness distribution of the insert?s base plate. The increase of the load bearing capacity of the optimised insert geometry is confirmed through experimental validation.

A broad variety of materials can be found in modern machine tool structures ranging from steel and cast iron to fiber reinforced composite materials. In addition, material combinations and hybrid structures are available. Furthermore, innovative intelligent and smart materials which incorporate sensor and actuator functionality enable the realization of function integrated structures. Consequently, material design and application discloses manifold degrees of freedom regarding a sophisticated layout and optimization of machine frames and components. This keynote paper presents the current state-of-the-art with respect to materials applied in machine tool structures and reviews the correspondent scientific literature. Thus, it gives an overview and insight regarding material selection and exploitation for high performance, high precision and high efficiency machine tools.

The manufacturing of lightweight shafts, pipes and profiles often uses hollow structures made from fiber reinforced plastics (FRP) due to their better density related properties. For applications with locally high tribological stresses, the use of FRP is not yielding proper results. In terms of lightweight construction, a hybrid design with a hollow FRP basic structure and local metallic elements in areas of high tribological stress is ideal for these applications. A promising approach for the production of these parts is rotational molding. Rotational molding for FRP– metal profiles is understood as a manufacturing process where machined, metallic elements and dry continuous fiber structures will be assembled and laid in a closed mold. Afterwards, the liquid matrix will be casted and the mold is then rotated at high speed until the fiber structure is fully impregnated and the matrix is cured. As there are short flow paths, this process is offering the potential to realize short cycle times of only a few minutes. Within this paper, the manufacturing of polygon profiles via rotational molding is described. These profiles can be produced by using centrifugal cores which were developed at the wbk Institute of Production Science. These cores are made of an elastomer composite material and they expand during the rotational molding process. The modeling of these cores and their impact on the impregnation pressure is shown here as well as their contribution in achieving higher fiber volume fractions.

In the assembly, efficient part feeding is a decisive factor for a successful automation. Therefor an automated modular and part-flexible feeding System for micro parts on the basis of piezoelectric vibratory conveyors has been developed at the wbk Institute of Production Science. Very different parts can be conveyed, positioned and partly be rotated around their vertical axis by the system. The sliding conveyance offers also the possibility to feed extremely delicate parts. In this article the design and the commissioning results of the system are presented. In the end an outlook is given on future work to increase productivity and Efficiency of the system.

Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs SFB/TR10 wurde eine Prozesskette zur flexiblen Herstellung und Bearbeitung dreidimensional gerundeter Strangpressprofile entwickelt und prototypisch umgesetzt. In diesem Fachaufsatz wird ein Ansatz zur Verbesserung der Führungsgenauigkeit der Strangpressprofile durch Berücksichtigung der temperaturabhängigen Durchbiegung der Profile bei der Herstellung vorgestellt.

Piezoelektrisch betriebene Schwingförderer ermöglichen im Vergleich zu herkömmlichen Vibrationsförderern eine deutliche Minderung der Geräuschbelästigung und ein verhältnismäßig gleichmäßigen Förderprozess bei dennoch guter Ausbringungsrate. Die meisten bisher am Markt verfügbaren piezoelektrisch betriebenen Förderer arbeiten jedoch nach dem für empfindliche Bauteile nicht gut geeigneten Mikrowurfprinzip. Am wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) werden ein neuartiges Antriebs- und Steuerungskonzept für einen piezoelektrischen Schwingförderer entwickelt, der je nach Bedarf eine Förderung nach dem hochproduktiven Mikrowurf- oder dem insbesondere für empfindliche oder kleine Bauteile sehr gut geeigneten Gleitprinzip ermöglicht.

Handhaben von Batteriezellen
Um Lithium-Ionen-Batteriesysteme kostengünstig zu produzieren, ist eine Automation der Produktion erforderlich. Für die Automatisierung der Produktion von Batteriemodulen sind neue Handhabungslösungen notwendig. Hierfür gilt es beispielsweise, geeignete Greifsysteme zu konzipieren. Daher sind eine systematische Vorgehensweise und eine Charakterisierung der Batterien als Handhabungsobjekt erforderlich.

Handling of battery cells
To realize a cost-efficient production of lithium ion battery systems an automated production is necessary. For the automation of the production of battery modules, new handling systems need to be developed. Therefore, a method for an efficient selection and the characterization of the batteries are needed.

The following article presents an approach for a novel positioning stage as basic component of a small machine tool. It is a parallelkinematic machine (BiGlide mechanism), which converts the linear motion of two linear axes into a planar motion. The novel features, which were identified to be crucial for the transition from conventional machine tools to small ones, are: compact and precise feed axes, backlash free motion transmission, and direct measurement of the tool-center-point position and the ability of additional fine positioning. The proposed implementations are: hydraulic feed units, dry slide bearings as rotational joints, highly precise radar sensors and active variablelength struts of the parallelkinematic machine. Some of the simulation results are presented along with measurements of a currently designed prototype.

In the future automotive market an increasing number of lightweight constructions like space frame structures in multi material design will be used. For this purpose, new lightweight suitable joining methods are needed. In the paper an innovative joining method is presented, which is based on the filament winding process. The article describes the developed winding process and the validation and characterization of the connected components. Further the paper describes the possibility to give the joint specific targeted properties like stiffness and strength which are dimensioned by the use of a simulation tool. There is also a production solution for automated winding of components by industrial robots presented.

Light-weight aluminum space frame structures are frequently used for small-volume products, suchas sports cars. The assembly of these products has so far been mainly manual and requires the use ofcomplex and expensive fixtures. To increase the profitability the research conducted at wbk Institute ofProduction Science is aiming to achieve an automated, fixtureless assembly of such structures by the useof industrial robots. To achieve the required accuracies regarding the alignment of the joining partners, anew approach based on component-inherent markings has been developed. Different tests have alreadybeen conducted in order to validate the approach. The test results demonstrate that the approach issuitable for the spatial alignment of components.This article describes the theoretical foundations of the required measurement approach as well as theexperimental results.

Unter dem Begriff „Life Cycle Performance“ werden die Bewertung, Optimierung und Gestaltung von zuverlässigen und effizienten Systemen im Maschinen- und Anlagenbau über den gesamten Lebenszyklus verstanden [1]. Mit modernen Methoden der Informations- und Kommunikationstechnik sind wesentliche Erleichterungen für Maschinenbetreiber sowohl im technischen als auch organisatorischen Umfeld erreichbar. Der Fachbeitrag geht dabei auf die strategischen sowie technischen Herausforderungen für den intelligenten Betrieb ein und stellt die bereits entwickelten Lösungsansätze im Umfeld des Trends "Industrie 4.0" vor.

Mikrobearbeitungsmaschinen weisen aufgrund heutiger Komponenten und Kinematiken, aus denen sie aufgebaut sind, oft Verbesserungspotentiale bezogen auf Bau- und Arbeitsraum sowie dem Verhältnis von bewegter Masse zu Werkstückmasse auf. Hierzu sind neue Ansätze erforderlich, die im DFG-Schwerpunktprogramm SPP 1476 „Kleine Werkzeugmaschinen für kleine Werkstücke“ adressiert werden. Der Fachartikel zeigt den Ansatz eines neuartigen Antriebsmoduls für die angepasste Bearbeitung von Mikroformeinsätzen.

Für produzierende Unternehmen an Hochlohnstandorten ist eine Kostenbetrachtung über Lebenszyklen entscheidend. Dies stellt sowohl Betreiber als auch Hersteller von Produktionsanlagen vor Herausforderungen. Am Institut für Produktionstechnik (wbk) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) wurde der Forschungsschwerpunkt Life Cycle Performance (LCP) etabliert, welcher auf die Bewertung, Optimierung und Gestaltung von zuverlässigen und effizienten Systemen über den gesamten Lebenszyklus abzielt.

Static, quasi-static and dynamic displacements influence the accuracy of machine tool results. The lowfrequency parts of these displacements can, on the one hand, be traced back to static stresses resulting from gravity as well as process loads and, on the other hand, to geometrical machine errors and the faulty positioning in the working area resulting from this. Dynamic loads, however, are characterised by the distribution of masses and stiffnesses. This paper aims to present an approach to adaptronically compensate for static and quasi-static displacements while, at the same time, showing how a component can fulfill the functions of a sensor and an actuator. In order to achieve this, an intelligent adaptronical strut was designed for which the piezoelectric transducer can fulfill actuated as well as sensoric tasks at the same time. Based on the principle of vibrating strings, a vibrating string is used to induce vibrations which allow for the static, quasi-static and dynamic machine displacements to be recorded using the developed integrated sensors and actuators. A first prototype was integrated into a machine tool to verify the concept. Static and dynamic measurements endorse the functionality of this approach. Machining trial runs show the effectiveness of this approach in a parallel kinematic machine tool with regards to adaptronically compensating for geometrical machine errors.

Two-component micro powder injection moulding experienced significant progress in the recent past. Starting as a manufacturing method for integrating two different plastics, the extension of two-component injection moulding (2C-IM) from pure plastics to more resistant materials like ceramics or metals (2C-PIM) provided sophisticated and challenging applications. With the transfer of 2C-PIM to micro systems, two-component micro powder injection moulding (2C-MicroPIM) was established. Up to a certain extend sinter joining is an alternative to 2C-PIM. It allows for component assemblies to be moulded as separate low-complexity parts which are then joined into complex assemblies. This procedure considerably reduces the time and cost required to manufacture the injection moulding tools. This article gives an overview of the development of 2C-MicroPIMâ??from two component plastic devices to the production of complex two-component micro assemblies made of two ceramic or metallic materials and the state-ofthe-art of science and technology of sinter joining.

Due to the lack of coolant in dry machining processes, there is an increase of heat input into workpieces during the cutting process. As a result, an inhomogeneous temperature distribution occurs, which can lead to problems concerning compliance with critical tolerances, because of distortions of the workpiece. Using the FEM simulation it is possible to calculate and handle these distortions. This paper contains a mathematical model developed to calculate the surface heat flux as input data for FEM simulation. In comparison to former publications, this paper deals not only with single results, but rather with an overview of the results of the past two years.

During scaling of cutting processes size-effects occur due to not similarly scalable input parameters, e.g. ratio of cutting edge radius to depth of cut. These effects not foreseen by conventional similarity mechanics result in altered behaviour regarding cutting forces, sensitivity for various parameters, chip formation, surface texture and surface layer. This paper identifies effects associatedwith the transition frommacro to microcutting by means of a turning process. Different available models for macroprocesses have been analysed and one has been extended by a term for the cutting edge radius. This results in a significantly better prediction of the acting forces and an enhanced understanding of the process.

Analyzing and revising current machine tools with regard to their maintenance-friendliness, servicing and inspection activities leads to a split-up between production and maintenance responsibilities. The illustrated algorithm allows for the identification of collateral components which require replacing when adjoining components are replaced even though their own service life is not yet exceeded. A modularization approach was elaborated for the application of this method reducing the design of a machine tool to maintenance-relevant parameters. The respective routines were programmed in a software environment for an easy and quick implementation and launched for an exemplary machine tool.

Flexible and automated small-batch production requires a high degree of facility adaptability for the product to be manufactured. Here spatially curved profiles pose a particular challenge in terms of the exact positioning and the assurance of component quality during the machining process. This paper describes the concept and implementation of a metrological approach to the positioning of spatially curved tube profiles for profile machining. Single laser markings put on the component surface are combined into a component-specific scale. The design of the markings is derived systematically considering the boundary conditions. The component-specific scale also constitutes the basis for an incremental identification of the profile contour, allowing for flexible inline quality assurance for almost any type of curved profile contours. Profile geometries can be described regardless of contours by means of cubic spline interpolation.

Manufacturers of machine tools face worldwide competition which is tightened by demands for total cost of ownership (TCO) contracts, requiring a guarantee of a certain availability of their products. This availability is naturally affected by wear of machine components. It depends on the use of the machine tool in daily operation and correlates with the occurring load spectrum. The real load spectrum, however, is widely unknown. When designing a machine tool, the future load application is estimated from the designer’s experience. The real loading from cutting operations and motion usually highly differs from these assumptions. Hence,multibody simulation in combination with controls and CNC simulation offers the possibility to investigate the realistic load spectra of several machine components when performing the simulated operation of a given CNC program. The load levels can be accounted for, and the overall wear time can be accumulated and allocated to wear regions on the components with respect to the stressing. Thus, the progress of component life consumption can be obtained by simulation, which is useful for the appropriate requirements towards the machine’s components at the point of the machine design. This paper will present a practical approach to the estimation of machine tool component life based on simulation.

During straight turning of workpieces withnon-cylindrical geometry or during milling operations onworkpieces with hard surfaces such as the scale layer oncast iron the cutting edge has to withstand high recurrentimpact loads. These loads can destroy the cutting edgerather spontaneously than by continuous wear. Commonlyused criterions such as a flank or crater wear are not suitable.As part of the research presented in this papermechanical system properties such as resilience anddamping are varied and the influence on tool life is presented.Variation was done passively by changing thematerial of a shim which was positioned directly under thecutting insert and actively by using a piezo actuator tochange the pressure of an oil reservoir close to the cuttinginsert. The results of this research confirm the potentialadvantages of a properly adjusted resilience close to thecutting edge. However, a single set of optimal propertiesfor different machining operations or workpiece/toolcombinations cannot be derived.

Die bei vielen großen Unternehmen erfolgreich eingeführten Lean Methoden können nicht unangepasst auf die Einzel- bzw. Kleinserienproduktion übertragen werden, da sie sich je nach Anwendungsumfeld unterschiedlich auf relevante Produktionskennzahlen wie Bestand, Durchlaufzeit, Maschinenverfügbarkeit, Ausschussrate etc. auswirken. Der Artikel behandelt die Fragestellung, welche Lean Methoden in welcher Ausprägung für spezifische Anforderungen in der Kleinserienproduktion auf Basis quantifizierter Wirkzusammenhänge geeignet sind.

Um die hohen Anschaffungskosten moderner Fertigungsanlagen zu rechtfertigen, werden heute immer mehr garantierte Verfügbarkeiten und Kosten über die erwartete Lebensdauer wichtig. Um die geforderten Verfügbarkeitswerte einzuhalten, nimmt die Instandhaltung eine Schlüsselrolle ein. Ihre Wirksamkeit lässt sich über MTTR- (mittlere Reparaturdauer) und MTBF-Werte (mittlere Dauer zwischen Ausfällen) systematisch messen. In der heutigen Instandhaltungspraxis liegt die Verantwortung für die Instandhaltung oft nicht mehr ausschließlich bei den Servicemitarbeitern, in zunehmendem Maße werden einfache Tätigkeiten auch von dafür ausgebildeten Maschinenbedienern übernommen. Die Aufteilung dieser Tätigkeiten ist abhängig von ihrer Schwierigkeit. In diesem Fachbeitrag wird eine Methode zur systematischen Verbesserung der Verfügbarkeit von Werkzeugmaschinen vorgestellt. Durch die detaillierte Analyse der Ausfallursachen der relevanten Komponenten im Betrieb können die Instandhaltungsvorgaben des Herstellers den jeweiligen Betriebsbedingungen angepasst und optimierte Instandhaltungsanweisungen abgeleitet werden. Die sich daraus ergebenden Maßnahmen in Bezug auf Instandhaltungstätigkeiten und -intervalle werden in die Maschinensteuerung implementiert, der Maschinenzustand fortlaufend über Inspektionen erfasst und in Form einer Instandhaltungskennzahl kontinuierlich hinsichtlich ihrer Wirkung bewertet. Der konsequente Einsatz von TPM (Total Productive Maintenance) kann so erleichtert und die Verfügbarkeit gesteigert werden.

Die präventive Instandhaltung von Werkzeugmaschinen soll Produktionskosten senken und ungeplante Stillstände verhindern. Um diese Instandhaltungseinsätze kostenoptimal planen zu können, ist eine möglichst präzise Vorhersage der Restlebensdauer einzelner Komponenten notwendig. Diese ist nicht nur wie bisher auf Basis der realen Nutzungszeit abzuschätzen, sondern es müssen auch die jeweiligen Belastungen miteinbezogen werden. In dem hier vorgestellten Modell wird zur Abschätzung der Restlebensdauer das „Weibull Generalized Log-Linear Model“ verwendet, das im Rahmen des Projekts LiCMA - Life Cycle Performance im Maschinen- und Anlagenbau - entsprechend den speziellen Rahmenbedingungen dieser Branche angepasst wurde. Das Ermitteln des optimalen Zeitpunkts für die präventive Instandhaltung erfolgt anschließend mit Hilfe einer „Monte-Carlo-Simulation“.

Die industrielle Herstellung von Mikrobohrungen erfordert Verfahrenmit kurzen Bohrzeiten und geringer Prozessstreuung. Dieser Fach -beitrag gibt einen Überblick über die Verfahren Spiralbohren, Feinschneiden,Erodieren, Laserstrahlbohren mit ultrakurzen Pulsen,Elektronen strahlbohren und „Micro Bore Sizing“. Zur Unterstützungder Vergleichbarkeit wurden standardisierte Versuche durchgeführt,deren Ergebnisse vorgestellt werden. Industrial manufacturing of micro holes demands methods with shortdrilling times and high process reliability. In this article an overview ofthe processes drilling, punching, erosion, laser drilling with ultra shortpulses, electron beam drilling and micro bore sizing is given.Standardise d experiments for enhancing the comparability wereaccomplished . The results are presented in this article.

Der Fachaufsatz beschreibt ein am wbk Institut für Produktionstechnik der Universität Karlsruhe (TH) entwickeltes Spannkonzept für die flexible Bearbeitung räumlich gekrümmter Profile. Anhand elementarer geometrischer Überlegungen wird der Aufbau der umgesetzten Spanntechnik hergeleitet. Es wird ein Ansatz vorgestellt, welcher die Genauigkeit der Profilpositionierung in der Spanntechnik mit auf der Profiloberfläche aufgebrachten Markierungen erhöht. Die Beschreibung eines Vorversuchsstandes sowie der ersten Ergebnisse zur Markierungsdetektion mittels digitaler Bildverarbeitung runden das Thema ab.

This article describes a clamping concept for the flexible machining of spatially curved profiles developed at the wbk Institute of Production Science of the Universität Karlsruhe (TH). Simple geometrical considerations form the basis of the prototypically implemented clampingsystem design. The approach presented in this article allows for accuracy improvements regarding the positioning of the profile in the clamping system on the basis of markings applied onto the surface of the profile. Besides, the preliminary test rig set up and first results on the detection of themarkings by means of digital image processing are presented.

Bei einem innovativen Fertigungsverfahren zur Herstellung von Strangpressprofilen (z. B. für den Fahrzeugbau) werden Industrieroboter eingesetzt, die eine raumzeitlich exakt definierte Bewegung durchzuführen haben. Zur Überprüfung dieser Bewegung war es notwendig, einen Lasertracker mit dem Steuersystem des Roboters zu synchronisieren. Es konnten sehr charakteristische und für den Produktionsprozess entscheidende Abweichungen von der vorgegebenen Bahn des Roboters sowie eine außerordentlich hohe kinematische Wiederholgenauigkeit festgestellt werden.

Die industrielle Produktion von mikro- und nanostrukturierten Bauteilen und Systemen erfordert die Entwicklung einer adäquaten Messtechnik zur Qualitätssicherung, da die Ist-Ausprägungen von Standardgeometrieelementen eine wesentliche Entscheidungsgrundlage für eine zuverlässige Funktionsbeurteilung und effiziente Regelung von Fertigungsprozessen bilden. In diesem Zusammenhang beschäftigt sich der Beitrag mit der Gegenüberstellung von unterschiedlichen Messverfahren für standardgeometrische Messaufgaben im Mikrometerbereich. Die Ergebnisse von zwei durchgeführten Ringvergleichen werden in diesem Artikel vorgestellt und diskutiert.

Im Bereich der Mikro- und Nanomesstechnik werden immer neue Normale benötigt und bereit gestellt. Bei deren Design, Herstellung und Einsatz werden zum Teil neue Wege beschritten, um den Anforderungen und Randbedingungen der Mikro- und Nanotechnik gerecht zu werden. Im Folgenden werden diese Aspekte und Entwicklungen anhand ausgewählter Beispiele verdeutlicht.

In the field of micro-technology the productionof metallic and ceramic micro-components by powderinjection molding (PIM) has become a more and moreestablished fabrication method. But in order to fulfill thedemand for more complex-shaped high-precision microcomponentsfurther development work has to be performed.This is especially true if more efficient production routes formulti-component-micro-assemblies consisting of differentmaterials or sub-components are envisaged. To meet thesechallenges, investigations are performed to realize and toestablish two primary shape micro-processes. These aretwo-component micro-injection molding (2C-MicroPIM)and sinter-joining. The realization of these technologies willlead to a markedly reduction of the efforts for handling,adjustment, and assembling of metallic and ceramic microassemblies.Furthermore, an increased integration level andfunctionality can be yielded. For an effective transfer ofscientific results to industrial applications the whole processchain must be considered, from development and constructionof the tooling as well as of the components to thequality assurance and determination of the properties of theassemblies after sintering. These primary shape processesshall enable the mutual processing of different materialswithin the fabrication process, so avoiding separatemounting or assembling steps. Additionally fixed and loosejunctions between at least two components shall be realized.The progress in research and development will be demonstratedespecially by the implementation of shaft-to-collarconnections between micro-gearwheels and correspondingshafts. Regarding two-component micro-injection molding,the tool construction for shaft-to-collar connections will bepresented as well as first experimental results on the propertiesof selected ceramic powders and feedstocks for thespecial requirements of the 2C-MicroPIM process. With theassembly step being performed outside the injection moldingtool before sinter-joining different parts and geometriescan be combined quite easily. The presented article gives anoverview on the concept and on preliminary testing resultsfor the fabrication of a shaft-to-collar-connection. Additionally,a solution for an automated assembly of a shaftand a toothed wheel outside the injection molding tool ispresented.

Within traffic engineering, the importance of lightweight space frame structures continuouslygrows. The space frame design offers many advantages for light weight construction but also bringschallenges for the production technology. For example, the important requests concerning productflexibility and reconfiguration can only be achieved with a high technical effort, if current machinetechnology is used. For this reason, the collaborative research center SFB/TR10 investigates thescientific fundamentals of a process chain for the product flexible and automated production ofspace frame structures.An important component in space frame structures are curved extrusion profiles. Within theinvestigated process chain, the extrusions must be machined mechanically in order to apply holesand to prepare the extrusion ends for the following welding operation.The machining is currentlydone by clamping the profile into a fixture and processing it within a machining center. Thisprocedure has two disadvantages due to the complex geometry and the partially high length of theextrusion profiles: On the one hand, a complex fixture is needed for clamping the work piece. On the other hand, a machining center with a large workspace and five machine axes is required. Due to this, the product flexible machining with current technology is only possible with hightechnical and economical effort. For this reason, a new machine concept for the product flexiblemachining of three dimensionally curved extrusion profiles was developed at the University ofKarlsruhe. In this paper, the function of the machine is explained and a prototype is presented. Inaddition, investigation results of the machining accuracy are shown and possibilities for improvingthe precision are discussed.

Manufacturing of ceramic and metallic micro components in micro powder injection moulding (ìPIM) requires mould inserts offering high wear resistance and a sufficient demoulding behaviour. Within the frame of this research ìPIM mould inserts made from low and high alloyed tool steel were structured by micro milling and finished by micro peening and ultrasonic wet peening. Influence of surface condition on wear and demoulding behaviour of the steels in ìPIM with ceramic feedstock was characterized using a laboratory tribotester simulating powder injection moulding and a specially adapted static friction tester. Results indicate that performance of mould inserts in micro powder injection moulding depends not only on hardness, surface condition and homogeneity of the mould insert materials but also is strongly influenced by the characteristics of the feedstock, like composition of the binder or amount and hardness of the ceramic particles.

Für industriell zunehmend relevante evolventische Mikroverzahnungen besteht, ebenso wie für mikrostrukturierte Bauteile im Allgemeinen, ein Mangel an werkstückähnlichen Prüfkörpern. Wir berichten vor diesem Hintergrund über die Entwicklung eines Mikroverzahnungsprüfkörpers, der eine experimentelle Abschätzung der Messunsicherheit für die drei Profillinienabweichungen Fa, fHa und ffa an evolventischen Mikrostirnrädern auf einem Koordinatenmessgerät ermöglicht.

Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs SFB/TR10 werden neuartige Maschinenkonzepte zur produktflexiblen Bearbeitung dreidimensional gerundeter Rohrprofile untersucht. Im Rahmen dieses Fachbeitrags wird eine simulationsgestützte Vorgehensweise vorgestellt, die den Konstrukteur bei der Konzeption und Analyse von Maschinenkinematiken unterstützt. Mit dieser Vorgehensweise konnte eine Kinematikstruktur gefunden werden, die für die im SFB/TR10 erforderlichen Bewegungsabläufe gut einsetzbar ist.

Micro manufacturing processes are characterized by high process variability and an increased significance of measurement uncertainty in relation to tight tolerance specifications. Therefore, an approach that separates the superposition of measurement and manufacturing variation is demanded. A novel design for a quality control chart that makes it possible to monitor, control and extract measurement variation from manufacturing variation is proposed. Thus, a definite cause diagnosis on the approval or rejection of micro components due to errors either in the measurement or in the manufacturing process is possible. The proposed multivariate µ-EWMA chart which is based on weighting each measurement data with its current measurement variation is discussed and benchmarked with traditional control charts.

The prototype for the flying cutting of spatially curved extrusion profiles developed as part of the Collaborative Research Center Transregio 10 (SFB/TR 10) was tested as an integrated part of the overall system in first test runs. The profiles resulting from this process give proof of the potential involved in both, the novel curved profile extrusion (CPE) and the automatic supporting and cutting device. For subsequent automated processing to become possible, however, the reliably achievable accuracy of extruded profiles needs to be further improved. By the example of the extruded profiles produced so far, this article discusses potential factors that may impair profile accuracy and presents approaches and methods for the improvement of accuracy.

Micro production, with an annual forecasted growth rate of 20 per cent will clearly be a key technology of the 21st century. High-precision engineering, which uses miniaturized conventional manufacturing techniques, e.g. milling, turning, and drilling, has significant potential for application to the manufacture of micro-sized products with exacting precisionand accuracy requirements. Owing to its flexibility and its ability to produce complex three dimensional geometric shapes in a broad variety of different materials, micro cutting is ofspecial importance both for small scale and mass production environments. However, cutting in micro dimensions follows special rules caused by size effects. Successful micro cutting depends on statistically reliable and robust processes and therefore on knowledge about parameter adjustments and process characterization. Statistical analyses of experimental micro cutting data and modelling studies are used to study the effects and interactions of process parameter variations for workpiece material, cutting edge radii, cutting speed, depth of cut, and application of a lubricant. The results show a significant influence of most of the mentioned factors on the response variable surface roughness and specific cutting force. Based on the experimental data and the statistical modelling studies, linear models for the specific cutting force and surface roughness are proposed. In addition, the outcome is compared to theempirical cutting model of Victor-Kienzle derived for application in macro dimensions.

The accuracy and process reliability of both laser ablation and EDM depend on various influences like machine tool performance, temperature, material properties and process parameters. This paper focuses on the variation of the most important process parameters to reduce surface roughness and machining time. For the experiments standard tool steel (X38CrMoV5-1) was used. In the following the variation of process parameters is described and validated by selected machining examples for EDM and laser ablation, respectively.

Die zunehmende Miniaturisierung von Bauteilen führt zu großen Herausforderungen bei der Strukturierung von Mikrowerkzeugen. Mikrofräsen, Mikrofunkenerosion (EDM - Electrical Discharge Machining)und Laserablation sind in der Mikrotechnik geeignete Verfahren zur flexiblen Fertigung von Abformwerkzeugen für das Mikropulverspritzgießen aus hochfesten und verschleißbeständigen Werkstoffen. Je nach Zielsetzung liefert das einzelne oder eine Kombination mehrerer Verfahren die optimale Strategie zur bestmöglichen Oberflächenqualität.

In diesem Artikel wird eine Methode zur systematischen Bewertung der Instandhaltungsfreundlichkeit einer Werkzeugmaschine und deren Baugruppen entwickelt. Das System kann als Entscheidungshilfe zur Aufteilung der Wartungs- und Inspektionstätigkeiten zwischen Instandhaltung und Produktion dienen, so dass zukünftig der konsequente Einsatz von TPM (Total Productive Maintenance) in stärkerem Umfang als bisher ermöglicht und dadurch die Verfügbarkeit gesteigert werden kann. Anhand der Instandhaltungstätigkeiten der kritischen Baugruppe "Werkzeugsystem" wird die Bewertung an zwei unterschiedlichen Maschinen durchgeführt und die Ergebnisse verglichen.

Up to now the consideration of forces between flexible, moved structures, e.g., linear guides on base frame components, depending on different workspace positions wasn’t possible in multi-body simulation. Thereby neither the representation of the complete mechanical behavior nor the optimization of the frame structure depending on different workspace positions is possible. In the context of the Priority Program 1099 of the German Research Foundation “Production Machines with Parallel Kinematics”, methods have been developed, which enable the transmission of forces between flexible bodies multi-body simulation. The existing, flexible MBS-model of the coupler kinematics “Genius 500” is extended by a flexible frame structure and the total deformation is analyzed. Furthermore the present frame structure is replaced by a design space for topology optimization in different workspace positions.

Reconfigurable Manufacturing Systems (RMS) enable industrial companies to adapt to frequent and unpredictable changes of production requirements in a cost-efficient way. RMS are constituted by modular machine tools that provide variable overall functions with the ability to add, remove, rearrange and replace functional sub-units. The performance of these machine tools as regards the quick and flexible arrangement of modules and high work piece quality strongly depends on the properties of the mechanical module interfaces. In this paper, performance parameters for mechanical module interfaces were defined and their influence on the machine tool’s performance discussed. Then flexibly arrange-able quick-coupling interfaces as a promising solution for module assembly were analyzed. Finally, tools for the determination for those interface performance parameters are presented, which require technical testing.

Sowohl im Produktionsanlagenbau als auch im Werkzeugmaschinenbau ist der Trend erkennbar, dass immer mehr Kunden neben der technischen Innovation eine Verfügbarkeitsgarantie für die Anlage oder Maschine verlangen. Hersteller sollten in der Lage sein, die Verfügbarkeiten ihrer Produkte auf Basis belastbarer Daten zu garantieren. Dieser Fachaufsatz stellt eine Methodik vor, welche die Vorgehensweise der Verfügbarkeitsermittlung bei Werkzeugmaschinen auf produktionstechnische Anlagen überträgt. Sie basiert auf einem Modularisierungsansatz in Verbindung mit einer Verfügbarkeitsberechnung. Die geschilderte Methodik ist ein Hilfsmittel, mit dem sich das Ausfallverhalten von Maschinen/Anlagen analysieren und sowohl konstruktive als auch organisatorische Maßnahmen ableiten.

Im Verbundforschungsprojekt „Optilast“ werden Ansätze zur Steigerung der Verfügbarkeit von Werkzeugmaschinen erarbeitet. Grundlage bilden Betriebs- und Servicedaten. Um die unterschiedliche Erfassung von Ausfallursachen und Verfügbarkeitskennwerten vergleichbar zumachen, wurde ein Modularisierungsansatz entwickelt. Als Ergebnis der Datenerfassung wurden die wesentlichen Baugruppen identifiziert. Für diese werden gezielt Maßnahmen zur lastabhängigen Verfügbarkeitssteigerung erarbeitet.

Das Angebot hybrider Leistungsbündel (Integration von Sach- und Dienstleistungen) wird im Zusammenhang mit innovativen Geschäftsmodellen als entscheidend für den erfolgreichen Absatz von Leistungen im Maschinen- und Anlagenbau angesehen. Bisher fehlt allerdings ein geeignetes Instrumentarium, mit dem den Herstellern und Betreibern diesbezüglich eine Leistungskalkulation und ein Controlling ermöglicht wird. Der im Fachbeitrag vorgestellte Ansatz soll diese Lücke schließen und stellt erste Forschungsergebnisse vor. The quotation of hybrid products by integrating investment goods and services combined with innovative business models is essential for the successful disposal in the machine and plant engineering industry. But so far, there is no capable method allowing both manufacturers and operators of production facilities to calculate and control the performance of hybrid products. This article presents an approach to close this gap. Furthermore, first research results are presented.

The mechanical sti.ffi1ess and geometrical accuracy of machine components have significant infiuence an machine tool precision. This is due to the fact that process loads and errors in machine components lead to a displacement of the Tao! Center Point. An increase in the machining accuracy of machine tool components is often either not sensible for economical reasons or not technically feasible. This suggests thinldng about the compensation of displacement by means of intelligent machine components. In this context the article describes a cost-effective technology for the adaptronical compensation of component errors and the increase of sti.ffi1ess, developed on the basis of a vibrating string. Based an the example of a strut for parallel kinematics machine tools, the concept, the realization and first accomplished measurements with the adaptronical sensor-actuator integration are introduced and the realized cost reduction is estimated.

This paper introduces a new approach to handle and machine spatially curved profiles using a flexible and intelligentclamping system. Firstly, requirements to the clamping system are specified which have to be fulfilled for a flexible smalland medium batch production of light-weight frame structures. Subsequently, the design of the flexible clamping systemis described. To maintain a once reached condition of order over the entire process chain, an in-line measuring systemhas to be integrated. Several metrological processes have been tested regarding their application on spatially curvedprofiles. To allow an exact positioning and orientation of the profiles within the clamping system for machining andhandling, additional marks were placed on the profile surface in well-defined distances. The functionality of thispositioning and orientation process will be illustrated in dependence on the gaging process of an incremental measuringsystem. Also, an outlook to an extended use of the part-specific scale for an integrated quality assurance is given.

Die Funkenerosion hatte sich bereits im Bereich des Werkzeug- und Formenbaus als hochgenaues Bearbeitungsverfahren etabliert. Durch die Weiterentwicklung der Generatoren und die Entwicklung hochpräziser Mikrofunkenerosionsmaschinen ist die Funkenerosion heute eines der wichtigsten Verfahren im Bereich der Mikrobearbeitung. In den letzten zwei Jahren hat die Bahnerosion - auch „Funkenerosives Fräsen“ genannt - seine Reife bewiesen und den Weg in die Produktionsstätten gefunden.

With a novel extrusion process which is investigated in the Collaborative Research Center Transregio 10 (SFB/TR10), it is possible to manufacture spatially curved aluminum profiles. This process is the base for an automated small and medium size batch production of light-weight frame structures. For the handling and machining of the spatially curved profiles, highly flexible machines and manufacturing equipment are needed. Today’s automated process chains do not reach a sufficient flexibility.This article introduces a new approach to handle and machine spatially curved profiles using a flexible gripping and clamping system. Firstly, the requirements concerning the process comprehensive gripping technology, which have to be fulfilled for a flexible small and medium batch production of light-weight frame structures, are specified. Subsequently, the function and design of a flexible gripping and clamping system are described. Furthermore, metrological processes to maintain a once reached condition of order during the entire process chain are depicted.

Decreasing product life-cycles and resulting market pressure to launch new products in a high frequency are describing today’s automotive industry. Therefore production ramp-ups are gaining more and more importance. Production ramp-ups are characterized by instable business-processes within the organization, new products and new production technology. This combination often causes quality and availability problems which are the main challenges for a product launch in time and costs. Thus, fast reactions to quality and availability problems are crucial for competitiveness. In this paper, a new simulation based decision support system for production ramp-ups is presented. The system allows the simulation of influences on technically critical processes under the dynamic environment of a production ramp-up. Next to the theory, so called quality simulation, a prototypical implementation and simulation results are presented.

The innovative process of curved profile extrusion facilitates the cost-effective production of lightweight structures with spatially curved profiles even for small series. Due to the extrusion process a continuous flow of material is unavoidable. The profiles have to be separated reactionlessly during the extrusion following the complex trajectory of the cut-off point in space. This paper discusses the challenges for a flying cut-off device. In addition to a concept to generate the trajectories and control the movements, the main parameters for dimensioning a cut-off device are presented. A specially designed clamping device permits to generate high accelerations. Further on, cutting results are shown especially for extruded sections with continuous reinforcing elements of steel.

Kundenindividuelle Produkte sowie steigender Wettbewerbs- und Kosten druck in Verbindung mit sich stetig verkürzenden Produktlebenszyklenbegründen die Bedeutung des Produktionsanlaufs für produzierende Unternehmen [1]. Ein effizienter und effektiver Produktionsanlaufgestattet einen erfolgreichen Markteinstieg, kann „Lost Sales“ vermeiden helfen und bildet eine Basis für den finanziellen Erfolg des Produkts und des Unternehmens [2]. Dieser Fachbeitragkonzentriert sich auf eine frühe Phase des operativen Produktionsanlaufs („Inbetriebnahmephase“) und zeigt eine methodische Unterstützung zur Konfiguration und Planungssystematik von Abnahme -prozessen. Durch die modifizierte Anwendung eines Verfahrens aus dem Operations Research wird eine zeitliche Verkürzung der Inbetriebnahmephaseerreicht. Damit stellt sich ein Kostenvorteil im gesamten Produktionsanlauf ein. In diesem Beitrag wird ein Job-Shop-Problem modelliert und damit die Reihenfolge der Maschinenabnahmeschritte optimiert.

Immer häufiger treten die Lebenszykluskosten und Lebenszyklusleistungsparameter bei der Beschaffung von Investitionsgütern in den Vordergrund. Werden diese Werte prognostiziert und vereinbart, stellt sich die Frage, wie diese Werte überwacht werden sollen. In diesem Artikel wird eine Methodik vorgestellt, mit der ein fallspezifisches, interorganisationelles Controlling zwischen Betreiber und Hersteller aufgebaut werden kann.

Ein weltweit agierender Service zur langfristigen Kundenbindung stellt für mittelständische Unternehmen eine große Herausforderung dar. Dort ist es oft lohnend, durch Diagnose und Zustandsprognose von der ausfallorientierten Instandhaltung zur präventiven Instandhaltung zu kommen. Ziel ist es, knappe Ressourcen besser zu planen und gleichzeitig Stillstandszeiten zu minimieren, um die Verfügbarkeit der Maschinen zu steigern und gleichzeitig die Servicekosten zu senken.

Powder Injection Molding (PIM) offers a high potential for fabrication of micro-mechanical parts manufactured in metal or ceramic material providing a large variety of properties. To ensure an economical Micro-PIM production in large lot sizes and high quality automation of the process beginning with demolding, handling, debinding and ending with sintering is a necessity. Within the field of automation research focus is to optimize critical processes like sprue separation, demolding and handling as well as the set-up of an autonomous and automated process-chain which are presented in this article.

In dieser Arbeit wird eine simulationsgestützte Methodik zur Bestimmung der Gruppenzugehörigkeit eines Elements aufgrund seiner Merkmalsausprägungen vorgestellt. Angewendet wird diese Technik zur Einordnung eines Produkts in Qualitätsklassen basierend auf seinen qualitätsdeterminierenden Einflussgrößen. Insbesondere werden diese Einflussgrößen systematisch und dynamisch erzeugt, um typische zeitvariante Lerneffekte, die beispielsweise in einem Produktionsanlauf auftreten abbilden zu können.

Improving the efficiency of manufacturing processes becomes more and more important. This paper describes a new approach where two technologies are combined to manufacture wear-resistant mold inserts for powder injection molding. By combining laser ablation and electrical discharge machining (EDM) specific advantages of the respective technology can be utilized while drawbacks can partially be eliminated. In the following machining results of die-sinking EDM, EDM milling and laser ablation with structure sizes down to 20 µm are presented and a concept for a new type of electrode for EDM is introduced. Furthermore the combined machining center is presented.

The miniaturization of parts and components plays an important role in today’s economy, enabling thedesign and production of new and highly sophisticated technology in various industrial fields, such as medical,bio-chemistry, automotive, and telecommunications. Nowadays, production technology faces the challenge to manufacture small components within tight tolerances, yet,which still remain economical in large lots. In order to successfully harness this task, separating processes have been fitted to suit the needs for micro mold manufacturing and were combined with a subsequent injection-moldingprocess to satisfy the need for large-scale production with avast variety of possible materials. Hereafter, the scope lieson the production technology for micro mold manufacturing, namely, micro milling, micro electro discharge machining (micro EDM), and micro laser ablation. The characteristics of each process are introduced and compared to each other, concerning surface properties, achievable tolerances, potential for miniaturization, machinable scopeof materials, and manufacturing productivity.

The production of three dimensional curved extrusions makes high demands on the machine kinematics with respect to accuracy, acceleration and workspace size. Parallel kinematics meet well the first two requirements but are limited regarding workspace size and tilting abilities. By combining serial and parallel machine axes and thereby integrating handling and machining capabilities into one machine structure, these disadvantages can be eliminated while additionally reducing redundant degrees of freedom. In order to find the optimal allocation of machine axes, a systematic approach was developed which helps to reveal synergetic potentials that emerge from integrating the two different fields of function. The authors present the prototypal implementation of a machine concept which is combined out of a four-axes parallel kinematics and a serial kinematics and allows the integrated handling and machining of lightweight extrusion structures.

Im Gegensatz zum funkenerosiven Senken, bei dem nur eine Achse geregelt wird und die Werkzeugelektrode das Abbild der geforderten Werkstückform darstellt, ist bei komplexen Bauteilen die simultane Regelung mehrerer Achsen erforderlich. Überwunden werden die Einschränkungen bisheriger Erosionsprozesse mithilfe des funkenerosiven Fräsens sowie einer Maschinentechnik, die sogar die simultane mehrachsige Bearbeitung ermöglicht.

Research in micro production technology mainly focuses on the development and optimization of a dedicated manufacturing process. However, for industrial application, it is of foremost importance to know which alternative technologies are capable of manufacturing a specific work piece or a specified quality feature and which of these technologies are the best to choose. By means of altered quality function deployment (QFD) and a web based structure catalogue, different micro manufacturing technologies such as micro milling, laser ablation and Electric Discharge Machining (EDM) have been benchmarked concerning their capabilities to fabricate micro molds consisting of wear-resistant materials. Besides process comparison with regard to accuracy and efficiency, the new architecture of the House of Quality of the QFD facilitates the identification and optimization of critical process parameters. Furthermore, by means of the developed structure catalogue, the verification of machinability of product designs is assured.

The importance of rigid and self supporting space frame structures for the automotive and aerospace industry continually increases. To meet the market requirements for a flexible and competitive small batch production, innovative machine concepts must be investigated. By integrating handling and machining capabilities into one machine structure, redundant degrees of freedom can be reduced and a former idle economic potential can be made use of. This paper introduces a systematic approach to reveal synergetic potentials that emerge by integrating two different fields of function, the handling and the machining. Therewith a matrix with technical solutions for a combination of handling and machining is generated. These solutions are the base for new machine concepts that fulfill both tasks with a minimal number of machine axes. The authors present a machine concept which is combined out of a four-axes parallel kinematics and a conventional serial kinematics. The two kinematic structures collaborate and allow the product flexible handling and machining of three dimensional rounded extrusions with a minimal technical effort. The machine concept is dimensioned and optimized for a maximal stiffness by the coupling of a multi body simulation to an external parameter optimization software. The optimization results show that the stiffness of the machine concept could be explicitly improved.This paper is based on investigations of the collaborative research centre SFB/TR10 which is kindly supported by the German Research Foundation (DFG).

Using the innovative process of rounding during extrusion, spatially curved extruded profiles can be flexiblymanufactured. This facilitates the cost-effective production of lightweight structures with curved profiles even for smallseries. Due to the extrusion process a continuous flow of material is unavoidable. The profiles have to be separatedreactionlessly during the extrusion following the complex trajectory of the cut-off point in space. Because of the highaccelerations which occur during the spatial motion of the profile the trajectory is separated into the slow motion of anindustrial robot guiding the cut-off device and a fast superposed movement generated by a specially designed clampingdevice with redundant axes. To synchronize the motions according to the real extrusion velocity a server-based centralcontrol unit is used. Based on this background, the paper discusses a method for generating the trajectories andprogramming and controlling the movements.

Due to economical, ecological and functional reasons, lightweight-construction is continuously gaining importance. Therefore, lightweight space frames made of pipe profiles are subsequently of higher importance in todayâ??s technology. Today, the lower limits of the production range of lightweight space frames are set by joining processes that require jigs. For a flexible variation in a small-scale production, the use of latching elements for the pre-attachment in the jig-free assembly of frame structures serves as a good approach. In consideration of the analysis of the actual situation this article takes up this approach and points out the potential enabled by latching elements. Subsequently, the implementation of laser cutting will be motivated and the results of the first experiments on reinforced and unreinforced profiles will be discussed. To conclude this article, the challenges and approaches for the integration of this procedure to an existing handling and machining kinematics will be pointed out, and finally the implementation potentials of the procedure within an entire process-chain will also be mentioned.

Der ungebrochene Trend zunehmender Miniaturisierung von Bauteilen in Industriezweigen wie Medizintechnik, Telekommuni - kation und Biotechnologie führt zu großen Herausforderungen bei der Produktion von Mikrobauteilen. Die zur Herstellung von Mikroform - einsätzen für einen nachfolgenden Spritzgießprozess verwendeten Verfahren Fräsen, Erodieren und Laserablation werden im Folgenden vorgestellt und hinsichtlich der erzielbaren Oberflächengüten sowie Miniaturisierbarkeit verglichen.

Zur Herstellung von hochbelastbaren und verschleißfesten Teilen wurde am Institut filr Produktionstechnik (wbk) eine automatisierte Produktionszelle filr den Mikro-Pulverspritzguss aufgebaut. Dabei wurden wesentliche Problemstellungen im Bereich der Vereinzelung, Entformkraftbestimmung und Ablaufautomatisierung sowie beim kontinuierlichen Sinter- und Entbinderungsbetrieb gelöst. Insbesondere die Messung der Entformkraft eröffrtet hier neue Anwendungsmöglichkeiten in der Werkzeugentwicklung.

Werden an Führungen von Werkzeugmaschinen besondere Anforderun gen hinsichtlich Genauigkeit, Steifigkeit und Dämpfung gestellt , kommen bevorzugt hydrostatische Führungssysteme zum Einsatz . Dabei können die Eigenschaften konventioneller Systeme im Betrieb nicht von außen beeinflusst werden. Die adaptronische Drucktascheneinheit stellt eine Möglichkeit dar, ein aktives hydrostatisches Führungssystem aufzubauen, das eine intelligente Niveauregulierung und einen hohen Systemintegrationsgrad erlaubt.

Die mechanische Steifigkeit sowie die Positioniergenauigkeit zählen zu den zentralen Beurteilungskriterien für Produktionseinrichtungen. Bisherige Lösungsansätze zur Steigerung der Positioniergenauigkeit sind meist aufwendig oder kostenintensiv. Adaptronische Denkansätze führen hier zu verbesserten Lösungen. Die Autoren beschreiben eine Technologie, die Auflösungen und Stellgenauigkeiten unterhalb von 1 μm sowie eine aktive Steifigkeitssteigerung bei günsti gen Gesamtkosten verspricht.

Für eine wirtschaftliche Kleinserienproduktion stellen die Flexibilität und Wiederverwendbarkeit von Handhabungs- und Werkstückspanneinrichtungen zentrale und wettbewerbsrelevante Kriterien dar. Besonders bei der Herstellung und Bearbeitung räumlich gekrümmter Rahmenstrukturen werden konventionelle starre Vorrichtungen diesen Anforderungen nur selten gerecht. Der vorliegende Fachbeitrag beschreibt einen Ansatz für ein hochflexibles Spannsystem sowie dessen Funktionalität und Aufbau.

The importance of rigid and self supporting space frame structures for the automotive and aerospace industry continually increases. To meet the market requirements for a flexible and competitive small batch production, innovative machine concepts must be investigated. By integrating handling and machining capabilities into one machine structure, redundant degrees of freedom can be reduced and a former idle economic potential can be made use of. This paper introduces a systematic approach to reveal synergetic potentials that emerge by integrating two different fields of function, the handling and the machining. Therewith a matrix with technical solutions for a combination of handling and machining is generated. These solutions are the base for new machine concepts that fulfill both tasks with a minimal number of machine axes. A detailed model of an innovative machine concept is presented that allows a flexible and cost-efficient production of three-dimensional curved extrusions.

In der Kleinserienfertigung spielt die Flexibilisierung und Wiederverwendbarkeit automatisierter Fertigungssysteme eine immer größer werdende Rolle. Im Rahmen der Forschungsarbeiten des Sonderforschungsbereichs SFB/TR 10 werden neuartige Maschinenkonzepte untersucht, um diesen Forderungen gerecht zu werden. Im Fokus steht dabei die Integration von Handhabung und Bearbeitung. Durch die ganzheitliche Betrachtung der beiden Teilaufgaben lassen sich redundante Maschinenachsen einsparen und bisher ungenutzte Einsparpotenziale ausschöpfen. Dieser Artikel stellt ein neuartiges, hybrides Werkzeugmaschinenkonzept zur kombinierten Handhabung und Bearbeitung dreidimensional gerundeter Profile vor, welches sich aus einer seriellen Kinematik und einer Parallelkinematik zusammensetzt. Das Maschinenkonzept wird mittels einer durchgängigen Methodik simuliert und hinsichtlich seiner Steifigkeit unter Berücksichtigung verschiedener Restriktionen optimiert. Dabei steht die Kopplung einer Mehrkörpersimulation an einen externen Parameteroptimierer im Vordergrund. Anhand der Optimierungsergebnisse wird gezeigt, dass das Steifigkeitsverhalten des Maschinenkonzepts durch Anwendung der Simulationsmethodik deutlich verbessert werden konnte.

Mit dem Verfahren „Runden beim Strangpressen“ können räumlich gekrümmte Strangpressprofile flexibel aus Aluminium hergestellt werden. Zusätzlich ist es möglich, eine endlose Stahlverstärkung einzubringen. Aufgrund der räumlich gekrümmten verstärkten Profileergeben sich neue Randbedingungen für das Abtrennen. Der Fach -beitrag beschreibt zunächst die Anforderungen und ein mögliches Lösungskonzept. Anhand einer ersten prototypischen Umsetzung der automatisierten Trenneinheit werden die wesentlichen Parameter zur Auslegung und erste Ergebnisse vorgestellt.

Die Planung und Durchführung des Produktionsanlaufs sind aufgrund der verkürzten Produktlebenszyklen und der stetigen Erweiterung der Produktpalette ein wesentliches Erfolgskriterium für Unternehmen. Charakterisiert ist der Produktionsanlauf durch instabile Produktions prozesse, die Qualitätsprobleme und Zeitverluste ver - ursachen. Dieser Fachbeitrag zeigt das Konzept einer simulationsbasierten Anlaufunterstützung. Sie erlaubt die Bewertung des in - stabilen Produktionssystems sowohl hinsichtlich Qualitätsfähigkeit als auch Mengenleistungsfähigkeit.

High-Perfimnance-Cutting jor the broaching process involves the combination of dry machining and high cutting velocities. This can only be obtained through the progress in tool development. Therefore, the required toolmodifications have to be designed and tested so as to determine the in principle producibility, the tool wear, the applicable cutting forces and the workpiece quality that is achievable.

Among the most ptomising produciion technologies for ptoducing microparts ln mediüm to high seriesa re replicltiolt technologiese, .g. injection molding. Replicationp iocessesa re characterizebdy the injection of feedstock/matedainl negativef orms, lhe so calledc avitiesT. o providet hesec avities,d ifferentp roduc. tion technologiess uch as cutting or mäterial removal processesc an be used. This chapler presents the state of the a]1 of special microproduction technolo' gjesa nd polnts out strategiesfo r fabrjcatingo rlclomoldsa nd calities.

For manufacturers of machine tools the core eh allenge is to offer complete, client-specific production systems as a tem supplier. Today several suppliers optimise their own parts of the system in terms of cost, cycle time and reliability. In most cases, there is no transparency about the process chain, the capabilities and necessities of handfing and automation functions on all supplier levels. Therefore, it is not possible to find the overall optimum and hereby to reduce the total investment volume.

The ramp-up of a new production system has become a decisive factor influencing profif. The reason is an incessantly growing product range with constantly decreasing life cycles. Characterisfic for ramp-up processes are insfable production processes, that Iead to a !arge number of quality problems. The approach of Quality Simulation presented in this paper allows simulafing the insfable stafe of a production sysfem during ramp-up. Thus, the produclion planner is supporled during both ramp-up planning and 1he actual ramp-up period. Using Quality Simulation the planner can idenlify deviations from the target ramp-up curve at an early stage.

In der Kleinserienfertigung spielt die Flexibilisierung und Wiederverwendbarkeit automatisierter Fertigungssysteme eine immer größer werdende Rolle. Im Rahmen der Forschungsarbeiten des Sonderforschungsbereichs SFB/TR 10 – von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert – werden neuartige Maschinenkonzepte untersucht, um diesen Forderungen gerecht zu werden. Das hier vorgestellte Maschinenkonzept vereint ein hochflexibles und intelligentes Greifsystem mit einer kombinierten Handhabungs- und Bearbeitungskinematik zur Bearbeitung räumlich gekrümmter Profile.

Der Übergang zur automatisierten Klein- und Mittelserienproduktion mikromechatronischer Produkte verlangt den Einsatz modularer Mikromontageanlagen mit flexibler Handhabungstechnik. Hohe Genauigkeit und hohe Produktivität treiben die Optimierung der vorhandenen und die Entwicklung neuer Handhabungstechniken weit voran. Die Anwendung intelligenter und autonomer Montagestationen sowie der Einsatz universeller Greifer mit automatischem Wechselsystem sind die Grundvoraussetzungen für eine effiziente und wirtschaftliche Mikromontage.

Mit dem Verfahren Runden beim Strangpressen sind räumlich gerundete und verstärkte Strangpressprofile herstellbar. Eine besondere Herausforderung ist im rückwirkungsfreien Abtrennen der Profile zu sehen, da ein kontinuierlicher Materialfluss vorhanden ist. Hierzu muss die Abtrenneinheit (fliegende Säge) mit Hilfe eines Industrieroboters auf einer komplexen Bahn im Raum bewegt werden. Die Autoren erläutern in diesem Fachaufsatz die Schwierigkeiten und beschreiben einen Ansatz, die notwendigen Bahndaten ohne aufwendige Spezialsoftware zu generieren.

With the development of the WEDG (wire-electrodischarge-grinding) it became possible to produce very small electrodes or products like e.g. ejection pins or cores for mould inserts. A new field for the WEDG is the production of milling tools for micro-cutting. The Institute of Production Science (wbk) of the University of Karlsruhe and the Institute of Industrial Science of the University of Tokyo, Center for International Research on MicroMechatronics, developed together a way to produce these milling tools in tungsten carbide with CNC-controlled EDM machines. This research has shown the potential of the machining of micro-cutting tools with a diameter smaller then 100 μm—which is at the moment the size of the smallest commercial milling tool in tungsten carbide—by micro-EDM.

Immer stärker wird in einschlägigen Branchen wie Medizintechnik, Biotechnologie oder Antriebstechnik aktuell der Bedarf nach „Mikro-Bauteilen“. Bis in den Nanobereich hinein reichen die maßlichen Anforderungen der Unternehmen. Hier geht die öffentliche Diskussion etwa in Richtung des mittlerweile schon berühmten Mini-U-Boots, das die menschlichen Blutbahnen befahren soll, um die benötigten Medikamente direkt zum Krankheitsherd zu transportieren.

Powder-Injection-Moulding (PIM) offers a high potential for the fabrication of micro-mechanical parts manu-factured in wear-resistant materials like metal or ceramics. To ensure an economic micro-PIM production in large lot sizes and high quality, automation of the process is a necessity. Within the field of automation research it is of utmost importance to set up correlations between producible sizes, microstructure geome-tries, the demoulding capability and the separation of microstructures from sprues. The paper presents an approach of a closed automated process chain with the focus on the demoulding, separation and handling of fragile micro parts. The process is built up on moulded toothed wheels with diameters of less than 1400 μm.

The correlation between the intensities of partially or fully developed far-field speckle patterns of two different wavelengths is investigated, assuming Gaussian field amplitudes. The degree of spectral speckle correlation depends mainly on the standard deviation of the surface height distribution, the wavelength difference, the angle of incidence, and the number of independent scattering cells in the illuminated surface spot. It provides a simple way of performing noncontact surface-roughness measurements with a variable measuring range. The theory, which has so far been restricted to fully developed speckle patterns with circular field statistics, is extended to partially developed speckles. Assumptions about the circularity or noncircularity of the speckle patterns are not necessary. An experiment has been carried out to support the theoretical results.

The hairpin technology is a promising and widely used production method that meets the growing demand for high productivity and quality in the manufacturing of electric drives caused by increasing sales of electric vehicles. In comparison to conventional winding technologies, the technology provides significant advantages regarding the ability for automation, the productivity as well as the attainable filling factors, but also exhibits weaknesses concerning the process reliability and manufacturing constraints, which limit important degrees of freedom in electric design. Within the process chain of stator manufacturing by hairpin technology, especially the manufacturing constraints of the multi-step shaping processes of hairpin coils as well as the twisting and subsequent welding processes of the open coil endings show a high interdependency with important design parameters such as wire dimensions, coil pitch, stator diameter and number of slots. However, the complex interactions can only be captured by experimental tests on machine prototypes, which often leads to numerous time- and resource-intensive adaptations of tool and machine. To enable a production-oriented, cost-efficient design of stators with hairpin winding, several process models are introduced within the scope of this paper that allow a consideration of manufacturing influences within early periods of electric drives development. For this purpose, numerical approaches of process modeling carried out in Abaqus FEA are presented for different types of tool-bound bending processes as well as the twisting process. Furthermore, a study on the influence of different wire dimensions is carried out using the examples of rotary draw bending and twisting processes. In addition, simplified mathematical models for minimizing the winding head size under consideration of manufacturing aspects are described. The proposed methodology of virtual process assessment by FE-based as well as simplified process models offers particular advantages in the early phase of product design.

Vibrations have a significant influence on quality and costs in metal cutting processes. Existing methods for predicting vibrations in machine tools enable an informed choice of process settings, however they rely on costly equipment and specialised staff. Therefore, this contribution proposes to reduce the modelling effort required by using machine learning based on data gathered during production. The approach relies on two sub-models, representing the machine structure and machining process respectively. A method is proposed for initialising and updating the models in production.

Especially in the context of Artifcial Intelligence (AI) applications and increasing Overall Equipment Effectiveness (OEE) requirements, the use of data in production is gaining in importance. Applications in the feld of process or condition monitoring use, for example, machine component parameters such as motor currents, travel speeds and position information. However, as the data is usually only accessible in the machine control systems in non-standard structures and semantics, while having a large number of potential variables, the identifcation and use of these parameters and data sources represents a signifcant challenge. This paper therefore presents an approach to automatically identify and assign machine parameters on the basis of time series data. For the identifcation, feature- and deep learning-based classifcation approaches are used and compared. Classifcation results show a general usability of the approaches for the identifcation of machine parameters.

Lithium-ion battery cells will dominate the market in the next 10 years. However, the use of certain materials as cobalt is a critical issue today and is constantly being reduced. Sodium-ion batteries are an alternative, which has already been researched on a laboratory scale. Increasing of the individual production steps are serious bottlenecks for bringing basic cell concepts into application. Within this paper a systematic investigation of parameters influencing the producibility for sodium-ion battery cells will be taken into account. For this purpose, the characteristic process variables and challenges along the production chain are presented along the process chain of lithium-ion battery cells. The influence of various process-machine interactions on the properties of the electrode is illustrated using the anode of sodium-ion batteries as an example. First conclusions whether the production technology can be adapted to the cell chemistry of the future at an early stage will be made.

The trend towards individualized products and the increasing demand for a greater variety of variants create new challenges for existing production environments and require a re-thinking of production. Established manufacturing systems that provide the desired flexibility are associated with significant productivity restrictions and are therefore unable to compete economically with production from rigid production lines. They are therefore often limited to serving niche markets. Consequently, an approach is needed that combines high productivity with high flexibility. For this purpose, this paper presents a new approach to manufacturing with an equally high productivity and flexibility, so-called value stream kinematics. The basic idea of value stream kinematics is to combine the advantages of specialized machines with the versatility of industrial robots. The vision behind this is to be able to realize entire value streams with uniform robot-like kinematics and no need for special machines.

As a result of the continuously growing demand for electric vehicles, innovative production technologies must be developed to fulfill the high automotive requirements for productivity and quality in the manufacturing of electric drives. By providing advantages regarding the degree of automation, the productivity as well as the attainable filling factors in comparison to established round wire winding technologies, the hairpin technology shows a high potential for meeting the requested specifications but also technological weaknesses, especially concerning the process reliability. The referring production process of stators is normally based on the spatial forming of open, hairpin-shaped coils of enameled flat copper wire as well as subsequent joining and contacting processes. Consequently, the hairpin coils represent the elementary components of the process chain and can be either shaped by robust tool-bound or flexible kinematic bending processes that enable the shaping of different contours at moderate tool costs. In this paper, the essential mechanical forming and product properties of flat copper wires with different dimensions and insulation coatings are characterized by means of uniaxial tensile tests as well as metallographic analyses of the material structure, at first. Subsequently, the identified forming properties are correlated to the applied manufacturing processes drawing, rolling as well as continuous extruding and considered as limits of possible material variations. To evaluate the effect of fluctuating wire qualities on the robustness of kinematic hairpin bending processes, the fabrication tolerances are analyzed by finite element simulations, using the example of elementary kinematic bending operations and modeled changes of the material properties. Based on the knowledge of material-based process tolerances, different control concepts for the kinematic bending of hairpin coils are derived and compared based on technical as well as economic aspects.

Die Eigenschaften von Batteriezellen, wie Energiedichte, Leistungsdichte und Kapazität, werden durch das Material bestimmt und bei der Produktion beeinflusst und angepasst. Innerhalb der Elektrodenproduktion ist das Kalandrieren ein wesentlicher Prozessschritt zur Einstellung der volumetrischen Energiedichte. Je höher die Verdichtung beim Kalandrieren, desto höher ist die erreichte Energiedichte, wobei die Materialgrenzen berücksichtig werden müssen. Eine hohe, von der Industrie geforderte, Verdichtung führt zu Fehlerbildern, die sich durch Falten an der Beschichtungskante, den „wrinkles“, und einer Wellenbildung, auch „Schüsseln“ genannt, innerhalb der Beschichtung ausdrückt. Das Poster erläutert umfänglich die Ursachen der Falten- und Wellenbildung beim Kalandrieren und den Zusammenhang der Fehlerbilder mit den Anlagenparametern. Vorgestellt wird ein eigens entwickeltes und aufgebautes Messsystem, das die Falten und die Wellen der Elektrode beim Kalandrieren erkennt und inline erfasst. Die Falten werden geometrisch durch ihre Länge, Breite und einen Winkel beschrieben. Die Wellenbildung wird durch Messung der Dehnungen der Elektrode im dreidimensionalen Raum bestimmt. Das Messsystem ist ein Stereokamerasystem und verarbeitet die Aufnahmen über einen eigenen Algorithmus. Die Ergebnisse einer statistischen Versuchsplanung werden vorgestellt und die Abhängigkeiten zwischen der Faltenbeschreibung und den Materialdehnungen zu den Prozessparametern dargestellt. Der Aufbau und die Anwendung des Messsystems werden im Rahmen des BMBF-Projekts PErfektZELL durchgeführt. Die Untersuchung der NMC 622 Kathoden erfolgt auf dem Industriekalender des wbk Institut für Produktionstechnik im KIT Batterietechnikum. Die Ergebnisse werden in konzeptionelle Lösungen effektiver Gegenmaßnahmen überführt, um die Auswirkungen von Falten und Wellenbildung zu reduzieren.

The multi-axis-needle-winding process is very flexible, but the tensile force control during the process is a big challenge. A new approach is a model-based control of the tensile force along the winding trajectory. Therefore an analytical model will be presented to calculate the winding trajectory of the multi-axis-needle-winding process. Thus, a parametric model of the stator and the winding tools will be presented. With this model, the free wire length can be computed. Thereafter, the necessary amount of wire can be determined and the necessary turning of the brake wheel to release the wire will be calculated.

Hybrid shafts or rods, where the area of load introduction is metallic (e.g. steel or aluminium) and the area of load transfer is made of fibre reinforced plastics (FRP), are an established concept for lightweight parts. Besides the monolithic FRP and the metallic areas, the overlap area of both materials is particularly important. Such parts can beneficially be produced by the use of liquid composite moulding (LCM), where the bonding process takes place during the resin curing. This is called intrinsic hybridization. Beforehand it is crucial to produce a near-net-shape preform in which the metallic end fittings for the load introduction are already integrated. To manufacture such parts constantly with a high quality, a process model of the joining by draping the braided preform is necessary. In this paper an approach for the production of hybrid preforms made of braided hoses and metallic fittings is presented in order to develop a process model. The process starts with a cylindrical multi-layer preform made of braided hoses, in which the layers are bonded by a thermoplastic binder powder. The decisive process step is the draping of the preform onto the metallic fitting. For this forming step, the material characterization of the hybrid preform plays an important role. Several material tests to determine the textile parameters of the preform are therefore evaluated and performed. Finally, the results of these tests are presented and discussed.

This paper discusses the compression of round magnet wires. The feasibility of forming operations within grooves of electrical machines after the winding process is investigated using a scientific methodology. This approach is motivated with the need for higher fill factors, comparable to the ones of hairpin technology. By using individual parallel conductors with higher number of turns, however, it is also possible to reduce frequency-dependent losses in higher drive speed ranges. In addition, the insulation layer quality for round wires is superior to the ones of profile wire due to the coating process, with the exception of extrusion insulations. This results in a better applicability of round wires for compression and higher voltage applications as well. At first, current state of technology is presented and applicable winding test procedures as well as a test setup is introduced. For experimental validation a model groove was designed and built. Possible groove design parameters are introduced and chosen according to a Design of Experiment approach (DoE). Different metrology approaches for the characterization of the insulation quality after processing and the resulting wire deformations are discussed. Significant input variables are pressing force, wire insulation thickness (measured in grades), number of turns per coil as well as wire diameter. Key output variables are the achieved fill factor improvement, the partial discharge voltage and the electrical resistance of the coil. The experimental plan, according to a full- factorial DoE, the chosen methodology and concluding results are being discussed based on main effect diagrams. In the outlook, the further investigation topics are outlined. It can be shown that the compression process of enameled round copper wires is well suited, up to a quality critical limit, for the production improvement of coils in grooves of electrical machines. The process therefore represents a promising approach to increase the fill factor, taking into account the electrical insulation properties of the winding. This first investigation can show that some electrical properties, such as partial discharge features, can even be improved in certain areas.

Coherences between production technology and performance of electric traction drives are published or based on experiential knowledge. The content of this paper shall represent an essential basis for intentions of improving future research and development purposes of production technologies for traction drives, but also of electric machine designs in general. The basic ambition of engineering a new manufacturing technology is to improve the performance of a product, taking several boundary conditions into account, like costs or cycle times. It has to be considered that the conflict area of production and performance are connected by physical characteristics, which are determined by the geometric and material compositions of the electric machine in this context. It is evident that the physical characteristics have a direct impact on the performance of electric machines. However, the production technology has a straight and unavoidable influence on the physical characteristic. An example for this is the slot fill factor, which is determined by the winding technology, but influences the performance of the machine significantly. First, known coherences between physical characteristics and performance of electric machines are considered. Therefore, an extensive summary of technical literature and publications at the current state of the art in science applications is used as a starting point. To give the best possible overview, a summary and visualization dependency matrix is created, in which the various elements of physical characteristic and the resulting performance of the electric machine are compared against each other. Next, the main influences of the different manufacturing processes on the characteristics of electric machines are presented, especially focusing on the winding technology. These contents are also transferred into the dependency matrix.

Due to the electrification of the automotive powertrain new challenges in production technology must be faced. For direct winding processes of non-circular bobbins, the control of the wire tensile force is crucial for the winding quality and displays one of the greatest challenges. Within this paper a new approach to control the tensile force along the winding trajectory will be introduced. As a first use case, the application of this approach for linear winding technology is presented. The potential of the model based servo-based wire tensile force control is demonstrated through systematic winding experiments. Since the control strategy does not solely rely on a measurement of the wire tensile force but also on the modeled behavior of the wire length, precision winding schemes can be achieved at significantly increased winding speeds. Secondly the transfer of this technology to the more complex multi axis needle winding kinematics will be presented. Finally the implementation of the control strategy in the needle winding machine will be shown and a validation with winding experiments is provided.

An increased range of electric vehicles not only sets high demand to the chosen concept for energy storage but also implies that electric motors with high power-to-weight ratio need to be employed. A possible approach for weight reduction in a permanent magnet synchronous machine is an intelligent assembly of the rotor components followed by a positive balancing process. This approach allows to predict and minimize the rotor unbalance, resulting in a reduction in size of balancing discs that can account for up to 10 % of the rotor mass. A higher potential in reduction of the rotor mass lies in the ability to dispense entirely with balancing discs and the subsequent balancing process. This paper analyses whether a balancing grade of G 2.5 can be achieved through intelligent assembly. In a first step, the required measuring and mounting steps are presented. Possible measuring and mounting uncertainties are identified and quantified through literature, simulation and experimental results, allowing a sensitivity analysis of the entire process chain. The results of this analysis are used to identify the measuring and mounting steps with the highest influence on the deviation between an expected and measured rotor unbalance. For magnet assembly, a good model validity is achieved. Errors in perpendicularity between lamination stacks and shafts are found to have a high influence on the reachable rotor unbalance and therefore offer room for further improvement of the approach.

Due to the increasing electrification of the automotive drive train, production systems for electric motors grow in importance. In order to produce the required quantities at reasonable costs there is a particular need for developing new stator production plants. A trend towards using shaped coils in stators, so called hairpins, is emerging as this technology promises great automation potentials as well as high copper fill factors. Due to the axial insertion of the hairpins into the lamination stack the requirements for the slot liner shape change in contrast to the widely used winding technologies. Thus, new slot liner shapes, such as ?B?-, ?O?- or ?S?-shapes, can be used. The shapes replace the previous ?U?- shaped slot liner as well as the slot cover. In order to maintain a high fill factor, the shapes have to fit closely to the lamination stack. For this purpose, the insulation paper must be grooved and then folded into the desired shape. To map the new slot liner shapes, the grooving process and its influence on slot insulation must be understood in detail. In this paper the grooving process and its effect on breakdown voltage of the slot liner are examined. First, an overview about different insulation materials for slot liners is given. Second, a test rig setup to adjust different depths and widths of grooving is introduced. Additionally, a further test rig setup for conducting breakdown voltage tests on slot liners is presented. Based on these test rigs, experiments are carried out to determine how the grooving process parameters affect the breakdown voltage of the slot liners. As a result of the investigation a characterization of the grooving process regarding the breakdown voltage for the examined insulation paper is presented.

Due to the increasing sales of electric vehicles, new production technologies must be developed for meeting the growing demand for high productivity and quality in electric drives manufacturing. In comparison to conventional winding technologies, the hairpin technology provides significant advantages regarding the ability for automation, the productivity as well as the attainable filling factors, but also exhibits technological weaknesses concerning the process reliability. Since the shaping of hairpin coils represents the initial core process of the winding production by hairpin technology, geometric tolerances of the hairpin contour after shaping have a major impact on the downstream manufacturing processes. Especially the insertion of the coils into the stator slots as well as the twisting and contacting of the open coil sides are highly affected by variations in the positioning and orientation of the hairpin legs. Besides the process-based deviations caused by vibrations and tool displacements, the tolerances of hairpin contours are frequently induced by fluctuations of the geometric and material properties of the wire ? like the dimensions and radii as well as the Young?s modulus and flow curve. In this paper, a holistic analysis of geometric and material tolerances of flat wires and their effect on the accuracy of hairpin shaping processes is shown. For this purpose, essential material properties of flat winding wires are characterized by means of tensile tests at first and subsequently used as boundary conditions for a numerical sensitivity analysis of a tool-bound hairpin shaping process. The FE-based analyses are carried out in Abaqus FEA using a fully parametrized simulation model that is validated by means of CT measurements. The derived knowledge about interdependencies between fluctuations of wire properties and the reliability of hairpin shaping processes enables the cost-effective definition of wire tolerances in compliance with quality specifications.

Existing electric motors of higher power are optimized for driving stationary systems and are therefore generally too heavy, too large and too expensive for use in vehicles. New production processes are needed to ensure the cost efficient production of light-weight electric drives. This article presents an approach to reduce the rotor mass of permanently excited synchronous motors (PSM) by using a model-based optimized assembly procedure for rotor components. It aims to create savings in weight and winnings in dynamics by omitting the use of balancing discs that are usually needed to store mass for a costly balancing process. Investigations on two separate rotor designs are carried out to analyse whether the required balancing grade can be reached through an optimized assembly of the rotor components. For the first rotor design, an analysis of the unbalance state of all main rotor components (shaft, rotor discs and magnets) was carried out in order to validate the prediction of the resulting unbalance of the complete rotor. Improvement measures regarding the description of measuring and assembly deviations are listed and put into practice for the preparation of new investigations with a rotor design that sets higher demands to the desired residual rotor unbalance.

The characteristics of battery cells, such as energy density, power density and capacity, are determined by the material and influenced and adjusted during the production. Within the electrode production, calendering is an essential process step for adjusting the volumetric energy density. The higher the compaction during calendering, the higher is the achieved energy density, taking into account the limits of the material. Nevertheless a high compression leads to defect patterns which are wrinkles at the coating edge and wave formation in the coating area. This is the starting point for the presentation and it will be explained, how the wrinkles and the waves in the coating are formed during calendering and why the effects depend on the material. The main part of the presentation shows how the wrinkles and the wave formation of the electrode are detected and measured in-line while calendering. The wrinkles are described geometrically by their length, width and angle. The wave formation is determined by measuring the strains of the electrode in three-dimensional space. In relation to the parameter description, the self-designed measuring system and its evaluation algorithm based on image processing is explained. This measuring system is applied in a series of experiments within the BMBF project PErfektZELL for the investigation of NMC 622 cathodes on the industrial calender at the wbk Institute of Production Science at KIT Battery Technical Center. Therefore, the results of a statistical test planning are presented and the dependencies between the wrinkle description and the material strains to the process parameters are shown. Finally, the results lead to conceptual solutions of effective countermeasures in order to reduce the effects of wrinkles and wave formation.

Despite the wide range of applications and requirements, standardized cells are used for a lot of products. Standardized cells can’t fit all the different needs of the various battery driven products. Our hypothesis states that product manufacturers will demand batteries adapted to their requirements for electric properties and installation space. This will result in a growing variety of battery cells regarding dimensions, format and materials. This trend is already visible in batteries for consumer electronics like smartwatches and smartphones. To keep up with varying customer requirements, cell manufacturers will need suitable, flexible machinery to avoid large reconfiguration costs for every new type of cell. As a solution, an agile type of cell production equipment will be developed at KIT. Inspired by modern combustion engine manufacturing, the production system will consist of redundant robot cells of different types. Every type of robot cell will be responsible for a defined set of production steps and will be equipped with easily exchangeable production modules accordingly. Thus, the robot cell consists of the robot as a central handling, various production modules that execute the production processes and a microenvironment casing that ensures optimal climatic conditions for each production step. The production modules will be designed to use kinematic, tool-independent processes if possible and quick tool change if necessary to ensure flexibility. By adding or removing robot cells, the production system is scalable in ramp-up and ramp-down of products. Since a wide range of cells can be manufactured by the flexible equipment, the investment costs can be recovered over multiple product lifecycles. As a first step towards agile production, wbk is in the process of developing and building a robot cell for battery cell assembly that covers the production steps stacking, contacting and sealing. It will feature a microenvironment and a robot for handling the cell (stack). Being part of the ongoing project “SmartBatteryMaker”, two material systems (NMC622/ graphite and LFP/ graphite) and two different cell formats (rectangular and trapezoidal) will be able to be processed in the robot cell without the change of tools. To achieve “plug & work” properties in the production modules, a service-oriented machine control will be adopted. After giving a detailed description of the agile production in general, the presentation will give an overview of a planned project to adapt the concept of agile manufacturing to battery production. Furthermore, concepts and the state of the “SmartBatteryMaker” production cell will be presented. “SmartBatteryMaker” is the first step at KIT and wbk towards a flexible, agile production of battery cells.

Due to increasing energy and power densities, new fields of application for lithium-ion battery cell technology are constantly emerging. However, the energy and power densities that can be achieved on a laboratory scale are often limited by the industrially available production equipment. The growing demand, especially for high-energy cells, also reveals a deficit in production technology. The systems currently available on the market are often unable to process corresponding materials, which increasingly poses challenges for cell manufacturers. Unfortunately, many products that can be manufactured on a laboratory scale currently fail due to their manufacturability on an industrial scale. Within the HighEnergy project, the wbk - Institute of Production Science has dealt with the processability of thick-film electrodes and is also conducting research with respect to the influence of increasing degrees of calendering on the subsequent process steps, especially with regard to the formation of single sheet stacks. The aim of this presentation is therefore to give an overview on influences of increasing coating thicknesses and calendering degrees on the stacking process and to demonstrate various process interactions. In particular, the material guidance and alignment, the separation and the positioning of the individual sheets on a cell stack will be examined more closely. Different requirements which the materials place on the production process will also be examined, e.g. how different web tensions depending on the calendaring degree lead to different levels of dimensional accuracy in single sheet cutting. Finally, it will be shown how these versatile findings can be integrated and how they lead to a process model. This model forms the basis for a statement about the processability of novel or changing materials.

Die Automobilindustrie steckt in einem Transformationsprozess ungeahnten Ausmaßes und Ausgangs. Ob durch striktere europäische Abgasgrenzwerte, den Zwang lokaler Emissionsfreiheit oder den Druck des chinesischen Marktes beim Kampf um eine neue Vor-herrschaftsrolle - die Gründe deutscher Automobilisten zur Elektrifizierung sind vielschichtig und die Folgen kaum abschätzbar. Die Frage, ob neue Antriebstechnologien in den Markt eingeführt werden, stellt sich mittlerweile kein Automobilhersteller mehr, stattdessen verbleibt die Frage nach dem ?wie?. Mit der diesjährigen wbk Herbsttagung ?Auf dem Weg zur Elektromobilität ? Wettbewerbsfaktor Produktionstechnik? wollen wir die vorhandenen Chancen im Bereich der Produktionstechnik für die Elektromobilität aufzeigen und einen Beitrag dazu leisten, dass diese auch genutzt werden. Hochkarätige Impulsvorträge aus Industrie und Forschung schaffen die Diskussionsbasis für einen Informationsaustausch zur Elektromobilität. Die wbk-Herbsttagung bietet dabei eine Plattform für den Dialog zwischen Politik, Anwendern, Produzenten, Anlagenbauern sowie dem wbk als Forschungspartner vor Ort.

Forming and overmolding of thermoplastic multi-layer UD-tape laminates has become increasingly important due to its potential for large-scale production. In the process the tape laminates have to be heated above melting temperature of the polymer in an infrared heater and then transported into the mold. To guarantee the formability of the laminate the temperature has to be maintained above the melting temperature during handling. To improve part quality a preforming of the tape laminate prior to overmolding is preferable. Integration of the preforming step in the handling process allows the shortening of the process route. In this work a gripping-system which allows further heating and preforming of the laminate during the handling process is presented. The temperature losses during transport have been modelled using the Stefan-Boltzmann law. By means of temperature measurements it is shown, that the integrated infrared-heaters allow a compensation of the cooling during handling, resulting in lower maximum heating temperature in the upstream infrared heating field and therefore a reduction of heating time and degradation of the polymer. The repeatability of the handling-integrated preforming has been evaluated using three-dimensional overlays of the resulting 3D-shaped laminates acquired by a laser scanning arm.

The preforming of UD-Tape reinforcement structures for thermoplastic components can be done in additional process steps or during the handling processes. For an efficient process chain, it is desired to avoid non value adding steps like handling. Therefore they should be combined with value adding steps. A novel process for the preforming of UD-Tape strips has been developed at wbk Institute for Production Science to achieve this. In this process, the strips will be locally heated and bent by an industrial robot as they are pushed out of a material supply unit. With the process, it is possible to efficiently preform complex reinforcement tapes without the need for component specific tools. However, the limitation to local bending deformation sets process limitations different from the present, shear based processes. In this paper, an approach to the kinematic description and shape optimization of reinforcement patches is presented. First, a syntax for the description of tape strips containing several bends is presented. Afterwards, the kinematics of the process of bending tape strips around a bendable hinge are described. A method for pre-processing the geometry data of the desired structure with the aim of limiting the solution space is presented. Based on the kinematic description and the preprocessing of the geometric data, a genetic optimization environment for the bending parameters of a tape strip is implemented. The performance of the optimization shows its potential although the specific optimization parameters still have to be improved. Results and limitations of the optimization approach are presented.

Shorter product lifecycles and increasing individualization of products lead to the necessity for a reoccurring process, which includes the selection and configuration of production systems to provide a system that produces the product. Especially in fast developing countries like China, the offer for this knowledge can hardly supply the demand. In order to solve this, this paper presents a systematic approach in the form of a multi-stage process. In the first stage, a configuration logic maps product requirements with the properties and specifications of production machines together with equipment and matches them using a uniform data information model for both products and production modules. In the second stage, the turnkey production system is set up, commissioned and operated based on the Industrie 4.0 administration shell. The presented approach has been prototypically implemented on an online platform and demonstrated on a real production system using a new product that has been integrated into production.

Fiber Injection Molding is an innovative process for manufacturing 3D fiber formed parts. Within the process fibers are injected in a special mold through a movable nozzle by an air stream. This process allows a resource efficient production of near net-shape long fiber-preforms without cutting excess. For the properties of the preforms the mold filling is decisive, but current state of the art lacks methods to monitor mold filling online. In this paper a system for monitoring the mold filling based on image processing methods is presented. Therefor a camera and backlighting has been integrated into a fiber injection mold. The detected filling level and fiber distribution is passed to the PLC of the fiber injection molding machine, which allows the operator to monitor the current mold filling state by means of a visual display. The image processing approach consists of preprocessing, binarization and segmentation. For the preprocessing and binarization several methods including a k-means algorithm, the Otsu thresholding method and a convolutional artificial neural network have been implemented and evaluated. Additionally the illumination of the mold has been investigated and found to have a very large influence on the quality of the results of all investigated methods. The results of the binarization are evaluated on the basis of ground truth images, where an absolute difference between labeled and binarized images is formed and the number of misinterpreted pixels is counted. Among the investigated methods, the method based on the Otsu threshold has been found to be the most efficient with regard to the achievable performance as well as to the correct detection of the current filling. The investigated approach allows the acquisition of more data about the mold filling process to improve models.

This paper shows how to detect Pitting on a ball screw drive (BSD) with the help of a Convolutional Neural Network (CNN). Building on a previous approach where we presented an integrated camera system for the BSD by applying a camera to the nut which is able to monitor the ball screw spindle´s surface, this paper deals with the Condition Monitoring of the component by feeding spindle surface images into a CNN to identify Pitting defects. The authors develop a CNN that is able to distinguish between images showing Pitting and images without. For training purposes a balanced dataset of images with and without Pitting is used. With a number of 200 images, a four-fold Cross Validation approach is used to maximize the amount of data used for training and testing. The trained model performs with a mean accuracy of 91,50% on the new test data. Further, the model performs with a mean precision of 93,68% at a recall of 89,00%.

The digitalisation of production technology is becoming increasingly important today and will play a key role in machine tools in the future. In order to generate as much information as possible about machines and components as well as the product, the number of sensor systems and further devices is con-stantly increasing. A challenge with this increasing number of data sources is the also increasing complexity of the system with regard to the generation of the ma-chine tool’s digital twin that is to be fed from these data sources. For this, a ho-listic approach is necessary which combines all parameters and values with a uniform semantics and links them to the corresponding data sources. For this purpose, this paper uses a uniform information model to describe a machine tool, which is linked to the respective node variable names in the respective OPC namespace of the machine tool. In the event that this linkage plan is incomplete or completely missing, this paper presents a concept for a so-called crawler tool, an OPC client application. The crawler searches the parameters and values in the described OPC namespace of the machine tool, identifies them by domain knowledge-driven plausibility checks and assigns them to the corresponding pa-rameters of the information model of the machine tool.

Striktere Emissionsvorgaben der Europäischen Union sowie die Endlichkeit fossiler Energieträger werden in der kommenden Dekade zu einem steigenden Absatz elektrifizierter Antriebsstränge führen. Damit die wachsende Nachfrage nach leistungsfähigen Traktionsmotoren sowie die hohen Anforderungen bezüglich Stückzahl und Qualität erfüllt werden können, müssen die innovativen aber vielmals noch unreifen Fertigungsprozesse für den industriellen Einsatz befähigt werden. Die Integration neuartiger Technologien der Industrie 4.0 in die Produktionskette stellt einen vielversprechenden Ansatz zur Lösung dieser Probleme dar. Durch eine digitale Prozessabsicherung können Wickelverfahren vor deren hardwareseitiger Erprobung bewertet und optimiert sowie Inbetriebnahmezeiten verkürzt werden. Zudem gestattet der digitale Zwilling sowohl eine prädiktive Prozesssteuerung als auch die isolierte Betrachtung von Einflussgrößen und darauf basierende Ableitung von Regelungsstrategien. Methoden des maschinellen Lernens und intelligente Algorithmen ermöglichen die Bewertung bislang unbekannter, produktseitiger Merkmale, wie den Lagenaufbau von Leitern in den Nuten von Blechpaketen, sowie die Einhaltung enger Qualitätsvorgaben durch angepasste Montagestrategien.

Designing with CFRP, innovative joining technologies are needed to exploit the potential of lightweight constructions. Metallic inserts represent one of these joining technologies. In contrast to screw and rivet joints cutting of the fibres is prevented during joining by guiding the fibres around the inserts shaft. The CFRP/metal composite with inserts however, has been little investigated so far. In order to be able to compare such components to a CFRP/metal composite with adhesive bonded parts investigations are donefor both types of components.

In machine tools, Industry 4.0 functions can increase availability through predictive maintenance, while other functions improve productivity and workpiece quality through process supervision and optimisation. Many of these functions rely on data communication between systems from different suppliers. Requirements regarding latency and computing vary widely depending on the application. Based on an analysis of these requirements, a smart controller for the implementation of Industry 4.0 is designed, using a hypervisor to allow for the integration of soft real-time and best-effort applications.

The international competition leads manufacturers in high-wage countries to focus more on high-value products, which often come at the disadvantage of small batch sizes. To remain competitive, the plant engineering for should be time and cost effective. One approach to achieve this are modular production lines. In the presented contribution, a product orientated web- service for the configuration of a modular production plant investigated. The resulting model then is interpreted by a code generator to generate a PLC line control. The approach is validated with a plant of metal hybrid carbon fiber seat rests.

Shorter product lifecycles lead not only to faster time-to-market for products but also to the need for just as fast available associated production systems. These shorter product lifecycles, as well as the increasing individualization of products, also result in further decreasing production lot sizes. Young companies in China in particular are characterized by a very high speed of innovation but may not have the necessary manufacturing knowledge or capacities to bring their developed products to the market with a scalable production. For this reason, there is a great need to quickly set up and commission turnkey production systems or to reconfigure existing production systems for new production tasks in the shortest possible time. This paper describes the design and architecture of a cloud platform with the aim to support a manufacturer independent design process for turnkey production systems. This process ranges from the product to be manufactured to the operation of the production system. Firstly, the structure and methodology used to link the various objectives are discussed. The system for recording and structuring product and production system data to create reusable modules from components and machines is described. Subsequently, the use of standardized modules is developed to support reconfiguration of the production system during operation. In addition, the digital business models tailored to the production system are proposed to the platform user for commissioning and operation of the plant. A case study is conducted to validate the proposed methodology.

Zunehmende Ressourcenknappheit und wachsendes Umweltbewusstsein in der Bevölkerung zwingen die Industrie, ihre Produktions- und Fertigungsprozesse ressourceneffizienter zu gestalten und bei der Bauteilauslegung auf Leichtbaulösungen, insbesondere in Form von Faserverbundwerkstoff-Hybriden, zurückzugreifen. Neben großflächigen Schalenbauteilen steckt hierbei vor allem im Bereich von Hohlprofilen großes Einsparpotential durch den gezielten Einsatz von Verstärkungsfasern. Als problematisch erweist sich allerdings häufig die Verbindung mehrerer solcher Faserverbund- oder Metallprofile miteinander zu einer Gesamtstruktur. Vor diesem Hintergrund wurde am wbk Institut für Produktionstechnik mit dem Fügewickeln ein Verfahren entwickelt, um Hohlprofile lastgerecht und unter geringem Zusatzgewicht miteinander zu fügen. Basis des Fügewickelverfahrens bildet eine Vorrichtung mit einem offenen, c-förmigen Stator, in dem sich ein c-förmiger Rotor dreht. Die offene Bauform ermöglicht es, kollisionsfrei auch geschlossene Hohlprofilstrukturen zu fügen. An dem Rotor sind sowohl eine Spule mit Fasern, als auch eine Faservorspannvorrichtung sowie ein Fadenauge zur Führung angebracht. Die gesamte Vorrichtung wird mit Hilfe eines Vertikal-Knickarm-Roboters im freien Raum geführt. Der Wickelprozess kann sowohl mit trockenen, als auch mit nassimprägnierten sowie mit vorimprägnierten Fasern durchgeführt werden und ist werkstoffunabhängig, sodass auch Hybridverbindungen ermöglicht werden können. Wie beim klassischen Faserwickeln mit rotierendem Wickeldorn zur Bauteilgenerierung, müssen auch beim Fügewickeln stets die Bedingungen für die Wickelbarkeit erfüllt sein, um eine genaue Ablage und hohe Reproduzierbarkeit zu gewährleisten. Grundlage hierfür bildet eine digitale Prozesskette. Ausgehend von den mechanischen Anforderungen an die Verbindung, wird zunächst die Geometrie der einzelnen Profile inklusive der Fügezone geometrisch modelliert, um anschließend, unter Berücksichtigung der Reibeigenschaften der Fasern, die Wickelpfade mathematisch zu beschreiben und modellieren. In einer iterativen FEM Optimierung wird die Wicklungsanzahl den Belastungen entsprechend optimiert jeweils unter Einhaltung der Bedingungen für die Wickelbarkeit. Auf Basis der Wickelpfade wird ein Bewegungsmodell des Wickelrings zusammen mit dem Vertikal-Knickarm-Roboter abgeleitet. Dieses Modell berücksichtigt Algorithmen zur Kollisionsvermeidung während des Wickelns und ermöglicht die direkte Ableitung von maschinenlesbaren Befehlen für den Roboter und die SPS des Wickelrings, sodass ein realer Wickelprozess gestartet werden kann. Mit Hilfe dieser digitalen Prozesskette ist es nicht nur möglich schon frühzeitig im Entwicklungsprozess Informationen über die benötigte Materialmenge und Fertigungszeit zu erhalten, sondern auch die Qualität der Verbindung durch Sicherstellung der Bedingungen für die Wickelbarkeit und Optimierung der einzelnen Pfade zu erhöhen.

In future factories, new potentials rise with the possibility of direct interaction be-tween humans and robots. Thereby the safety of human workers while collaborating with machines is of utmost importance. This contribution focusses on safety aspects arising by the end effector for handling applications. Presented is an approach to perceive the environment by an integrated LiDAR system to prevent possible collisions by alternating the trajectory from the end-effectors perspective. Several different sensor systems are discussed and evaluated before the chosen design is examined. Furthermore, two different methods to ensure a safe distance between human, workpiece and gripper are evaluated. Accordingly, a suitable control architecture for the guidance of the robot through the end effector is presented.

Due to the electrification of the automotive drive train new challenges in production technology must be faced. One of the big challenges are the copper losses within the electric drive that can be reduced by an optimized layer structure of the winding on the coil. This paper is targeting an optimized linear coil winding process with a special focus on the first layer which is decisive for the quality of the following layers. Here, the forming influence of the wire during winding on the bobbin is examined in particular. Crucial parameters in this context are the change in diameter through bending and the development of the clearance between wire and coil bobbin including their main influencing parameters. Especially the wire guide represents a machine element which influences the clearance negatively. This paper focuses on deriving critical process points from a process model and deriving forming strategies for controlling the winding process. For the first time, two actuator principles are combined to compensate the fluctuations in wire tensile force during winding and also to minimize the influence of the wire guide by moving it according to a FE simulation. Therefore, firstly the state of the art is analyzed and characterized in order to derive systematically the selection of the actuators and the control strategy. This is done in the context of achieving a higher efficiency of the electric motor through a deeper understanding of the forming process. On the one hand the integration of a fluidic muscle is serving as a compensation of the free wire length between the wire guide and the coil bobbin for a normalization of the wire tensile force. On the other hand, a piezo actuator is preventing the pre-deformation of the wire by the wire guide for keeping the clearance at a low level.

Based on the present change in mobility, there are novel requirements on production technologies of electric drives regarding process reliability, ability for automation, productivity as well as mechanical and electric filling factors. Providing significant advantages compared to conventional winding technologies, the hairpin technology combined with the usage of flat copper wire is a promising opportunity to fulfill the upcoming standards. Hence, the AnStaHa project aims the qualification of the hairpin technology for application in mass production. In spite of numerous advantages, the application of the hairpin technology also shows weaknesses. In particular, the shaping of hairpins is considerably more complex than corresponding process sequences of other winding technologies. The main reasons for this are the rectangular cross section and resulting directional properties of flat copper wires, significant springback effects as well as process-related damage of the wire insulation. Therefore, basic knowledge about the deformation behavior of the wire is required for process dimensioning within the context of system design. This paper handles the numerical simulation of hairpin shaping using the commercial finite element software suite Abaqus FEA. The FE-based approach is validated by experiments for different geometries and includes the complete forming process of hairpins, which is considered to be implemented in two following steps - U-bending and 3-D-shaping. Because the numerical analysis takes wire springback into account, the results can be used for a digital evaluation of hairpin shaping processes during the period of system design.

The electrification of the automotive powertrain leads to new challenges for the production of electric drives. The resulting requirements for efficiency and power density of electric traction drives are currently not sufficiently fulfilled. The stator as an essential component of an electric drive generates the magnetic rotary field. By virtue of this effect the stator winding has a great influence on the performance and efficiency of an electric drive. The “NeWwire” project, as a starting point of this article, is concerned with the development and design of a novel automated winding process for the production of effective stator windings in order to achieve the required improvement in efficiency and performance. Therefore the so-called trickle winding process which is currently mainly carried out manually is to be automated. The goal is the reproducible filling of stator grooves with high copper fill factors in the shortest possible cycle times. To achieve this goal, concepts for suitable plants were developed with the help of the development method according to VDI 2221. At the beginning, the manual trickle winding process was divided into its sub-steps which were examined in detail. By following suitable analogies, solutions for an automated process were found. Finally, possible solution paths of the morphological box were combined to concept ideas. The main focus of the article is on the results of the systematic development steps. For this purpose, functional samples were produced in form of prototypes, their properties analyzed regarding the wire contribution and compared in several test series. The evaluation of these test series closes the main part of the paper.

The increasing electrification of vehicles poses new challenges to the automotive industry. Especially in highperformance applications, the drive system is designed for high rotational speeds, best dynamic behaviour and optimal power-to-weight ratio. However, most rotor designs for drivetrain application are commonly designed for negative balancing. In that case, balancing discs are used to enable the subtraction of a small amount of mass, thus balancing the rotor. The excessive mass of the balancing discs must cover all production deviations and leads to massive balancing discs with a weight ratio of up to 10 % for the overall rotor system. In order to reduce the weight and the installation space for permanent magnet rotors, this article presents an approach that allows to avoid excessive masses by using a rotor components arrangement with minimized unbalance followed by a positive balancing process. In preliminary investigations, the initial rotor unbalance occurring in a state-of-the-art assembly process was therefore significantly reduced by using an optimized selective assembly. Based on researched state-of-the-art positive balancing concepts, new positive balancing concepts are systematically developed, tested and evaluated for applicability in high-performing motors. It shows that the required balancing quality in high-performance applications (usually

Electric mobility is gaining importance in Germany but high battery costs are still an obstacle. The production of battery cells amounts to a considerable share to the total costs and therefore efficiency must be further increased. Within the battery cell production the electrode is processed continuously as an electrode web until stack formation. In the individual process steps the material is guided via deflection rollers, including various compensation systems, which are designed to eliminate unevenness in the web tension and to align the position of the web edge. Such systems are mostly adapted from the paper or film processing industry. However, compared to paper or foil the electrode consists of a composite material consisting of active material and current collector. As a result, the electrode forms a system of complex properties since it consists of two materials with different mechanical properties. The presentation thus gives an overview over available market solutions and sets out why an adaptation is not possible without further ado. It also presents the challenges that occur within the material transport of electrodes. These include the wrap angle, roller diameter and web tension applied. With regard to the material parameters, the distortion of the electrode and the formation of folds are described. Up to now, the electrode behavior has been evaluated qualitatively as there are no measurement methods available. New approaches for optical methods are presented that enable a quantification of the electrode distortion within the electrode web. Three variants are described which show first promising results. By means of image processing and applied colored points their displacement is detected and thus how the electrode deforms in the process. Furthermore, another similar method is presented which works with a sprayed-on pattern and a software from the GOM GmbH for evaluation. Since these methods do not allow for an in-line quality evaluation a further variant is being considered in which the deformation of a laser pattern projected onto an electrode is assessed. Finally, a description of the material flexibility with respect to the measurement methods is given, as this will play an important role in the future.

The number of electrified vehicles and portable electronic devices announced by manufacturers is rising continuously. This inevitably leads to an increase in demand for battery cells, whereby the pouch cell is particularly well suited for some applications since it offers for example the advantage of higher format flexibility, due to the cell assembly from individual sheets, and the possibility to process thick-film electrodes. The breakthrough of the pouch cell format is currently counteracted by the comparatively high production costs which are largely attributable to the time consuming process steps of separation and assembly. The general challenges in the production for pouch cells lie in the fast and damage-free separation and positioning of the individual sheets (anode, cathode, separator) relative to each other. Thick-film electrodes and increasingly thin separators place additional demands on the production process. Thick-film and heavily calendered electrodes for example exhibit higher rigidity, resulting in new challenges for material guidance, handling and separation. According to the state of the art, electrodes and separators are often cut using lasers. This procedure favors the formation of particles which are difficult to remove from clean and dry rooms. After assembly, the individual sheets are oftentimes temporarily stored in magazines, whereby tolerances in the magazines lead to degrees of freedom and finally to a loss of the previously defined orientation and position. The contact between the magazine guide and the single sheet can also cause damage to the material, especially on the edges, just like those additional process steps for realignment and positioning of the single sheets on the cell stack. The aim of the presentation is to present a systematic derivation of a new and efficient process for forming single sheet stacks considering process related requirements. In particular, feeding and alignment of the material web as well as the separation and positioning of the individual sheets on the cell stack will be addressed. The new process is to be implemented in a highly integrated machine module that incorporates the functions of separating, conveying and depositing for electrodes or separators and thus enables a significantly reduced number of process steps. Furthermore, magazines and subsequent alignment of the electrode or separator sheets prior to cell stacking can be dispensed with. The new module should also be explicitly suitable for processing thick-film electrodes and allow a variation of the individual sheet size in one dimension. The higher format flexibility and efficiency achieved by the new process should help to further strengthen the application fields of pouch cells and at the same time reduce production costs.

Due to their outstanding technical properties, lithium-ion pouch cells are used as energy storage devices in electric vehicles. According to the current state of the art, these are manufactured primarily in rectangular footprints and electrically connected in cuboid battery modules to form a battery system. This has the disadvantage that the limited installation space in electric vehicles and portable devices cannot be used ideally, especially for vehicles manufactured according to the conversion design. A forward-looking research approach is therefore to produce the pouch cells in different geometries so that the installation space can be used in the tightest possible packaging. A challenge at this point is the housing of the pouch cells, which consists of a thin aluminum composite foil. Deep-drawing, the state of the art process used to produce this packaging for pouch cells, is only partially suitable for the production of format-flexible packaging that fits close to the contour of the electrode stack. For this reason, the wbk Institute of Production Science has already developed an alternative packaging design (folded pouch packaging) that meets the requirements for format-flexible pouch cells. However, the functionality of the folded pouch packaging pouch packaging could not yet be finally confirmed on a real pouch cell. This will be presented within this poster. In the first step, a geometric cell format is defined to validate the folded pouch packaging. A geometry is chosen that does not make the realization of the pouch packaging too complex. Due to the demand for gas tightness, complex folding templates for the folded pouch packaging may be necessary. The electrode stacks are stacked in a dry room atmosphere from common electrode and separator materials from individual sheets. The arresters are mounted on these sheets and, after integration of the electrode stack, nearly all sides of the packaging are closed. At least, one side of the packaging remains open so that electrolyte can be filled into the cell. Then the final sealing takes place, followed by the formation of the cell. During this process, gases are formed which must be removed from the gas pocket of the folded pouch packaging after formation. This is followed by the aging process. The data generated in this way can be used to validate the functionality of the alternative pouch cell packaging.

Die Integration von elektrischen Antriebskomponenten in das Fahrwerk von Automobilen erhöht die Vielfalt der Karosserievarianten dramatisch und erfordert Änderungen in den Produktionsprozessen. Ein Ansatz besteht darin, den typischen Fertigungsprozess der Montagelinie durch ein Werkstattproduktionssystem zu ersetzen, wie es bereits in der Zerspanung der Fall war, bei der Transferlinien durch flexible Fertigungssysteme ersetzt wurden. Eine Voraussetzung für diese Verwandlung ist die Entwicklung einer flexiblen Fügezelle, die verschiedene Phasen des Fügevorgangs bei verschiedenen Fahrzeugvarianten durchführen kann. Ein Schritt bei der Entwicklung einer solchen Zelle ist der Ersatz von mechanischen Positionierungselementen, mit denen die relative Position der Teile vor dem Fügen definiert wird. Dabei erfolgt die Positionierung der Komponenten mit einem kamerabasierten Messsystem und einem Regelkreis zur Neuausrichtung der die Teile haltenden Roboter. In dieser Präsentation wurde beschrieben, wie das System in einer Demonstrationszelle entwickelt und implementiert wurde und es werden erste Messergebnisse präsentiert.

In Deutschland ist die Anzahl von Elektro-Pkw von 2010 bis 2017 stark angestiegen. [1] Dieser Trend wird sich, wie von der Politik forciert, weiter fortsetzen. So sollen bis 2020 eine Million Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen sein. [2] Die Anzahl von Elektrofahrzeugen mit Lithium-Ionen Batterieantrieb wird folglich massiv ansteigen. Hieraus ergeben sich zwei Herausforderungen. Zum einen muss es möglich sein, Batteriemodule die während des Einsatzes im Elektrofahrzeug beschädigt werden, zu warten oder zu reparieren. Zum anderen muss es möglich sein, Batteriemodule nach Erreichen ihres Lebensdauerendes zu recyceln oder für einen Second Life Einsatz aufzubereiten. Eine Zielstellung für den Wartungs- oder Reparaturfall sowie für den Recycling bzw. Second-Life Einsatz ist, die Batteriemodule in ihre einzelnen Komponenten demontieren zu können. Damit dies kostengünstig erfolgen kann, muss der Demontageprozess bereits bei der Entwicklung des Batteriemoduls berücksichtigt werden. Bei Batteriemodulen nach aktuellem Stand der Technik ist dies nicht der Fall. Aus diesem Grund hat es sich das Konsortium des vom BMWi geförderten Projekts „InnoDeLiBatt“ (01MX15009C) zum Ziel gesetzt, ein demontagegerechtes Batteriemodul zu entwickeln. Die Ausgangsbasis bildet ein Batteriemodul das nach aktuellem Stand der Technik aufgebaut ist. Im ersten Entwicklungsschritt erfolgt eine Analyse dieses Batteriemoduls. Es werden alle vorhandenen Fügestellen und die damit verbunden Montageschritte identifiziert und die Anforderungen ermittelt. Im zweiten Schritt werden alle Fügestellen hinsichtlich ihrer Demontagefähigkeit bewertet. Alle nicht lösbare Fügestellen sollen durch demontagegerechte Alternativen ersetzt werden, um einzelne Zellen aus dem Modul lösen zu können. Hierfür werden verschiedene Verbindungstechniken untersucht. Fließlochformende Schrauben und elektrisch leitfähiger Klebstoff sind Beispiele hierfür. Die Verbindungstechniken werden dann konzeptionell bzw. experimentell untersucht. Für den Fall, dass sie technisch geeignet sind, werden sie nach zuvor definierten Kriterien bewertet. Diese sind bspw. der benötigte Bauraum oder die Wirtschaftlichkeit. Für jede Fügestelle wird auf diese Weise eine geeignete Alternative ausgewählt. Die Ergebnisse werden im Anschluss in ein CAD Modell überführt, dass das demontagegerechte Batteriemodul darstellt.

Backing foil or paper needs to be removed from the raw material prior to the processing of Sheet-Moulding-Compound (SMC) or unidirectionally reinforced prepreg (UD-Tapes). In present automated production processes, this step is conducted after unrolling the raw material and prior to the cutting. In a process chain, which is conducted in the authors project, the backing foil needs to remain at the material after the cutting step. For these process chains, a method needs to be found to remove the backing foil from the material. In the state of the art, methods are shown to remove backing paper from prepreg. In this paper new methods are developed and tested for the removal of backing foil together with existing concepts. The main difficulty is the transition from backing paper to backing foil which has a higher tack to the material, is thinner and mechanically less strong. Concepts which are investigated use compressed air, mechanical forces or the stiffness of the foil. The application of compressed air is tested between foil and prepreg. Mechanical forces can either be introduced using grippers, brushes, friction to rubber or adhesive tape. The stiffness of the foil is used when removing it through bending the prepreg.

Access to data from components in production systems is potentially an enabler for various data-based approaches. This paper presents a practical approach to transform mechanical components into self-describing cyber-physical systems connected within a local network. The requirements for typical use cases are analysed and a modular cyber-physical connector is proposed. The data is collected by a central OPC UA client and fed into a web-based visualisation, so that it is easily accessible for operators, maintenance staff, and other stakeholders. The approach is illustrated for components with two different levels of complexity.

In recent years there has been an increasing trend towards shorter product life cycles and an increasing number of variants due to individual customer requirements, which has led to smaller batches in production. In order to meet these market requirements, production plants must be adaptable to changing demands by fast reconfiguration. In the presented approach, a service-oriented-architecture for a modular production plant with methods of web-based configuration of the line control system was investigated.

Die additive Fertigung von endlosfaserverstärkten Kunststoffen (eFVK) vereint die guten mechanischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe mit der großen Design-Freiheit der additiven Fertigung. Im Gegensatz zu den bisher oft umgesetzten Verfahren, eFVK mittels Filament-Austragsverfahren additiv herzustellen, wird in dieser Arbeit ein Arburg freeformer verwendet. Hierbei werden Endlosglasfasern in Garn-Form dem additiven Fertigungsprozess so unter der Austragsdüse zugeführt, dass die Erstellung des Verbundwerkstoffs direkt auf der Bauplattform erfolgt. Durch einen rotatorischen Freiheitsgrad in der Zuführeinheit kann jede beliebige ebene Faserorientierung realisiert werden. Kern der hier vorgestellten Arbeiten ist eine Parameterstudie, in welcher die Parameter Schrittweite, Linienabstand und Tropfenvolumen in einer teilfaktoriellen DoE-Analyse untersucht werden. Als Probekörper werden Zugproben in Anlehnung an die DIN EN ISO 527-2 Typ 1BA gefertigt und in Bezug auf die Zugeigenschaften, Gewicht und Abmessungen geprüft. Alle Faktoren weisen signifikante Effekte auf, jedoch nicht immer im erwarteten Umfang. Die Versuchsreihe mit der besten Parameterkombination erreicht mit einem Faservolumengehalt von 8,6% einen Zugmodul von 7961MPa und eine Zugfestigkeit von 151,9 MPa. Die spezifische Zugfestigkeit beträgt 130,9 MPa/(g/cm³) und übertrifft damit die spezifische Zugfestigkeit einer höherfesten Aluminiumlegierung (6061T6) um 10 %. Aufgrund des Versagensverhaltens der Probekörper sind in weiterführenden Untersuchungen alternative Probekörper-Geometrien bzw. alternative Muster der Faserablage zu untersuchen.

The handling and layup of unidirectionally reinforced thermoset prepreg patches is currently a largely manual process. To reduce labor costs and increase part quality, automated handling of the material is desired. However, laying down the prepreg is challenging due to the tack of some materials. This paper investigates various modifications to an existing vacuum gripping system to enable a reliable separation process between the prepreg and the gripping system. The investigation focuses on the improvement of the integrated pneumatic blow-off mechanism, the development of a mechanical separation system and the application of different suction pads.

Since electric motors are becoming more important in many application fields, e. g. hybrid electric vehicles, the optimization of the linear coil winding process is an important contribution to a higher productivity and flexibility. For the investigation of the forming behavior of the winding wire the material behavior is characterized in different experimental setups using wire diameters of 0.63 mm ? 3.35 mm. Numerical investigations of the linear winding process in a case study for a rectangular bobbin are carried out in order to analyze the influence forming parameters have on the resulting properties of the wound coil. Besides the numerical investigation of the linear winding method by the finite element method, a combined simulation of FEM and multi-body dynamics is carried out. The simulation is implemented by coupling the multi-body dynamics with the finite element method using the software COMSOL Multiphysicsę. The multi-body dynamics is necessary to represent the movement of the bodies as well as the connection of the components during winding. The finite element method is used to represent the material behavior of the copper wire and the contact conditions. Finally, the numerical investigations are validated experimentally by bending and linear winding tests.

This paper presents the first results in the development of a method for designing gripper systems for handling non-rigid flat parts such as textiles. The work focuses on the use of multiple small individual grippers instead of large-scale grippers to reduce the weight on the end-effector. As a result, not every area of the non-rigid part has a direct contact to a gripper and, therefore, the material between the gripper elements deforms. The goal is to find a gripper system design which takes into account these deformations. Therefore, a first approach to the arrangement of the individual grippers on the non-rigid part will be presented. Furthermore, a reconfigurable gripper system is introduced which makes it possible to set up a wide range of gripper configurations.

The integration of electric drivetrain components into the chassis of automobiles dramatically increases the variety of car body designs and calls for changes to the production processes. One approach is to replace the typical assembly line manufacturing process with a workshop production system, as has already happened in machining, where transfer lines have been replaced by flexible manufacturing systems. One requirement for this shift is the development of a flexible joining cell which can perform different stages of joining operations on different variations of a vehicle. One step in the development of such a cell is the replacement of mechanical positioning elements, used to define the parts’ relative positions before joining. In this work, the positioning of the components is done using a camera-based measuring system and a control loop to reorient the robots holding the parts. This paper describes how the system is developed and implemented in a demonstration cell.

Present day battery production happens almost exclusively in large production lines where each machine is responsible for one step in the process chain. This results in low cycle time and low production costs per unit, but also in a largely inflexible production. With an increasing number of different applications and electric vehicle models, requirements for the battery systems and each battery cell varies in size and materials used. To test and judge the performance of a novel battery cell type before going into production, research and performance tests on ready-to-use batteries are inevitable. Prototypes are usually assembled manually at high costs, with no possibility to scale up their production and with typically low reproducibility. To handle this problem, a „Smart Battery Maker“ (SBM) pilot equipment, which produces battery cells with varying dimensions and materials, is being developed. The goals of the SBM are the proof of concept of fully automated prototype machinery that executes various production steps with a high reproducibility and the adaption of cell production steps to agile manufacturing. Different-sized pouch-cells are to be manufactured by the SBM equipment in small batches under industrial production conditions with minimal change of tools or equipment. To achieve this goal, the partners, namely KIT (wbk, TVT-TFT, IAM-ESS) and Fraunhofer ICT, will agree on different electrode and separator materials as well as different cell formats to be processed. The processability and reproducibility of overall production processes with the considered materials and cell formats have to be checked and verified. A prototype coating equipment for agile electrode production will be designed and built, as well as a compact robot cell that handles the production steps of single-sheet stacking, contacting and pre-sealing. To prevent any unwanted interactions with water, a dry room atmosphere and microenvironments will be considered for cell assembly. Electrode and separator sheets will be delivered to the SBM robot cell by a novel material transportation system that guarantees a protective microenvironment throughout transportation. Potential safety risks will be identified and quantified to ensure lawful operation. Quality assurance regarding reproducibility, safety and overall battery cell quality will be implemented. This includes a Failure Mode and Effects Analysis of all considered processes. Furthermore, the battery cells produced by the SBM will be tested on electro-thermal stability and will be compared to commercially available Lithium-Ion battery cells (e.g. by EUCAR Hazard Levels). By validating the SBM pilot equipment, the partners prepare the ground for a possible adoption of this agile concept by the battery cell industry. Production scale-up is easily manageable by using multiple robot cells, flexibility is given by the possibility to quickly adapt each equipment to different cell dimensions and materials.

The electric motor is the main component in an electrical vehicle. Its power density is directly influenced by the winding. For this reason, it is relevant to investigate the influences of coil production on the quality of the stator. The examined stator in this article is wound with the multi-wire needle winding technique. With this method, the placing of the wires can be precisely guided leading to small winding heads. To gain a high winding quality with small winding resistances, the control of the tensile force during the winding process is essential. The influence of the tensile force on the winding resistance during the winding process with the multiple needle winding technique will be presented here. To control the tensile force during the winding process, the stress on the wire during the winding process needs to be examined first. Thus a model will be presented to investigate the tensile force which realizes a coupling between the multibody dynamics simulation and the finite element methods with the software COMSOL Multiphysicsę. With the results of the simulation, a new winding-trajectory based wire tension control can be implemented. Therefore, new strategies to control the tensile force during the process using a CAD/CAM approach will be presented in this paper.

This paper presents a new approach of a manufacturing technique to produce locally reinforced glass-fiber-preforms in a completely automated process. The core-part of the preform is manufactured from omnidirectional glass fibers via the fiber-injection-molding process. The glass fibers are 50mm in length and combined with 10% of thermoplastic fibers to hold the preform in shape after pressing under increased temperature. These preforms infiltrated with resin can already be used in applications with low stresses. To improve the mechanical properties of the subsequent composite part this preform can be additionally reinforced with 10mm wide continuous carbon fiber tapes according to the results of a realized topology optimization in a further step. The continuous tapes are integrated with a newly developed process by blowing the continuous fibers into shaped channels and lay down the so created fiber-net afterwards onto the preform via a vacuum assisted handling operation. The results produced with the first realization of the prototype show opportunities and limits of the developed automated process chain. The preforms manufactured with this technique present a high potential for improvement through the reinforcement with a small amount of additional weight which leads to a high degree of resource saving compared to other manufacturing techniques for composite parts.

Additive manufacturing (AM) of continuous fibre reinforced polymers (FRP) combines the strength of FRP with the AM-processes’ freedom of design. Most often fibres are used in fused layer manufacturing processes, the different solutions are distinguished by the point of fibre implementation into the matrix material. This article presents an overview of all necessary process-steps and related machine parts needed to implement continuous fibres directly into the part instead of into the manufacturing material. The machine-tool was developed and put into operation resulting in additively manufactured FRP with higher stiffness (+101%) and strength (+87%) than with the same unreinforced matrix material.

Der Metallpulverspritzguss eignet sich hervorragend zur einfachen Formgebung komplexer Bauteile mit hohen mechanischen Anforderungen. Die notwendigen Werkzeugformen machen das Verfahren jedoch erst ab einer gewissen Stückzahl wirtschaftlich einsetzbar. Das Arburg Kunststoff-Freiformen bietet hierbei Abhilfe. Dieses additive Fertigungsverfahren wird aktuell erfolgreich zur Erzeugung von Kunststoffbauteilen verwendet. Am wbk Institut für Produktionstechnik des KIT wird die Erweiterung dieses Verfahrens zur additiven Herstellung metallischer Bauteile untersucht. Hierbei wird anstelle der Spritzgussmaschine der ARBURG Freeformer zur Abformung der Grünlinge in der Metallpulverspritzgusskette verwendet. Im Rahmen dieser Veröffentlichung wird der Prozess erläutert sowie ein Vergleich zum konventionellen Metallpulverspritzguss anhand experimenteller Daten für den Werkstoff Carbonyleisen vorgestellt.

Calibration of industrial robots can greatly reduce commissioning time by avoiding expensive online programming. This article presents an approach to automating the measurement and compensation of kinematic errors, applied to a lightweight robot arm. A measurement station is designed to automate this calibration process. The measurement is based on the detection of a chequerboard pattern in camera images of the end-effector. An electronic description of the robot including its individual compensation parameters is then provided in the standardised format AutomationML and transmitted via OPC UA. The approach requires only minimal manual input and is shown to significantly improve the positioning accuracy of the robot.

Die Anforderungen an E-Motoren für den automobilen Einsatz unterscheiden sich von den industriellen deutlich. Für automobile Anwendungen besteht noch sehr großer Optimierungsbedarf. Hierbei gilt es, unter anderem den Wirkungsgrad, die Leistungsdichte und das -gewicht weiter zu verbessern. Im Stator des E-Motors wird das magnetische Drehfeld erzeugt. Diese Komponenten bestimmen daher in hohem Maße sowohl die Leistungs-, als auch die Qualitätskenngrößen und werden im Folgenden näher betrachtet. Aufgrund der höheren Motordrehzahlen, die bei der Anwendung in vollelektrischen oder parallel-hybriden Fahrzeugen auftreten, hat sich der Vollblechschnitt als vorteilhaft erwiesen. Aufgrund der größeren Relevanz für künftige E-Antriebe fokussiert sich die hier vorgestellte Arbeit auf neue Wickelverfahren für einen Vollblechschnittstator zur Verbesserung der Qualitäts- und Leistungskenngrößen. Ziel ist hierbei die Reduktion der Kupferverluste, die durch die Wicklungsart beeinflusst wird.

If the machine tool damping is not sufficient to reduce the vibration induced by machining, chatter can occur. This paper presents an innovative adaptive tuned mass damper (ATMD) with variable mass. The variation of the mass of the ATMD allows the adaption of its eigenfrequency to the dominant one of the machine tool, which is dependent on the axis position of the machine. The design of the ATMD and consequently its working range was optimized with a genetic algorithm. The functionality and performance of the ATMD were then validated under real cutting conditions on a machining centre.

Fluids play a major role for production machinery and serve for very different tasks as lubricating, tempering, cleaning, transmitting force and energy. Due to maintenance requirements and the environmental impact their utilization is under discussion and alternatives are looked for. In this paper an overview of the latest research activities in the field of fluid elements in machine tools is presented. The topic of the paper includes an overview of the fluids used in machine tools, the usage of fluidic elements, supply and treatment units, and their influence on machine tools performance. A link to fluid media on energy efficiency is given. Research challenges in order to increase the performance of machine tools are discussed. The paper excludes metal working fluids, which have been treated in Brinksmeier et al. [33].

The increasing demand for flexibility and reconfigurability of assembly lines generates new challenges for the control of these lines and their subsystems, such as robots, grippers, conveyors or automated guided vehicles. Also new requirements for their interaction between each other and the environment as well as with humans arise. On the other hand the rapid change of information and communication Technology opens new potentials for innovative control. Due to the high degree of interconnection between controllers, actuators and sensors, the classical automation pyramid is replaced by networked structures with a higher degree of flexibility, but also higher complexity. This trend is supported by the ability to collect and process data within cloud environments, the rapid increase of computational power of decentralized and embedded controllers and the high potential of machine learning for automation. This keynote gives an overview of innovative approaches in ICT and robotics for flexible control and automation of assembly lines and systems.

Due to their high lightweight potential, fiber-reinforced-plastics (FRP) sandwich structures with foam cores are becoming increasingly important in the automotive industry. To accommodate local forces, load introduction elements called inserts are required. A new type of insert is integrated into the sandwich panel during manufacturing. To accelerate the design and development process of these inserts, an optimization framework is developed based on the Abaqus CAE package and the Python programming language. An automated parametric nonlinear finite-element method (FEM) model is used to evaluate the performance of insert geometries. This model is integrated into an optimization routine based on a genetic algorithm. The population-based approach is very scalable through parallelization and shows accurate results within reasonable processing times.

First additive manufacturing processes (AM) for the production of fiber reinforced plastics (FRP) have been developed, which use Fused Layer Modelling (FLM) processes by implementing the fibers into the matrix material prior to extruding or within the nozzle. A method for implementing the fibers outside of the printing nozzle and outside of the thermoplastic filaments directly into the part while it is being manufactured has not yet been analyzed properly. This study shows the gain in tensile strength and Young’s modulus for different implementation methods of glass and carbon fibers on the building platform.

Due to their high lightweight potential, FRP sandwich structures with foam cores are becoming increasingly important in the automotive industry. In order to accommodate local forces, load introduction elements are required. This work is part of a project in which the geometry is optimized for maximum load capacity, while taking into consideration the cost and the process restrictions. This paper deals with the creation of a suitable FEM model for investigating the effects of geometrical changes of the load introduction element on the load capacity. For this purpose, parameters of the foam and the insert material are determined experimentally. Subsequently, simulation examples are constructed using different solution methods, then compared and evaluated for applicability for an automatic optimization process. The result of the work shows that particularly three-dimensional models, which are explicitly solved, can deliver good results. The simulation results correspond very well to the experimentally determined tensile test curves.

The ARBURG Plastic-Freeforming is an additive manufacturing process for production of plastic components. By using feedstocks, which consist out of metal powder and a binding system, the Arburg freeformer is able to print so called green parts, similar to the Metal Injection Molding process. By debinding and sintering these green parts become sintered parts with corresponding mechanical properties. In this publication the ARBURG Plastic Freeforming for the additive manufacturing of metallic components will be represented. Furthermore the results with regard to the mechanical properties of a comparison between ARBURG Plastic Freeforming for the additive manufacturing of metallic components and Metal Injection Molding will be shown and discussed.

In Elektrofahrzeugen werden häufig Lithium-Ionen Zellen für den Antriebsstrang eingesetzt. Es existieren verschiedene Zelltypen, die durch ihr Gehäuse unterschieden werden können. Hardcasezellen sind aus mechanisch stabilem Metall aufgebaut. Softpackzellen, oder auch Pouchzellen genannt, haben ein Gehäuse aus einer flexiblen und dünnen Aluminiumverbundfolie. Ihr Nachteil besteht in der fehlenden geometrischen Skalierbarkeit. Das Gehäuse wird nach Stand der Technik aus zwei tiefgezogenen Halbschalen aufgebaut, die im Anschluss durch Heißsiegeln miteinander verbunden werden. Das Tiefziehen der Halbschalen ist aus mehreren Gründen technisch wie auch wirtschaftlich ungeeignet. Es kann keine Halbschale mit beliebiger Tiefe hergestellt werden, üblich sind momentan Halbschalen mit 6mm Tiefe. Zum anderen muss bei jeder Geometrieänderung des Gehäuses (bspw. Grundfläche) das Werkzeug der Tiefziehpresse ausgetauscht werden. Daraus abgeleitet ergibt sich das Ziel, ein alternatives Gehäusedesign für die Pouchzelle festzulegen und es hinsichtlich seiner automatisierten Herstellbarkeit zu validieren.

This article presents an approach of simplifying machine tool commissioning processes with web based component data. As commissioning and error compensation processes of machines often require extensive manual labor and repetitive tasks, they present great potential for further digitalization. Therefore, a systematic approach for generating and implementing a digitalization concept is applied. As a result, a commissioning device accessing web based component data is implemented. The device uses geometric errors of individual components in a machine tool and generates compensation values for the control of the machine's axes.

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.

As the efficiency of electric power trains in hybrid electric vehicles should be increased and at the same time the manufacturing costs reduced, different motor designs and production concepts need to be considered. Because of the nearly sinusoidal magnetic field inside, the stator design with distributed windings, which is typically produced with the insert technique, is technically preferred. The insert technique offers a high productivity because the complete winding assembling process can be done in one step. This results in the fact, that nearly 80% of all electric motors worldwide have distributed windings. In order to enhance the possibilities for distributed windings with the insert technique, the current fill factor needs to be improved. Due to the fact that the actual wire placement cannot be measured und thus not optimized, a simulative approach with a multi-body simulation is used to understand the process interactions between the wires, the stator groove and the tool. This approach will be presented in this paper.

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.

For the production of highly stressed components with fibre reinforced plastic the Resign Transfer Moulding (RTM) process offers a large potential. Within the RTM process semi-finished textiles are formed into 3d-shape (preforming) and infiltrated with matrix. For the preforming different technologies can be used, for example stamp, roll or diaphragm. The systematic identification of the best preforming technology is a big challenge. For this purpose at the wbk Institute of Production Science a systematic method for identification of preforming technologies has been developed. Based on a data analysis, the information about technology, geometry and material have been combined. After validating the consistency, the technologies and production sequences can be identified.

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.

Microassembly is characterised by a large variety of small parts. An approach to supply those variety of different parts with precise and gentle movements is the principle of sliding conveyance. Detected by a vision system, the parts can be separated automatically, sorted and precisely positioned underneath the handling device with independently operating piezoelectric vibration conveyors, which form a kind of panel-carpet. The challenge here is represented by parts showing, different position-dependent feeding velocities and therefore a part specific behaviour. However, these varying feeding velocities can be predicted by a double staged model, which comprises the process of sliding conveyance as well as the behaviour of the phase flexible piezoelectric conveyor system. Based on the predicted velocities of the fed parts, the article outlines an optimisation procedure utilising evolutionary algorithms to determine the optimal separation strategies. The separation process is achieved by individually switched on feeding units of dedicated panels of the conveyor system, an optimal choice of feeding directions as well as by selected process parameters for the sliding conveyance process describing the target function. A further constraint is required by straighten out parts at the junction of the feeding units to ensure reliability of the separation process.

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.

Gerade für kleine und mittelständische Unternehmen stellt Industrie 4.0 eine Herausforderung dar. Allgemeingültige Definitionen von Industrie 4.0 fehlen ebenso, wie universelle Vorgehensweisen zur Implementierung der neuen Lösungsansätze. Dabei entsteht eine vierte industrielle Revolution nur dadurch, dass Nutzen stiftende Innovationen entwickelt und von Unternehmen angewandt werden. Zur Entwicklung unternehmensspezifischer Ideen und Konzepte im Umfeld von Industrie 4.0 kann eine systematische Vorgehensweise entsprechend dem „Leitfaden Industrie 4.0“ angewandt werden. Die Besinnung auf eigene Kompetenzen und Stärken steht hier ebenso im Vordergrund, wie die Fokussierung auf den Nutzen für potentielle Anwender. Mit dem Werkzeugkasten Industrie 4.0 kann hierbei ein Hilfsmittel eingesetzt werden, dass die systematische Weiterentwicklung eigener Produkte und Produktionsprozesse unterstützt. Die Betrachtung von Use-Cases im Umfeld von Industrie 4.0 veranschaulicht das Konzept des Werkzeugkastens. Es zeigt sich auch, dass ein Mehrwert häufig schon durch die geschickte Verknüpfung und Nutzung von bereits verfügbaren Technologien zustande kommt. Für die vierte industrielle Revolution müssen vor allem Anwendungen entwickelt werden – gerade auch von kleinen und mittelständischen Unternehmen.

The production and processing of fiber-reinforced plastics (FRP) is constantly increasing in industry. A commonly used method is resin transfer molding (RTM). FRP components are produced for large series by now. Therefore, the aspect of processing efficiency is becoming more and more important. The semi-finished product can be better exploited, for example, if large preforms were composed of single subpreforms. These subpreforms are easier to drape and can be produced within an automated line. Consequently, the necessary assembly of the subpreforms needs to be automated as well. This way, the process can be made time and resource efficient. The article that follows now will focus more closely on a concept that deals with the handling and subsequent assembling of subpreforms. Furthermore, the variables that can be adjusted for the assembly process are examined and their influence on the resulting connection quality is shown.

Rack and pinion drives are linear actuators commonly found in feed axes of machine tools and handling systems. Despite their use in demanding production environments and the possibility of failure due to foreseen or unforeseen cause, as of this writing, no condition monitoring systems are used in such applications. This paper shows the prospects of condition monitoring of rack and pinion drive systems concerning predictability of faults and saving of resources. Additionally the current state of the art of science and technology in this field and the challenges of condition monitoring of such drive systems under the circumstances of production environments are outlined. The publication concludes the need for action and gives an outlook on ongoing developments in condition monitoring of rack and pinion drives.

The rotational molding with an elastic composite core is an interesting process for the manufacturing of fiber reinforced plastics (FRP) with polygon cross-section. The polygon shape can be used for an in-mould-assembly of FRP and metal structures. On this way a load transmission with combined form-fit and adhesive bonding can be realized. Those hybrid parts are a suitable lightweight solution for shafts, pipes and profiles. The processing via rotational molding with composite core can be carried out as follows: First dry continuous fiber structures and the elastic composite core are assembled and then laid in a closed mold. Subsequently, liquid thermosetting resin is cast and the mold is rotated at high speed. During rotation the composite cores expands and pushes the matrix into the areas that normally, without the composite core, would not be impregnated. The rotation is continued until the fiber structure is fully impregnated and the polymer is cured. Within this paper, the manufacturing of polygon profiles with an elastic composite core is described. An analytic approach is introduced, which enables an ideal design and material choice of the elastic composite core and the achievement of high fiber volume fractions for fiber reinforced plastic hollow structures. Furthermore the manufacturing of elastic cores are depicted.

Due to their high potential in lightweight designs composite sandwich structures with foam cores are gaining in importance in the automotive industry. To carry localized loads, sandwich structures require load introduction elements. In current solutions applied in the aerospace industry the inserts are embedded after the sandwich panels have been manufactured. This is very time consuming and therefore too expensive for automotive industry. In this paper, two new approaches are investigated experimentally, where the inserts get integrated during the preforming process or during the foam core manufacturing. With these manufacturing methods the performance and failure behavior of various insert geometries and different foam core densities will be determined by static pull out tests.

Die Weiterverarbeitung von Grünfolien durch Prägen stellt eine wirtschaftliche und ressourcenschonende Möglichkeit zur Formgebung dar. Im Rahmen des AIF Projektes INKA wird neben dem Prägen auch das Tiefziehen zur Strukturierung von metallischen und keramischen Grünfolien untersucht. Als Eingangsgrößen werden dabei Werkstoffparameter, Prozessparameter sowie Geometrieparameter des Werkzeuges nach einem Einfluss auf die Umformbarkeit untersucht. Zur Ermittlung der Zusammenhänge werden Methoden der statistischen Versuchsplanung und -auswertung angewendet. Hierdurch werden Haupt- und Wechselwirkungseffekte auf die jeweiligen Zielgrößen identifiziert. Kern der vorliegenden Veröffentlichung ist die Ermittlung der Einflussfaktoren auf die Prägbarkeit metallischer Grünfolien.

Rotor balancing for electric motors is nowadays crucial, because it ensures low mechanical excited vibrations and a high product quality. In this paper, a simulative investigation of different algorithms for the selective assembly of rotors, to reduce the mechanical unbalance, is presented. In order to do so, existing manufacturing deviations in the magnets are used as balance weights. The investigated algorithms cover offline algorithms as base of comparison and online optimization algorithms.

Error compensation is a key to reach the geometric accuracies required for high precision machine tools. To prevent errors from affecting the machining process, compensation values for the feed axes can be used. However, conventional feed axes can only compensate deviations in their feed directions. By controlling its integrated hydraulic guiding system, the feed axis presented in this paper is capable of compensating errors in all other degrees of freedom as well. Using a specifically developed program, ideal parameters for the compensation of errors in a realistic 3D-axis-system were calculated. The axis’ characteristics were examined on a test rig for different types of controllers and compared to those parameters. It could be shown that the presented highly integrated hydraulic feed axis is capable of compensating typical Errors resulting from such a 3D-setup.

This paper comprises an overview of different aspects for wire tension control devices and algorithms according to the state of industrial use and state of research. Based on a typical winding task of an orthocyclic winding scheme, possible new principles for an alternative piezo-electric actuator and an electromechanical tension control will be derived and presented. Bibtex: This paper comprises an overview of different aspects for wire tension control devices and algorithms according to the state of industrial use and state of research. Based on a typical winding task of an orthocyclic winding scheme, possible new principles for an alternative piezo-electric actuator and an electromechanical tension control will be derived and presented.

A current drawback in high performance machining is the dynamic behavior of the machine tool. The dedicated Eigenfrequencies of the machine tool structure lead to not optimal cutting parameters due to the danger of chatter. Possibilities to overcome this drawback are on one hand the unwanted variation of the cutting parameters and on the other hand the variation of the dynamic properties of the machine tool components. The variation of the dynamic properties of these components requires high efforts and expenses. An approach to easily vary the dynamic characteristic of the machine tool is a carriage made out of Carbon Fibre Reinforced Plastic (CFRP) with adequate mass shifting by filling the built in chambers with a fluid. This leads to shifted Eigenfrequencies and therefore to optimal cutting parameters without chatter. The mass ratio between the empty lightweight machine tool carriage made out of CFRP and the one filled enables a significant frequency shift. Within this paper three issues will be addressed: first the frequency shift depending on the carriage's position will be examined, the frequency shift according to the filling strategy will be shown and finally the amplitude reduction related to the external excitation will be presented.

Die Ursachen für eine Unwucht im Rotor ist die ungleiche Verteilung von Masse. Diese kann verschiedene Ursachen haben, wie zum Beispiel eine konstruktionsbedingt und Symmetrie, Masse Inhomogenitäten im Material, Fertigungsabweichungen einzelner Komponenten oder eine ungenaue Montage. Der Einfluss der konstruktionsbedingten Unwucht kann durch eine symmetrische Konstruktion entgegnet werden und wird nicht weiter betrachtet. Ebenso werden in Homogenität im Material vernachlässigt. Bei PMSM werden am äußeren Umfang, entweder oberflächenmontierte oder vergrabene, Magnete montiert. Haben nun diese Magnete eine fertigungsbedingte Abweichung, welches sich in einer Verschiebung des Schwerpunkts oder der Masse äußern, haben diese Einflüsse einen großen Hebel auf die Unwucht des Systems. Zur Reduktion des Einflusses werden häufig die Fertigungstoleranzen der Magnete sehr eng gesetzt. Was zu teuren Magneten führt. Die Analyse der Toleranzen der Magnete ergab eine Abweichung des Magnetgewichts vom Soll-Wert von -0,1 g bis +0,1 g. Diese Abweichung reicht aus, um übliche Unwucht im Bereich von 200 gmm auszugleichen. Aus diesem Grund soll ein intelligenter Montageprozess entwickelt werden.

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 %.

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.

The use of fiber-reinforced-plastics (FRP) contributes to an efficient implementation of lightweight design due to their outstanding specific mechanical properties. The resin Transfer molding (RTM) process offers great design freedom and allows the integration of functional elements during manufacturing. Embedded metal elements, so-called inserts, can be used to deal with the load transfer to structural parts. These elements have distinctive characteristics in comparison to other joining technologies. For example, detachable connections can be established with the help of inserts. Due to the fiber continuity not being interrupted and, subsequently, the FRP parts not having to be drilled, there is no local bearing stress. This paper aims at the characterization of metal inserts in FRP parts. The parts are manufactured using the RTM process with a specially adapted RTM mold with exchangeable cartridges for different insert geometries. The inserts are made of metal sheets with welded bushings and are embedded during preforming. The cured FRP specimens are tested under different load conditions to evaluate their suitability for various fields of application. Furthermore, the diameter and thickness of the metal sheet of the insert as well as the thickness of the FRP are varied to identify their influence on the failure behavior and load capacity under tensile loads.

Fiber reinforced plastics are increasingly employed in the automobile industry. The process chain of resin transfer molding offers one approach for realizing structural components made of fiber reinforced plastic in high quantities. In order to increase economic efficiency, automated solutions for the subpreform assembly are required. There is also the need for mechanically highly stressable and at the same time economical joining techniques for joining fiber reinforced plastics with metal. The following article shall provide an approach to meet both of these requirements.

New joining technologies are needed due to the increased use of carbon fibre reinforced plastics (CFRP) in the automotive industry. Traditional joining technologies cannot fulfill the requirements, especially for multimaterial assemblies of CFRP and metal. A suitable technology for the integration of mounting points in CFRP parts is the embedding of inserts. In this paper, two approaches to increase the tensile and bending strength of inserts are evaluated experimentally. Bead patterns are added in the metal sheet of the inserts to increase stiffness. Furthermore, surface treatments are used to enhance the co-cured bonding strength between insert and CFRP.

Der Einsatz von Leichtbautragstrukturen bietet heutzutage die Möglichkeit eine signifikante Gewichtsreduzierung zu realisieren. Die optimale Gesamtstruktur be-steht aus einer hybriden Werkstoffkombination, dem sogenannten Multi-Material-Design. Der Ansatz der Hybridisierung von Strukturkomponenten kann grundsätz-lich nach zwei Methoden erfolgen. Zum einen können die gefügten Hybridverbun-de durch nachgeschaltete Fügeoperationen, wie bspw. Kleben oder Schrauben hergestellt werden. Diese Methoden sind bereits etabliert, schöpfen jedoch das Leichtbaupotential nicht völlig aus. Zum anderen ist die Herstellung in einem ein-stufigen Prozess möglich, wobei die Verbindung der verschiedenen Materialien im Ur- oder Umformprozess erfolgt. Hierdurch wird ein sogenannter intrinsischer Hybrid geschaffen. Die Grundlagen für die ressourceneffiziente Fertigung, Charakterisie-rung und Auslegung lastoptimierter, intrinsischer Hybridbauteile für Leichtbautrags-trukturen werden seit 2014 im DFG Schwerpunktprogramm SPP 1712 (www.spp-1712-hybrider-leichtbau.de) erarbeitet.

Energy efficient electric drives gain more importance in the industry allowing a reduction of the energy consumption. Producing efficient electric drives requires the optimization of all associated processes, especially the manufacturing process. This paper comprises the state of the art balancing techniques and introduces the relevant product parameters. In addition, the potential for an intelligent pairing of rotor components for a stackable rotor to minimize the initial unbalance will be introduced.

This paper comprises an overview of different aspects for the development of an orthocyclic winding scheme design. Based on an analysis of the process dependencies, winding faults will be characterized and counter measures will be introduced. It is the overall goal to investigate the use of different process parameters for fault correction and to investigate the parameter dependencies regarding winding speed on the winding scheme. For a detailed process investigation, the application of a multi-body-dynamic simulation will be introduced.

A main reason for the high costs of lithium-ion cells is the complexity of the assembly process. Especially, creating the cell stack is an inefficient process due to an immature handling and aligning of the limp electrodes and separators. This paper focuses therefore on the methodical development of a functionally integrated assembly module that combines cutting and handling of electrode sheets to increase stacking accuracy, process reliability and productivity. Based on an analysis of requirements and functions, a technical solution has been identified and will be illustrated. At the end, the realized module is described and its performance is proven by experimental validation.

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.

Current machine tools for micro manufacturing feature unfavorable ratios of installation space to work space as well as moving masses compared to the work piece mass. Therefore, these machines show potential for optimization [1]. Machine tool components leading to these drawbacks are the currently used feed axes. The required features of such feed axes for micro manufacturing comprise high functional integration, high damping and high precision. Compared to electromechanically build up feed axes incorporating high installation space as well as small damping ratios due to linear guide rails, hydraulic feed axes feature the potential of a high force density and high damping ratios. However, a drawback is the poor precision. At the wbk Institute of Production Science Karlsruhe a novel approach has been realized: A highly integrated hydraulic feed axis with high compactness due to the hydraulic force density. Additionally, it features high functional integration by piezoelectric seat valves built into the piston rod and an integrated hydrostatic guidance system. Within this paper, the approach as well as the measurement results of the prototype of the feed axis by the Institute of Production Science are shown. Furthermore, it addresses the feed axis?s properties such as positioning errors, performance and inaccuracies. In the end, an outlook will be given on further ongoing research activities regarding an upgrade enabling an intelligent, active manipulation within the hydrostatic guidance system to compensate the errors of the feed axis.

Current machine tools feature fixed eigenfrequencies which are often excited by high performance cutting operations leading to unfavorable process conditions or poor workpiece quality, for example, due to chatter. Approaches to resolve this problem either constitute in changes of the process conditions, adaptable auxiliary mass dampers or vast and expensive changes within the machine tool structure. All of these approaches are either expensive, lead to a lower cutting ability or do not address the underlying problem. A novel approach to avoid chatter is described in this paper. It deals with a frequency adaptable machine tool carriage made out of hollow carbon fiber reinforced plastic (CFRP) profiles. This light structure enables chambers to be filled separately. This allows a tuning of the eigenfrequencies by pumping fluid into the chambers of the carriage reducing the eigenfrequencies. The CFRP structure has a high added mass to component mass ratio due to the high stiffness in relation to the density of the CFRP. Thus shifting the eigenfrequencies on a larger scale in comparison to the carriages of the same kind but made out of steel or cast iron.

Within this paper, the approach as well as measurement results of the prototypical realization will be presented. The paper will address measurements of sloshing, the influence of added fluid mass regarding different filling levels and the influence of the control behavior of the feed axis. The paper shall conclude with a comparison of the measurements to a similar machine tool carriage made out of steel. In the end, an outlook on upcoming research topics and activities shall be given.

Coil winding processes for electric motors offer an opportunity in production to boost the performance of single tooth winding and their layer technique for the use in electric drives. Single tooth winding, also known as concentrated winding, consists of separate coil bobbins which are assembled to a stator after the winding process. The most suitable manufacturing process for single teeth, with respect to speed and product quality, is the already established linear winding process. Given a higher geometry aspect ratio of the bobbin, due to the use in electric drives, wire tension control efforts rise caused by an increased impact of wire deformation effects. Lower productivity and higher commissioning efforts are the drawbacks. In order to meet these new challenges a detailed characterization of the process-machine-interaction is necessary. Given this background, a new innovative approach that considers the wire material influences and describes the interaction between the elastoplastic wire deformation, machine parameters as well as process-parameters will be presented. The combined approach to link the mechanical model using rigid bodies with a material-based model using elastic bodies has the potential to exceed the accuracy given by conventional approaches. This paper comprises an overview of different simulation aspects for the chained multi-body joint wire model as a core feature. The model application in form of a case study will demonstrate the ability for further process optimization.

Die zukünftige Produktion von Traktionsmotoren für Elektrofahrzeuge hat mehrere Herausforderungen zu meistern. Eine dieser Herausforderungen ist die variantenflexible und skalierbare Produktion der Antriebe, insbesondere bei der Verwendung von Leichtbaumaterialien zur Gewichtsreduktion. Elektroantriebe in Leichtbauweise haben das Potenzial, die Effizienz und Umweltverträglichkeit im Transportsektor zu steigern. Dieser Vortrag stellt alternative Ansätze zur Herstellung der Motorkomponenten Stator (42% der Motormasse) und Rotor (19% der Gesamtmasse) vor.

Light-weight aluminium space frame structures are frequently used for small-volume products, such as sports cars. The assembly of these products has so far been mainly manual and requires the use of complex and expensive fixtures. To increase the profitability, the research conducted at wbk Institute of Production Science is aiming to achieve an automated, fixtureless assembly of such structures by the use of industrial robots. To achieve the required accuracies regarding the alignment of the joining partners, a new approach based on component-inherent markings has been developed. This article describes the approach for the fixtureless positioning of components and the validation of the marking detection.

In this paper an approach for a precise assembly of space-frame-structures is presented, while each of the single components features production-related deviations. The first section shows the results for the compensation of production-related deviations for dimensionally curved profiles in a space-frame-structure. The actual approach deals with the machining of the profile-end segments. Thus, the spatial alignment of the entire profile-contour can be optimized and therefore be adjusted to the theoretical profile-contour. In the second section, a flexible clamping-gripper for the assembly of space-frame-structures is presented. With this gripper, it is possible to handle and clamp different profiles for a certain assembly process.

Three-dimensionally curved extrusion profiles are used to manufacture lightweight frame structures. These profiles have to be flexibly manufactured, especially for a small batch production. For this reason, a flexible process chain with an automated Extrusion process was build up. In this paper an approach for offline calculation of path data for the guiding of unsteady extrusion profiles with industrial robots is presented. This approach includes a consideration of the profile deformation caused by cooling during production. The required correction values are determined by using a coupled kinematic and thermal FEM simulation.

The use of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) offers a high potential for weight savings e.g. in the automotive industry. An appropriate joining technology is a necessary requirement for the replacement of metal parts by CFRP. Besides traditional joining technologies such as riveting, bolting or adhesive bonding, CFRP additionally offer the possibility to integrate mounting points by embedding inserts during the part manufacturing. This paper discusses the results of experimental investigations of inserts in CFRP parts manufactured by the resin transfer molding (RTM) process. Two different shapes of inserts, an insert with a flat metal sheet and an insert with an improved shape of the metal sheet, are compared. Tensile and bending tests are carried out to investigate the failure behavior and the influence of the number of plies above the inserts on the failure load of the joints. The investigations demonstrate that a high performance of the joints can be achieved with the tested inserts. The greatest challenge for the use in a high volume remains the complex integration of the inserts in the preform. Thus, suggestions for an easier automated integration of inserts will be presented in the outlook.

The Future production of traction motors for electric vehicles faces several challenges such as variant flexible and scalable production processes, especially with the use of lightweight materials. Governmental decisions aim to enlarge the number of electric vehicles, which leads to an increasing demand of electric traction systems, encouraging the economical relevance of production processes. Lightweight electric drives have the potential to lower the environmental impact. In this paper, alternative approaches for manufacturing traction motors, consisting of rotor, stator and housing are presented.

This paper comprises survey results regarding product standardization features on three different levels, namely component, product feature and engineering level. For example temperature sensor features or electric and mechanical Interface properties at component level. Preferred dimensions and noisevibration-harshness limits are examples of the product Feature level. And finally unitized definitions of parameters and technical terms are examples of the engineering level. On the production side, properties of semi-finished products, tools, process capabilities and parameters as well as manufacturing Equipment properties have been examined. The developed standardization ideas are ranked by their effectiveness regarding improvement of safety aspects, cost reduction potential, implementation horizon and industrial priority. The survey methodology and a summary of the most promising approaches will be presented in this paper.

This paper comprises an overview of different simulation aspects for a material based process model Approach and introduces considered model parameters. In order to consider all possible influences through the winding process, critical wire stress conditions, from wire feeding to stress intake while wire placement around the coil body edges, will be examined. The use of the developed model for different material determined aspects of the winding process will be discussed and possible counter-measures for avoidance or compensation of critical forces will be carried out. Synergies regarding new principles, like piezoelectric based wire brakes will be analyzed.

Das MIM (Metallpulverspritzguß)-Sinterfügen ist ein Fügeverfahren bei dem komplexe funktionsintegrierte Baugruppen im Sinterprozess hergestellt werden können. Es erwei-tert die Komplexität der mit dem MIM-Verfahren herstellbaren Bauteile durch die Möglichkeit der Kombination zu mehrteiligen Baugruppen, bestehend aus reinen MIM-Bauteilen oder aus MIM-Bauteilen und Kompaktbauteilen. Der folgende Artikel gibt zunächst einen Überblick über die bisherigen Ergebnisse der Forschungsarbeiten des Instituts für Produktionstechnik (wbk) auf dem Gebiet des MIM-Sinterfügens und der Automatisierung dieses Verfahrens. Anschließend werden zukünftige Möglichkeiten beschrieben, potentielle Anwendungsbereiche abgeleitet und anhand von Beispielen veranschaulicht.

In the context of shortening product life cycles, simulation of machine tools is more and more in the conflict between economic efficiency and technical requirement. Due to this both complex simulation tools and simulation methods with minimal effort are used. In the model alignment an essential part of simulation the highly parameterized models are adapted to the measurement data using adequate fitting algorithms from optimization theory. Thereby the pose dependence of the adapted simulation models is the result and thus multiple model alignments in the other relevant poses of the researched machine are necessary. This is associated with a high measuring expenditure, a high personal expenditure and an increasing development time of the machine. In this paper a method for the generation of pose independent simulation models by the example of a 6-axis articulated robot is presented. Basically, the model alignment is done in a way that the fitting model parameters are disturbed systematically with respect to physical sense and the resulting models have to be proved in terms of their physical plausibility. First of all, simulation models with different optimal parameter configurations related to the measured data are generated. After this, the resulting parameters are analyzed concerning their behavior in all poses and physically consistent parameter configurations of every pose are identified. Finally, the discovered configurations are used to create an exclusive parameter configuration respectively an exclusive simulation model. The pose independence of this model is postulated and the developed method is verified by the example of a 6-axis articulated robot. The implementation of the method is based on a new way of modeling mechatronic multi body dynamics using the bond graph theory. Therefore it also contains the description of the machine structure by symbolic equations of motion. This enables a transfer of the method to other machine structures without consideration of special Software tools.

During MIM (Metal Injection Moulding) sinter joining, the individual components are already assembled as green parts and joined during the sintering process. Due to the absence of the downstream assembly, ready-to-use assemblies are available directly after sintering. As a result, an effort reduction can be achieved regarding the joining process and new opportunities regarding the freedom of design of MIM assemblies can be created. This innovative joining process is systematically analyzed at the Institute of Production Science (wbk) at the Karlsruhe Institute of Technology (KIT) in order to identify the requirements for a high strength of the joint. In a parameter study, tensile specimens made of carbonyl iron were moulded, assembled with varying assembly force and sinter joined. After sinter joining, the quality of the joint was quantified on the basis of tensile strength and compared to the assembly force. This article presents and discusses the identified correlations between assembly force and joint strength.

Die in der Automobilindustrie vorliegenden Herausforderungen, wie die Integration neuer Antriebskonzepte sowie die gesetzlich beschlossene Reduktion der CO2-Emissionen, verlangen eine Verringerung der Gesamtfahrzeugmasse. Dies ist beispielsweise durch den Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) möglich. Aufgrund der zumeist schalenförmigen Struktur der Bauteile in der Automobilindustrie bietet der Resin-Transfer-Moulding-Prozess (RTM) das größte Potenzial hinsichtlich realisierbarer Geometrien sowie belastungsoptimierter Faserstruktur. Innerhalb des RTM-Prozesses stellt das Preforming den kritischsten Teilprozess dar und beeinflusst maßgeblich Qualität, Taktzeit und Kosten. Eine besondere Herausforderung bei der Herstellung von Preforms ist die Auswahl der Produktionstechnologie unter Berücksichtigung von verschiedenen Einflüssen, wie kürzeren Marktzyklen oder Diversifizierung der Produkte. Am wbk wird zur Reduzierung des Entwicklungsaufwands für die Preformingtechnologie eine featurebasierte Methode verfolgt, welche die Auswahl der Technologie verbessert und einen entsprechenden Fertigungsablauf für die Preforms definiert.

In the assembly, efficient part feeding is a decisive factor for a successful automation. Especially in the field of micro assembly handling tools have in general to be adapted to every single part and are flexible only to a certain degree. Therefore, an automated feeding system for the part-flexible feeding of micro parts is presented in this paper.

At the wbk Institute of Production Science, an innovative active piezoelectric 2D-fiber-reinforced plastic spring element was developed as drive for a decoupled piezoelectric vibratory feeder. Piezoelectric vibratory feeders work with significantly higher operating frequencies and correspondingly smaller oscillation amplitudes as conventional vibratory feeders. This allows a considerable reduction of noise and a very constant conveying process. The decoupled piezoelectric vibratory feeder developed at wbk which besides the conveyance according to the micro throw principle also permits sliding conveyance, has previously required a costly design and adjustment of the serially linked piezoelectric drives. On the basis of the active piezoelectric 2D-fiber-reinforced plastic spring element, a prototype of a new decoupled piezoelectric vibratory feeder is going to be developed which combines the benefits of a decoupled piezoelectric vibratory feeder and a significantly simpler kinematics.

Currently, micro-machines are often based on principles of macro-machines. Results are unfavorable ratios between the build and the work space and also between the large moving masses and the work piece mass. To over-come these shortcomings, it is necessary to develop new approaches for work piece adaptable micro machine components as well as new kinematic chains es-pecially geared towards the requirements of micromachining. For this reason, a work piece adaptable, highly integrated, piezohydraulic feed axis is developed. In this paper, the design of the hydraulic feed axis as well as a simulation and scaling tool are outlined. Furthermore, measurements regarding accuracy are presented.

The initial cost of modern high-precision and high-dynamic machine tools is continuously increasing. Therefore, low downtimes are of an extraordinarily high importance for machine tool operators, to ensure that the investment pays off as soon as possible. In addition, the sustainability of the used machine components is also of a high importance. To achieve this, efficient maintenance is the main adjusting lever. This paper presents a method for an intelligent diagnostic and prognostic system for ball screws. This method combines the simpler load-based approaches with the more accurate condition-oriented approaches. For this method the load determination accuracy and the condition measurement accuracy are needed. Both accuracies are indroduced in this paper. Finally a result of this method is shown.

Against the backdrop of an increasing scarcity of raw materials, lightweight manufacturing can contribute a significant share to the reduction of resource and energy consumption. Fibre-reinforced plastics (FRP) are superior to metallic materials in many ways, e.g. regarding weight-related stiffness and strength and energy absorption capacities. Continuous-fibre reinforced high-performance composites are the material that is of most interest in that respect. The use of FRP has become state of the art in fields such as motor sport and the aerospace industry. The transfer of knowledge and findings to the series production of vehicles is only possible to a limited extent because of profitability and technology restraints. The reasons are high material and, mainly, high manufacturing costs which result from a low level of automation.

Most processes for the production of these carbon- or glass fibre-reinforced lightweight products, such as Resin Transfer Molding (RTM), are manual. This makes the business case for the production of FRP components difficult. Due to the low level of automation of these processes, the production and processing of the components takes a lot of time and effort and is therefore, comparatively expensive. The handling of limp and air-permeable textile semi-finished products, which are used for almost all methods, is a particular challenge for automated production. The gripper concept selected for a process can cause fibre damage, fibre relocation or bulges because of the high level of sensitivity of the textile semi-finished products. These flaws reduce component performance and are also detrimental to the optical appearance of the FRP parts. Given the high requirements for automated gripper systems, the textiles must mainly be supplied and loaded manually. It is against this context that this publication focuses on the derivation of requirements for an effective gripper system for textile semi-finished products based on the different process steps. Then, the state of the art of the gripper systems that are used in the field is evaluated according to these criteria. Based on the findings, a novel vibration-based gripper system was developed at Institute of Production Science of Karlsruhe Institute of Technology. With this system, adhesive forces can be rendered ineffective through the selective application of vibrations. The use of binder systems utilized for preforming processes or the use of a system-compatible adhesive makes the system suitable for handling textiles. The acceleration required to detach the parts is achieved through the use of an ultrasonic resonance system. The base system is an ultrasonic welding system. This test set-up achieves a maximum acceleration at the tip of the sonotrode of more than 1,500,000 m/s2. Tests have shown that the principle works as required. They have also revealed that the detachable mass highly depends on the component spectrum that is handled. This is why this publication also looks into the basics of vibration-aided handling in relation to the component spectrum that is handled. First, the influencing factors were identified and evaluated. The finite-element method was used to both design the gripper system and determine the achievable forces.

Der Kugelgewindetrieb (KGT) wird als Konstruktionselement, welches eine rotatorische in eine translatorische Bewegung übersetzt, in vielen Gebieten des Maschinen- und Anlagenbaus eingesetzt. Zu nennen sind hier beispielhaft spanende Werkzeugmaschinen, Pressen, und Spritzgießmaschinen. Bei Positionieraufgaben muss der Antrieb das zur Bewegung des Systems notwendige Drehmoment erzeugen. Dazu muss zusätzlich auch die Reibung der Führungen und des KGT selbst überwunden werden. Ein Maß für diese Reibung ist das Reibdrehmoment. Ein niedriges Reibdrehmoment im KGT-System gewährleistet eine hohe Energieeffizienz und erhöht dessen Lebensdauer. Allerdings ist dieses Reibdrehmoment stark abhängig von der Tribologie des KGT. Das Gesamtsystem Kugelgewindetrieb unterliegt vielen verschiedenen Einflussgrößen. Die Schmierung hat großen Einfluss auf die Lebensdauer, denn sowohl zu viel als auch zu wenig Schmierung wirken sich negativ auf die zu erwartende Lebensdauer aus. Die Wahl des Schmierstoffes beeinflusst außerdem das Verschleißverhalten von Kugelgewindetrieben. Ziel dieses Ansatzes ist daher die Erarbeitung einer Methodik zur Reduzierung des Energiebedarfs und Erhöhung der Lebensdauer von Kugelgewindetrieben durch Minimierung des Reibdrehmoments mittels adaptiver Schmierung. Zu diesem Zweck wird aus einem Simulationsmodell das optimale Reibmoment bestimmt. Das Ergebnis dieses Modells wird mit dem aus Messdaten berechneten Drehmoment verglichen und die resultierende Abweichung bestimmt den Bedarf nach Schmiermittel.

Die Fertigung neuentwickelter Batterien für die Anwendung in der Elektromobilität stellt eine Vielzahl von Herausforderungen an die Produktionstechnik. Das Fertigungssystem für Batterien muss technologieflexibel, modular, "smart" automatisiert, lernfähig und skalierbar sein. Technologieflexibilität stellt die weitere Verwendbarkeit von Anlagen sicher, auch nach technologischen Weiterentwicklungen der Zelle. Modular bedeutet, dass Anlagenteile verschiedener Hersteller miteinander kombiniert werden können und über ihre Maschinenschnittstellen hinweg in einem Gesamtsystem zusammen agieren. Durch â??smarteâ?? Automatisierung wird eine hohe Produktqualität für die noch unreifen Prozesse der Batterieherstellung bei guter Wirtschaftlichkeit ermöglicht. Zudem ist das Thema Lernfähigkeit beim Sammeln von Prozesswissen wichtig um dadurch Kosten für die Qualitätssicherung zu reduzieren. Zu guter Letzt müssen Produktionsanlangen skalierbar gestaltet sein um auf die noch unbekannten Anforderungen, die geforderten Stückzahlen betreffend, reagieren zu können.
Um all diesen Ansprüchen gerecht zu werden und die Batteriefertigung auf ein hohes Niveau zu bringen besteht weiterhin großer Forschungs- und Handlungsbedarf.

Within the research consortium TCř multiple research institutes work together in order to get a deeper understanding of the complex draping/RTM process chain for the automotive industry. The existing knowledge of the draping process chain is limited. Today most draped structures are 2.5d or very limited 3d. To understand the draping mechanisms and the possibilities to drape a complex large structure the draping has to be separated in a process and a material investigation. The analysis of such a complex shaped large geometry leads to a discussion of the general draping strategy, which is focus of IFB. A full ply approach leads to local defects, but continuous fiber reinforcement can be realized. Whereas in a patched approach there are less local defects, due to the lower complexity in the patch, but no continuous fiber reinforcement. As one can see only a thorough experimental study concerning the effect of cuts, overlaps, fiber deviation, local undulation, etc. can lead to a sophisticated decision. The research activities of the wbk focus the aim to automate the draping process. The main focus in the field of automation lies on the fundamental investigations of different draping processes. Therefore the following principles are considered: stamp, diaphragm and roller. The aim is to create a general description of the potential of different forming principles concerning automation aspects. So the complexity of the considered objects for the automated draping-experiments will be increased gradually to complex 3d objects. Within this paper the two institutions IFB and wbk will present the latest status of their work within TCř.

When MIM parts are sinter joined, the green MIM compacts are first subassembled and then joined into complex component assemblies that are ready for use during sintering. This is how high complexities can be achieved using only relatively simple tools and subsequent assembly steps can be made redundant. Systematic investigations into this innovative joining method are carried out at the Institute of Production Science (wbk) at Karlsruhe Institute of Technology (KIT). Tensile test samples have been developed for sinter joining in order to identify the influence which the quality of the green joining surfaces has on the quality of the joint. A parameter study was conducted during which the deviations in the surface quality of tensile samples made from carbonyl iron were varied. After sinter joining, the joint quality was determined based on the tensile strength. This paper provides a description and detailed discussion of the correlations between the characteristics of the joining surfaces and the joint strength created by MIM sinter joining.

Taking into consideration the complexity of todayâ??s machines an economical production is only possible if high availability is ensured at the same time. In order to be able to guarantee high availability values the maintenance of machine tools plays a key role. Thus, an approach is developed which permits the configuration of both a diagnostic and a forecast system for ball screws. Therefore, a hybrid approach is established which combines load-dependent and condition-oriented methods. The objective is to be able to make a forecast as precisely as possible of the failure of a ball screw with a minimum of effort. In the process, basic assessment criteria are in each case effort and prediction accuracy. Therefore, the results of the preciseness of condition determination are presented by the features solid-borne and airborne sound in this paper. The results of the accuracy of load determination are presented by the motor current.

Currently used micro-machines are mostly based on macro machine tool principles. This leads to an unfavorable ratio of build and work space and also to high moving masses in comparison to the workpiece mass. To address these disadvantages it is necessary to develop new approaches for micro machines, micro machine components and new kinematic chains especially adapted to the requirements of micromachining. Therefore a new feed unit is designed featuring a highly integrated piezo-hydraulic feed axis, a parallel kinematic and a millimeter based radar measurement system. In this paper the design approach and the characterization of the compact highly integrated piezo-hydraulic feed axis is presented.

Machines currently used for micro-machining are mostly based on macro machine tool principles. This leads not only to an unfavorable ratio of build space and work space but also to high moving machine masses in comparison to the mass of the workpiece. These disadvantages are addressed within the research program â??SPP 1476 - Small machine tools for small workpiecesâ?? advanced by the German Research Foundation (DFG). The goal of this program is to develop methods, approaches and components for micro machines that are especially adapted to requirements of micro machining. In this paper, the compact, highly integrated piezo-controlled hydraulic feed axis developed at the Institute of Production Science (wbk) in Karlsruhe will be presented.

Micro powder injection moulding belongs to the group of primary shaping methods. The advantages of the method include the almost unlimited range of options to choose from in terms of metallic or ceramic materials, the high level of achievable complexity, and the good automation capability. The method is highly suitable for high-volume production. [2] However, it is only suitable for smaller quantities to a limited extent because of the high costs incurred for tools. An increase in the complexity of the moulded component requires a more complex injection-moulding tool. wbk Institute of Production Science has developed an innovative approach for the flexible and yet profitable production of PIM components that is based on the machining of PIM green compacts prior to sintering. This way, the number of varieties of PIM parts can be increased, and it is possible to manufacture PIM parts also in small volumes. A chip-removing CNC controlled micro machine for green compact machining was developed. The following article describes the development of a 2-axis machine with small installation space and its integration into the existing PIM process chain at wbk Institute of Production Science.

Part feeding in assembly is a crucial bottleneck for successful automation in micro assembly. The share of cost incurred by the feeder technology is particularly high for this field of application, because the handling tools must be adapted to each and every part and are only partially flexible. A piezoelectric vibratory conveyor has been developed at the Institute of Production Science of the Karlsruhe Institute of Technology (KIT). The system has a square shaped conveyor panel. It serves to transport the most different micro and small macro parts carefully and regardless of shape and geometry. The parts can be transported into any direction, positioned and even orientated by rotation about their vertical axis. The conveyor works by the micro slide principle. The conveyor panel is excited by piezoelectric actuators with a high frequency, causing a combined horizontal and vertical oscillation in the micrometer range. The conveying direction and velocity can be adjusted by adapting amplitude and phase of the oscillations. The spectrum of parts ranges from highly sensitive micro gears to a one euro coin standing upright on its edge.

By a modular feeder system that consists of several miniaturised vibratory conveyors the parts are meant to be separated and sorted additionally. The article describes the concept and the commissioning of a new miniaturised piezoelectric vibratory conveyor which has been developed at the Institute of Production Science in Karlsruhe. The bearing support of the conveyor panel is the core piece of the newly developed concept. It consists of two flexural bearings that have been especially developed and optimised by FEM calculations. With their three translational degrees of freedom, the bearings allow vibrations into any direction in space. By the specific adjusting of the stiffness, the system combines high resistance against undesired rotational and stagger oscillations with highly dynamic oscillations in all three directions of freedom. The oscillations are created by three piezo stack actuators that are arranged in the direction of the degrees of freedom of the flexural bearings. The piezo actuators are preloaded by spring elements that have been especially developed for use in the vibratory conveyor and have been designed through the use of FEM calculations. They can be preloaded before installation, which simplifies assembly and adjustment of the vibratory conveyor considerably. The article also covers the results of the first promising tests and of the characterization of the system. The characterization results have a high congruence with the calculations performed previously.

On the basis of the miniaturised vibratory conveyor an automatic modular feeder system consisting of several conveyors is meant to be created. With the support of an image processing system the new feeder not only renders for the flexible positioning and orientating but also for the separating and sorting of a wide range of different micro and small macro parts.

The handling of limp and air-permeable textile semi-finished products is a huge challenge for the automated production of continuous-fiber reinforced polymers. This is why semi-finished textile products are mainly provided and fed manually. It is against this backdrop that this article begins by defining the requirements for an effective gripper system for semi-finished textile products based on the individual process steps. The state-of-the-art of the gripper systems is then evaluated according to these criteria. Based on the findings, a novel, vibration-based gripper system was set up and simulated using the Finite Element Method at the Institute of Production Science.

During the production process of three dimensionally-curved aluminium profiles which are used for the assembly of closed space frame structures, there are always deviations between the intended and the actual contour. These production-related deviations can add up during assembly in a way that an automated "closing" of these structures is only possible to a limited extent. This paper presents an approach to increasing the accuracy of space frame structures during assembly by additionally machining single profile ends. The derivation of the processing parameters and therefore, the optimization of structures, is based on the mathematical modeling of single three-dimensional profiles and all relevant processing steps, which are represented in this paper.

The automotive future is characterized by new challenges. Concerning the general shortage of resources, energy efficiency is of crucial importance. In contradiction to this, customers demand sporty and dynamic cars. To meet both requirements the reduction of the weight of vehicles is the key to success. In the field of metal lightweight construction technologies were developed across all lightweight concepts and innovative products were realized. From an economic and technological point of view, further reduction of weight is hardly possible with only metallic materials. A further reduction of weight can be achieved, for example, by the use of continuous fiber-reinforced plastics. Though, the production of these materials is still very expensive. However, especially in terms of a multi-material design approach the use of this product group is leading to the desired results in the field of automotive engineering. Particularly the combination of metals and continuous fiber-reinforced plastics has great potential in this case. In this contribution the challenges of lightweight construction based on fiber composites are defined at first. Afterwards the production-related challenges as well as the potentials when hybridizing metals and continuous fiber-reinforced plastics are illustrated.

Light-weight aluminium space frame structures are frequently used for small-volume products, such as sports cars. The assembly of these products has so far been mainly manual and requires the use of complex and expensive fixtures. To increase the profitability the research conducted at wbk Institute of Production Science is aiming to achieve an automated, fixtureless assembly of such structures by the use of industrial robots. To achieve the required accuracies regarding the alignment of the joining partners, a new approach based on component-inherent markings has been developed. This article describes the theoretical foundations of the required measurement approach.

Manufacturing lithium-ion cells for automotive applications requires special solutions not only for the production of electrodes and separators, but also for cell assembly as the limp foil sheets are stacked to form a cell stack. The automated handling of limp foils like anode, cathode and especially, the separator, which is also porous, is critical for the life cycle performance of the cells. Therefore, high requirements must be met as regards the applied forces during gripping and the fixing of foils in different handling procedures. A force sensitive handling method has been selected, where the gripping force can be adjusted and regulated in a closed-loop-control. This solution has the potential to contribute to an improvement in the reliability of handling processes for the production of lithium-Ion-cells.

Light-weight aluminium space frame structures are frequently used for small-volume products, such as sports cars. The assembly of these products has so far been mainly manual and requires the use of complex and expensive fixtures. To increase the profitability the research conducted at wbk Institute of Production Science is aiming to achieve an automated, fixtureless assembly of such structures by the use of industrial robots. To achieve the required accuracies regarding the alignment of the joining partners, a new approach based on component-inherent markings has been developed. This article describes the theoretical foundations of the required measurement approach.

Die Industrie ist schon seit geraumer Zeit daran interessiert durch Leichtbaumaßnahmen an bewegten Massen ihrer Produkte energie- und ressourceneffizienter zu gestalten. Anfangs wurde dies durch Substitution von Stahl- durch Aluminiumbauteile erreicht. Doch mittlerweile stößt selbst der Einsatz von höchstfesten Stählen, Magnesium oder Titan an seine Grenzen – einerseits aus Leichtbausicht, andererseits aus wirtschaftlicher Sicht. Der Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) hat durch seine hohe spezifische Steifigkeit und Festigkeit das Potenzial, bisherige Leichtbauwerkstoffe zu ersetzen. In Bereichen wie z.B. der Luft- und Raumfahrt sowie dem Motorsport ist der Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen bereits Stand der Technik. Bedingt durch eine geringe Automatisierbarkeit der Produktion und dadurch hohe Herstellkosten ist der Transfer dieser Produktion in hohe Stückzahlen bisher jedoch noch nicht möglich. Wegen seinen spezifischen Eigenschaften wie z.B. der ausgeprägten Anisotropie aber auch seinen relativ hohen Materialkosten, ist die Substitution von Metall durch FVK auch nicht immer zweckmäßig und zielführend. Bei der Gestaltung von Leichtbaustrukturen muss eine Vielzahl von Anforderungen bezüglich der Betriebsfestigkeit wie z.B. Festigkeit, Schwingungs- und Crash-Verhalten berücksichtigt werden. Daher ergibt sich die optimale Gesamtstruktur in der Regel erst durch Kombination unterschiedlicher Materialien (Multi-Material-Design). Entsprechend der vorliegenden Anforderungen muss der am besten geeignete Werkstoff an der richtigen Stelle eingesetzt werden.

Low friction torques in ball screw systems provide high energy efficiency and raise the ball screwâ??s lifetime. The estimated life time of ball screws is highly influenced by lubrication, because both too much and insufficient lubrication are raising the friction torque. A new approach is introduced in this paper to reduce energy consumption and to rise the lifetime of ball screws by a minimization of the friction torque using an adaptive lubrication. At first a finite-element-model is created in order to simulate the friction torque of ball screws. In the next step, different torques, resulting out of different conditions (e.g. temperature, load), are measured in a test stand. With this data it is possible to enhance the model quality. The results of the FE-model compared with the torque applied by the drive will be used to identify the need of lubrication. Lifetime analyses will be used to validate this approach.

Der vorliegende Artikel gibt einen Überblick über den derzeitigen Entwicklungsstand des automatisierten Sinterfügens sowie des Zwei-Komponenten-Pulverspritzgießens und erläutert die Potentiale beider Verfahren für zukünftige industrielle Anwendungen.

Sinter joining of powder injection moulded components requires the upstream assembling of green parts in order to avoid additional assembly steps. Preassembled green parts get joined during sintering and form ready-for-use assemblies.Within the framework of the field of sinter joining at the Institute for Production Science (wbk) at the Karlsruhe Institute of Technology (KIT) research for adequate process parameters is conducted. The purpose is to determine the optimal component and assembling parameters for a defined joint strength. By the example of a micro shaft/hub connection and a check valve the process has already showed its capability. First design notes have been derived from cylindrical hollow samples. Based on those results, further investigations of hollow tensile test pieces analyse the influence of geometrical tolerances and surface roughness in the joining zone on the tensile strength. This paper describes the development of the analysis and shows first results concerning the achievable strength.

Ball screws are the most common elements in machine tools to transfer rotational into linear movements. Due to wear, the preload of these elements decrease. This influences the machine accuracy negatively. Active compensation systems can only be efficient, if they are small enough for integration into the ball screw system. Therefore, a piezoelectric sensor-actuator-integration based on resonant effects is developed, which works time-simultaneously as sensor and actuator. The piezoelectric sensor works in static, quasistatic and dynamic ranges with the presented sensor-actuator-integration. In the article, the characerization of electrical and mechanical behavior are introduced. This contains the characterization of mechanic preload of the transducers, the detec-tion of an optimal excitation frequency, the interrelationship between process loads and the high-voltage of the actuator and the changes of transducer admittance, which are sensorically used. Additionally, the transducer stiffness under resonant excitation is analyzed and first control results of static and quasistatic force control are showed.

Part supply is a major bottleneck for successful automation in micro assembly. So far, vibratory conveyors working according to the micro throw principle are applied predominantly. However, missing flexibility, fault liability and abrasive wear are significant disadvantages. In this paper, a multi body simulation model describing the micro slide principle including all major influencing parameters for micro parts is presented. By means of experiments with an especially designed piezoelectric conveyor, the functionality and advantages of this principle are demonstrated and the model is validated. Furthermore, optimization of the conveyor by automation, miniaturization and modularization is shown.

Micro-manufacturing processes are often characterized by unknown correlations between process parameters and quality characteristics. Due to the large amount of process data a systematic approach is needed. This paper describes an approach to use data mining methods on production data from micro manufacturing processes. A micro powder injection molding process is used as an example to validate the approach and the results of an initial analysis are presented.

Der Maschinen- und Anlagenbau ist das Rückgrat der deutschen Exportwirtschaft. Viele deutsche Unternehmen stehen im internationalen Vergleich in Sachen Qualität, Know-how und Professionalismus nach wie vor weit oben. Doch welches Zukunftspotenzial birgt die Branche wirklich? Und wie nehmen Investoren, Innovatoren, Entscheider und Kunden sie wahr? Fest steht: Die hohe Volatilität der Weltwirtschaft, die insbesondere in 2009 Sturmcharakter angenommen hat, stellt uns genau wie die aufkommende Konkurrenz aus Fernost vor nie zuvor dagewesene Herausforderungen. Welche neuen Geschäftsmodelle, Partnerschaften und internationale Strategieausrichtungen werden greifen? Und wie setzen führende Unternehmen diese erfolgreich um? Was bedeutet die immer lauter werdende Mission Change-to-Green für zukünftige internationale Marktregeln? Zwingt der Geiz-ist-geil-Gesellschaftstrend nun auch die Industrie dazu, drastisch die Kosten zu senken? Oder bergen globale Firmennetzwerke und Produktionsausrichtung nach Fernost ungeahnte Perspektiven? Innovative Branchenköpfe sind gefordert, Netzwerkpotenziale, intelligente Technologien und Kapital im internationalen Markt-Spielfeld strategisch einzusetzen, um neue Wege zur Exzellenz einzuschlagen. Die Jahrestagung soll deshalb den Maschinen- und Anlagenbau mitsamt seinen Zukunftschancen und Problemen thematisieren. Eine hochkarätige Expertenrunde wird mit Offenheit, Flexibilität und Vorausschau diskutieren. Erfahren Sie jetzt und heute, wo Sie heute investieren sollten, wo Sie heute Kapital erhalten und welche gesunden Strategien heute greifen, um den internationalen Märkten von Morgen gerecht zu werden.

Mit dem Spitzentechnologiecluster „Energieeffiziente Produkt- und Prozessinnovationen in der Produktionstechnik“ (eniPROD) werden die am Wissenschaftsstandort Chemnitz vorhandenen exzellenten Forschungsbereiche gebündelt, um einen national und international sichtbaren Beitrag zur Umsetzung der Vision einer nahezu emissionsfreien Produktion bei gleichzeitiger Reduzierung des Energiebedarfs und der Erhöhung der Ressourceneffizienz zu leisten. Ziel des Kolloquiums eniPROD ist es, wissenschaftliche Grundlagen zur energetischen Bewertung im Maschinenbau zu diskutieren. Dazu analysieren Wissenschaftler und Praktiker aus den verschiedenen Forschungsbereichen die Produktionsprozesse und -systeme und stellen die energetischen Wirkzusammenhänge dar.

This paper outlines a threefold methodological approach integrating dimensional measurement, virtual tests of measured real gears and physical tests of real gears. As a demonstrator for the presented methodology high-loadable microgears made of zirconium oxide are used.

Manufacturers of machine tools face worldwide competition which is tightened by demands for TCO (totalcost of ownership) contracts, requiring a guarantee of a certain availability of their products. This availabilityis naturally affected by wear of machine components. It depends on the use of the machine tool in dailyoperation and correlates with the occurring load spectrum. The real load spectrum, however, is widelyunknown. When designing a machine tool, the future load application is estimated from the designerâ??sexperience. The real loading from cutting operations and motion usually highly differs from theseassumptions. Hence, multibody simulation in combination with controls and CNC simulation offers thepossibility to investigate the realistic load spectra of several machine components when performing thesimulated operation of a given CNC program. The load levels can be accounted for, and the overall weartime can be accumulated and allocated to wear regions on the components with respect to the stressing.Thus, the progress of component life consumption can be obtained by simulation, which is useful for theappropriate requirements towards the machineâ??s components at the point of the machine design. This paperwill present a practical approach to the estimation of machine tool component life based on simulation.

Um heutige Kundenbedürfnisse im Bereich Powertrain zu erfüllen, müssen Hersteller von Werkzeugmaschinen eine breite Palette an Randbedingungen und Maßnahmen berücksichtigen. Ein Trend ist beispielsweise die Forderung nach Komplettlösungen, die neben der eigentlichen Maschine auch Prozesse, Vorrichtungen, Werkzeuge und Verkettung mit einschließt. Dabei soll bei gleichzeitig niedrigen Investitionskosten bzw. Stückkosten und auch immer häufger niedrigen TCOs (Total Cost of Ownership) eine hohe OEE (Overall Equipment Effectiveness) erzielt werden. Um dies zu erreichen, sind innovative Ansätze gefragt. In dieser Veröffentlichung wird, ausgehend von einer fktiven Kundenanfrage, der Prozess zur Erreichung der geforderten Zielkosten geschildert. Dazu werden die einzelnen Kostensenkungsmaßnahmen geschildert und mit Beispielen hinterlegt. Die Basis bildet eine enge und vertrauensvolle Zusammenarbeit mit dem Kunden.

Der Beitrag zeigt die Vorgehensweise und die Ergebnisse des vom BMBF geförderten und vom PTKA-PFT betreuten Verbundforschungsprojekts OPTILAST. Ziel des Projekts ist - aufbauend auf der in der Einleitung aufgezeigten Motivation und einer repräsentativen Ausfallanalyse von Werkzeugmaschinen - die Entwicklung einer durchgängigen Methodik zur Steigerung der Verfügbarkeit. Dabei soll der Betrieb einer Maschine über den Lebenszyklus optimiert werden, indem ausgehend von einer fortlaufenden Belastungs- und Zustandsüberwachung zustandsabhängige Servicemaßnahmen eingeleitet werden.

The geometry of micro milling tools currently in use have been adopted from macro tools, assuming that chipformation and process kinematics are analogical in both types of tools [1]. Experience has proved that micro toolsrespond to influences in a very different way than macro tools [2]. Oftentimes, structural details such as the rake angleand the twist angle impede further miniaturization and are impossible to achieve with conventional manufacturingtechniques. Therefore it is necessary to get a comprehensive understanding of the entire process by taking a structuremechanical and cutting technological approach to micro milling tools in order to be able to optimize them. Anotherobjective consists in the production of these miniaturized milling tools by means of force-free procedures such as laserablation and electrical discharge machining.The present state of research already puts the deficits of the currently available tools on display. Insufficientmanufacturing tolerances of ½10 ă¬m, constitute a substantial change of cutting conditions for the commonly usedlateral infeed or feed per tooth of a few micrometers. Sometimes, only one cutting edge is engaged, which results inincreased wear and, therefore, reduced durability, increased cutting forces, minor surface quality and a higherprobability of milling cutter breakage. For that reason, a single-edged geometry has been proposed. It guaranteesclear adjustment of the process parameters feed per edge and lateral infeed. For that purpose, stability analyses ofsimple stylus geometries have been conducted by means of FEM simulations. The resulting tool with a diameter downto 30 Šm was machined on the EDM-machine at the wbk (Sarix SX 100). First tests have been carried out that provethe ability of these tools to cut steel.

Der deutsche Maschinen- und Anlagenbau zeichnet sich durch innovative und qualitativhochwertige Produkte aus, wodurch er eine Führungsrolle beim Einsatz neuer Technologieneinnimmt. Als Fazit einer Analyse heutiger Ansätze zur Maschinenauslegung kann festgestellt werden, dass die Maschinentechnik oft nicht an die real auftretenden Belastungen angepasst wird, da diese nicht bekannt sind und nur durch vereinfachte Lastkollektive abgeschätzt werden. Der zunehmende Trend, Verfügbarkeitsgarantien in Angebote und Verträge über den Kauf und Betrieb einer Werkzeugmaschine aufzunehmen, erfordert allerdings eine geeignete Maschinenauslegung. Der Artikel beschreibt die Vorgehensweise sowie Ergebnisse aus dem BMBF-Projekt OPTILAST.

Nonlinear scaling effects for decreasing cutting depths h , so called processspecific size-effects, are investigated for normalized AISI 1045 in an orthogonal cuttingprocess. The characteristic increase of the specific cutting force c k for decreasingcutting depths is described by the Victor-Kienzle-Equation. Particularly for microcutting - when the cutting depth becomes of the same order as the cutting edgeradius 㯠r - the ploughing process becomes increasingly important and influences thechip formation process strongly. Therefore, the Victor-Kienzle-Equation is extended bya term taking the influence of the ratio r / h 㯠on the specific cutting forces intoconsideration. Furthermore a formulation for the dependence of the specific passiveforce p k on r / h 㯠is given analogously to the specific cutting force. Similar to thereaction forces, the surface characteristics - namely surface work-hardening androughness - are also influenced by 㯠r and were therefore measured in detail.

Test pieces are essential for validating the quality of numerical controlledmachine tools. Nowadays, there has been no standardised test piece for high-precision5-axis machine tools in micro machining technology. This makes it even more difficultto compare machine tools of different manufacturers and to carry out a simple test ofexisting ones. This paper aims at covering the demand in an established, standardisedtest piece for simultaneous 5-axis machining in micro technology. A draft of a micro 5-axis test work piece was developed for this purpose, which shows the propergeometrical features for validating the capabilities of micro milling machines.Manufacturing on the micro scale faces specific challenges which is why this research isbased on a holistic focus of the micro manufacturing chain while minimising failurecauses and ensuring measurability.

The actual geometrical design of micro milling tools has been adopted from macro tools, assuming that the effects during the milling process are analogical. Experience has also proved that micro tools respond to influences in a very different way than macro tools do. So it is very important to achieve a comprehensive understanding of the entire process by taking a structural, mechanical and cutting technological approach to micro milling tools in order to be able to optimize them. Oftentimes, structural details such as the rake angle and the twist angle impede further miniaturization and are impossible to achieve with conventional manufacturing techniques. This paper deals with an alternative method to manufacture structural optimized milling tools, namely Electro Discharge Machining (EDM). The present state of research already puts the deficits of the currently available tools on display. Manufacturing tolerances of ½10 ă¬m on a micro tool are insufficient to ensure constant cutting conditions for the commonly used lateral infeed or feed per tooth of a few micrometers. Sometimes, only one cutting edge is engaged, which results in increased wear, increased cutting forces, minor surface quality and a higher risk of milling cutter breakage. That is why a single-edged micro milling tool has been developed. It guarantees clear adjustment of the process parameters, feed per edge and lateral infeed. For that purpose, stability analyses of simple stylus geometries have been conducted by means of FEM simulations. Corresponding to the results of the simulation the geometry of this tool was optimized in several steps. The resulting tool with a diameter down to 30 ă¬m was machined on the EDM-machine (Sarix SX 100) at the wbkâ??Institute of Production Science. Initial tests have been carried out and showed the ability of these tools to optimize cutting process.

Assuring stable output quality of micro parts monitoring the tolerances of the production technologies via measurement is a must. Due to the tight tolerances of the measured parts the operator has a considerable impact on the measuring results of the machine. Therefore a precise and vibration free in-line measurement needs the operator separated from the measuring machine. For establishing such an automated inline QA system for micro parts the loading of the measurement machine parallel to primary processing time must be automated. For automation parts must be fixed upon carriers and transported without injury into and out of the measuring machine. Therefore, a vibration free semi-automatic handling device with buffering capacity has been developed and tested. With the aid of automation the operator of the measuring machine is decoupled from the measuring machine at all times. The loading of the carriers used during measurement can be performed parallel to primary processing time of the measuring operation thereby lowering the workload for the operator. For the loading of the carriers a mechanical gripper with force control is being used. With automated loading of the machine from a buffer of 16 carriers the measurement cell can work in a batch mode. Thanks to precise automated loading the measurement results can be enhanced because the operator is decoupled from the machine as shown in a prototype.

The paper shows the application of the statistical resampling technique called "TheJackknife" to compute uncertainties of measurement results in coordinate metrology,introduced by the reduction of a point cloud to an ideal substitute geometry. Inaddition, a method is proposed which uses the computed Jackknife data to analyze theinfluence of single touch points on the measurement result. Exemplary, the procedureis applied to a point cloud of a 2-dimensional circle.

This paper investigates strategies of dimensional metrology and functional testing in order to assess the quality of micro gear wheels. Micro adequate probing strategies, a new standard for micro gear wheels and simulative rolling experiments on a functional test rig are discussed.

Small and medium-sized companies encounter enormous difficulties when trying to implement so-called lean methods according to the role model of the Toyota Production System. This is caused by the varying effects of lean methods on production figures depending on the production conditions concerning product variety and volumes, variation of process and set-up times etc. Thus, there are no general guidelines for the â??best possibleâ?? implementation of these methods in a small series production. This article shows an approach to analyze and evaluate the influence of lean methods in small series productions based on quantified interdependencies with the relevant production figures.

The pay-off of modern production systems can often only be achieved through high overall equipment efficiency. Availability of single assemblies and components is a crucial factor for overall equipmentefficiency. This research aims at increasing the availability of a machine as a whole by means of themodularization and optimization of maintenance activities for individual assemblies. A method for assessing the maintainability of components, assemblies and an entire machine tool is developed. The illustrated algorithm allows for the identification of collateral components which require replacing when adjoining components are replaced even though their own service life is not yet exceeded. A modularization approach was elaborated for the application of this method reducing the constructive design of a machine tool to maintenance-relevant parameters and taking into consideration the significant interdependencies of components and assemblies in terms of disassembly. The respective routines were programmed in asoftware environment for easy and quick implementation.

Introduction in assembly is a cmcial bottleneck for successfi.tl automation [I]. The of costs incurred from feeder technology is particularly high in micro because the orienting devices need to be adjusted to each part to bc and are only flexible to a small extent. Additional adhesion forces render feeding of micro parts even more difficult [2]. objective of the state-funded project (AIF-Proinno TI) is to develop a computernovel Vibration conveyor in the form of a 3D micro vibration conveyor for the of mainly micro parts that offers the possibility of contour-controlled feeding. all-purpose conveyor system is capable of forwarding the most diverse parts in ofshape, geometry, mass, inertia and characteristics. Unlike conventional tools, innovative vibration conveyor system is able to f01ward parts according to the best available technology not only in one direction (one-dimensional), but on any, freely specified path in any direction of a plane including inclined planes. Besides, the Iimits to the types of micro parts that can be conveyed are to be reduced considerably through a thorough understanding of the philosophy of movement of micro parts and the resulting alignment of movement parameters (frequency, amplitude, phase displacement, surface, etc.). The development of a simulation model for the simulation of the movements of micro parts and the development of a simulation model and a functional prolotype of the novel vibration feeder are presented.

Thermal micro-sinter-joining of micro parts further enhances the potential of micro system technology. Powder injection moulding (PIM) already gives great freedom to the designer of micro parts both metal and ceramic. Until now the complexity of the produced parts and assemblies was limited due to the process conditions and to the tight assembly tolerances. Thermal micro-sinter-joining with flexible green state assembly of parts outside of the injection mold allows more complexity with bigger tolerances at the same time. Tolerances are bigger because thermal micro-sinter-joining exploits the partsâ?? shrinkage during sintering for the joining operation. It is the handling of the fragile green parts that is also challenging guaranteeing precision and little force at the same time. The article describes an automated production cell that has been developed for stable production conditions. It connects the processes of powder injection moulding and green state assembly with a continuous debinding and sintering furnace. By the above means parts can be transferred automatically and continuously to the thermal operation. For proper processing conditions during debinding, the assemblies have to be placed upon especially designed trays, guaranteeing a deformation free debinding operation. The actual joining takes place during the following sintering operation making use of the shrinkage of the assembled bevel gears during sintering. With this option a high level of precision can be reached in the final parts without the necessity of tight tolerances during assembly. The resulting assemblies have even more complex shapes than the original PIM parts. As an example metal bevel gears and rods have been realized by thermal micro-sinter-joining. With the introduced technology designers of micro system technology gain more freedom since thermal micro-sinter-joining results into new combinations of both material and design.

Producers of machine tools and production lines face an increasing demand to include availability guarantees into offers and contracts. For appropriate cost estimation, the occurring wear of components, such as roller guides or ball screws, resulting from operational loads needs to be considered. Ideally, a machine would be designed to bear the occurring loads for exactly the time required within the contract. However, values for real loads are widely unknown, which in result leads to unknown wear and component failure. It is therefore desirable to identify the components that are most likely to wear out early, adapt the machine performance to a maximum reliability level and ideally design the machine tool for optimum life towards the load conditions to be sustained.

In order to justify the purchasing costs of modern machine tools, availability increase represents a major challenge for companies. Machine availability for a planned application is a function of reliability and necessary maintenance activities. Maintenance activities carried out on a regular basis can prevent sudden and unexpected failures and therefore increase the availability. This can be achieved by either adapting maintenance schedules towards the specific machinesâ?? requirements, or by frequently carrying out minor maintenance tasks through a skilled machine operator. Analyzing and revising current machine tools with regard to their maintenance-friendliness, servicing and inspection activities leads to a split-up between production and maintenance responsibilities.

Manufacturers of production facilities must not only be able to support their clients actively through the Life-Cycle with optimization of machines and productivity, but also establish a profitable environment of product-accompanying services. Therefore, a method has been developed which allows calculating the costs of service contracts in the offer phase. Subjected to different influencing variables, which are deposited with stochastic distributions the costs will be acquired with the Monte-Carlo simulation. The Monte-Carlo simulation is used for the estimation of uncertain predictions.

Due to the higher number of significant influencing factors (microstructure, temperature etc.), micro manufacturing processes are subject to higher variability than processes in the macro range. With regard to micro cutting, the roundness of the cutting edge and microstructure properties of the machined material have a great impact on the achievable surface quality. In case of sequential removal the cutting process affects surface layers that, other than the base material, are already hardened from a former removal process. Only traditional control charts will detect process shifts (e.g. caused by material inhomogeneities) but cannot take care of continuous process improvement. Therefore, a control loop that adaptively adjusts the process parameters to the changed surrounding conditions for each cycle is required. By using an extended Victor-Kienzle model, the improvement in surface quality through control of the cutting force, cutting edge radius and cutting speed is shown empirically.

Das Pulverspritzgießen von Mikrobauteilen hat in den vergangenen Jahren eine zukunftsweisende Entwicklung erfahren. Die Erweiterung des Anwendungsspektrums auf mechanisch und chemisch hochbe­lastbare, hochpräzise und komplexe Mikrobauteile aus unterschiedlichsten Materialien bei Fertigung mit vari­ablen Stückzahlen setzt auch Varianten der Pulverspritzgießverfahren voraus. Dazu sollen die zwei Mikrourformverfahren, nämlich das Zwei-Komponenten-Mikro-Pulverspritz­gießen (two-components micro powder injection molding = 2C-MicroPIM) und das Sinterfügen verwirklicht werden. Mit diesen Urformverfahren können der Handhabungs-, Justage- und Montageaufwand für Mikrosysteme aus Metallen und Keramiken reduziert und eine erhöhte Integrations­dichte und Funktionalität erzielt werden. Für eine effektive Umsetzung von Forschungser­gebnissen in die industrielle Anwendung muss die ganze Prozesskette beginnend mit der Konstruktion und Ent­wicklung bis zur Qualitätssiche­rung und der Ermittlung der Bauteileigen­schaften nach dem Sinter­n betrachtet werden. Mit Hilfe beider Mikrourformverfahren sollen künftig einerseits verschiedene Materialien mit­einander kombiniert und andererseits feste beziehungsweise bewegliche Verbindungen zwischen den Fügepart­nern verwirklicht werden. Der Fortschritt in der Forschung und Entwicklung wird insbeson­dere durch die Reali­sierung von Welle-Naben-Verbindungen zwischen Mikrozahnrädern und ent­sprechend kleinen Wellen demonstriert.Innerhalb des Themenfeldes 2-Komponenten-Mikro-Pulverspritzgießen werden die Konstruktion und der Bau eines Werkzeugs für die Welle-Nabe-Verbindung sowie erste Ergebnisse der Untersuchun­gen zu Eigen­schaften ausgewählter Keramikpulver und damit hergestellter Formmassen für die besonderen Anforderungen des 2C-MicroPIM vorgestellt.Da der Fügeprozess beim Sinterfügen außerhalb der eingesetzten Spritzgieß­werkzeuge stattfindet, können bei diesem Verfahren variierende Bauteilgeometrien und Materialarten miteinander kombiniert werden. Der Artikel stellt hierzu das Konzept zur Erzeugung einer Welle-Nabe-Verbindung sowie deren Umsetzung in Vorversuchen vor. Darüber hinaus wird eine Automatisie­rungslösung für die Montage der Welle mit dem Zahnrad außerhalb des Spritzgießwerk­zeuges vorge­stellt.

Für die Herstellung von Formeinsätzen für das Mikropulverspritzgießen sind die Verfahren Laserabtragen und Funkenerosion in Bezug auf verwendbare Materialien und Miniaturisierungspotenzial sehr gut geeignet. In der gegenwärtigen Phase des SFB 499 werden beide Verfahren u.a. hinsichtlich Prozessgenauigkeit, Bearbeitungszeit und Miniaturisierung untersucht und weiterentwickelt. Im Teilprojekt Mikrofunkenerosion werden Defizite in der Prozesssicherheit bei der Bahnerosion näher beleuchtet, kleinste Elektroden durch das funkenerosive Schleifen (â??WEDGâ??) hergestellt sowie die simultane, mehrachsige Bearbeitung zur Fertigung von schneckenförmigen Strukturen erforscht. Das Teilprojekt B6 â??Kombination von Laserablation und Mikrofunkenerosionâ?? beschäftigt sich sowohl mit der Optimierung der Laserablation als auch der Erarbeitung von Strategien zur Kombination beider Verfahren. So wurde eine Abtragsregelung entwickelt, die es erlaubt, den Laserabtrag online zu messen und daraufhin den Fokuspunkt entsprechend nachzuregeln. Neben der Untersuchung und dem Ausgleich von entstehenden Wandwinkeln wurde auch eine kombinierte Laser-/Bahnerodiermaschine entworfen.

Bei der Produktion von keramischen Mikrokomponenten mittels Mikro-Pulverspritzgießen werden an die Farmeinsatz-Werkzeuge hohe Anforderungen bzgl. der Verschleißbeständigkeit und Entformbarkeit gestellt. Im Rahmen der hier vorgestellten Forschungskooperation wurden Formeinsätze aus vergütetem Formenbaustahl durch Mikrofräsen strukturiert und zusätzlich die Oberflächen mit unterschiedlichen Feinbearbeitungsverfahren nachbehandelt Das Verschleiß- und Entformungsverhalten wurde anschließend in Modellprüfständen unter Beanspruchung durch keramische Formmasse charakterisiert. Die Untersuchungen zeigten, dass neben Härte, Gefügehomogenität und Oberflächenzustand des Farmeinsatz-Materials auch die Eigenschaften der Formmasse, wie Binderzusammensetzung, Pulverfüllgrad oder Härte der keramischen Pulverpartikel das Verschleiß- und Entformungsverhalten maßgeblich beeinflussen.

Aufgrund der hohen Anforderungen an den Bediener eines Multisensor-Koordinatenmessgerätes für die Messung mikrostrukturierter Bauteile wird in dem BMBF-geförderten Verbundforschungsprojekt 3D-μMess ein Leitfaden für die Unterstützung des Bedieners während der Messablaufplanung entwickelt. Der vorliegende Beitrag erläutert den entwickelten interaktiven Ansatz für die Auswahl eines geeigneten Sensors zu einer vorliegenden Messaufgabe.

This article describes a concept for the configuration of global Value Added Networks based on Business Capabilities. Business Capabilities are used to describe the planned added value and the abilities of the existing nodes (own sites or partners) within the network, without having to define used technologies and resources. A matching of Business Capabilities needed for the planned added value and of Business Capabilities provided by potential nodes, allows an assignment of added value content to these nodes. On node level and thereby decentralized the Business Capabilities can be combined with suitable technologies and resources. This combination is defined as Value Added Module. By composing needed Business Capabilities or Value Added Modules, different network alternatives can be configured and compared. These alternatives of the Value Added Network can be evaluated based upon a predefined target system. The article presents the concept of Business Capabilities and an outlook to a supporting IT-solution.

Operators of production facilities increasingly demand forecasts and obligatory promises about Life-Cycle-Costs and performance values from manufactures. On one hand these values are being used by the operator for supplier comparison during purchase. On the other hand the manufacturer must take over negotiated cost shares and possibly optimize the equipment in case of cost overrun. Goal of the research project LICMA - Life-Cycle Performance for manufactures of productions facilities is to optimize the forecast of Life-Cycle-Costs and performance values for the operator and manufacturer. Manufacturers must not only be able to support their clients actively through Life-Cycle with optimization of machines and productivity, but also establish a profitable cooperation based on partnership.

Dry machining of power train components (eg. cylinder blocks, heads) is very challenging. High heat input dueto the lack of coolant can result in an inhomogeneous temperature distribution leading to omni directionaldistortion. This distortion can be calculated using FEM simulation. It requires however a detailed knowledgeabout the heat input of each operation. So far this can only be determined by extensive experiments. The aimof this paper is to present a model describing the heat input as a function of cutting parameters and toolgeometry. Based on this model the heat input can be calculated. This allows the simulation and optimizationof the operation sequence.

For manufacturers of machine tools a core challenge is to offer complete, client-specific production systems as a system supplier. Consequently, the requirements for automation and handling technology are constantly increasing. In particular, the type of linkage between machine tools and peripheral devices is very important. Usually several suppliers are involved in the development of an agile manufacturing system (AMS), due to the numerous components of handling systems. In most cases, there is no transparency about the process chain, the capabilities and necessities of handling and automation functions on all supplier levels. Furthermore, every supplier optimizes its own part of the system in terms of cost, cycle time and availability. The wbk Institute of Production Science developed a new simulation-based configuration tool for an optimal sharing of automation and handling functions among the suppliers of AMS. The focus of the approach lies on the automation and handling functions, such as transport, clamping, gripping, and the layout of machining cells, but not on the optimization of machine tools themselves. The objective of this paper is to achieve an overall optimum regarding output, utilization of machining cells and availability of an integrated automation process chain.

Decreasing product life-cycles and resulting market pressure to launch newproducts in continuously decreasing time intervals are describing todayâ??sautomotive industry [1]. Therefore production ramp-ups are gaining more andmore importance. Production ramp-ups are characterized by new products, newproduction technology and instable business processes. One main problem toachieve planned output and efficiency targets is the availability of human andtechnical resources during production ramp-up. In this paper, a new simulationbased resource planning method for production ramp-ups is introduced. Themethod supports resource planning during production ramp-up based on businessprocesses,quality of production processes and operational availability ofmachinery. Next to theory a prototypical implementation and simulation results arepresented. This research project is sponsored by the German Research Foundation(DFG).

The Life-Cycle-Performance of machine tools is a key figure concerning aspects of cost and benefits such as ahigh reliability and availability [1]. The dependence of production facilities on a high and constant availabilityincreases with the degree of utilization. Hence, the availability of machine tools is substantial for the economicsuccess of a manufacturer. The configuration of equipment elements in line with adapted productaccompanyingservices decisively contributes to the availability assurance. Thus, the aim of the article is topresent a comprehensive calculation model to optimize the Life-Cycle-Performance of machine tools by asuitable reliability and availability prognosis considering the availability contribution of alternative machineequipment options and product accompanying services.

Recently an increasing number of customers demands more extensive warranties from the machine buildingindustry. In order to control and maintain the arising costs from the sellerâ??s point of view, the paper in handpresents a generic and comprehensive approach to estimate the distribution function of machine warrantycost. Based on the estimation of the failure rate distribution certain life cycle cost elements are quantifiedeither deterministically or stochastically depending on their characteristic. The Monte-Carlo simulation is usedfor the flexible consideration of the entire system and the estimation of risk figures such as the Value-at-Risk.

By laser ablation with ultra short laser pulses, smallest micro structures with sizes in the micrometer region can be manufactured in hardened steel. However, problems arise through the unknown ablation depth. The material is removed in layers and thus the focal plane has to be adjusted after each layer. Since the ablated volume can change due to inhomogeneities in the material and due to varying plasma shielding, it is likely that the focal plane will deviate from the surface of the work piece after several ablated layers. To avoid this problem an online ablation control, based on a white light sensor, is currently being developed at the wbk Institute of Production Science. The sensor light is superimposed on the laser beam by means of a dichroic mirror, so that it becomes possible to measure in the time between two consecutive ablating laser pulses. The focal plane can then be readjusted during ablation. The experiments were performed with a Nd:YAG laser with a pulse duration of 13 picoseconds and a spot size of two microns.

Due to the ongoing miniaturization in industrial fields like automotive, electronics or medical the development of new manufacturing processes suitable for micro system technologies gains more and more importance. Especially ablating manufacturing technologies like laser ablation are well-qualified to process micro structures in wear resistant materials like hardened steels and solid carbide. However, the surface quality of the manufactured parts depends strongly on machine tool and process parameters as well as on the applied material. This paper presents an extensive investigation of the influence of pulse overlap, line overlap and laser energy on the surface roughness of hardened tool steel (X38CrMoV5-1). A frequency-tripled (355 nm) Nd:YAG laser with a pulse duration of 13 ps was used for the experiments. To meet the requirements in terms of accuracy linear axes are used instead of galvanometer scanners.The resulting surface roughness varied in a broad range. The surface roughness could be improved from Ra = 5 Šm for the worst process parameters to Ra = 0.2 Šm with optimized parameters.

The core challenge of an industrially applicable and economic production of wear resistant micro components and systems is the establishment of both robust and flexible manufacturing process chains. In order to guarantee those stable process chains, manufacturing processes have to be controlled and continuously improved by an effective and fast interfering operational quality assurance that is adapted to the micro-specific framework. Since tolerances of micro-structured parts are in the micro- and sub-micrometer range, geometric measurement results have to meet high requirements in terms of precision and reliability. Therefore, in order to control manufacturing processes in micro production based on measurement data the increased importance of measurement uncertainty and measurement variation has to be considered. Measurement data show an interference of measurement and manufacturing distribution and can lead to wrong decisions when deciding whether the micro manufacturing process is in or out of control. Thus, the focus of the paper lies on continuously monitoring, controlling and separating measurement and manufacturing variation in a flexible, simple and reliable manner. Therefore, a new type of a multivariate µ-EWMA control chart developed at wbk is discussed and benchmarked with traditional control charts. The paper concludes with first results of the application of the multivariate µ-EWMA chart in micro production environment.

Tolerances of micro-structured parts are in the micro- and sub-micrometer range. Therefore geometric measurement results have to meet high requirements in terms of precision and reliability. As a result the precise estimation of measurement uncertainty is of foremost importance. Furthermore, the estimation has to be flexible, simple and reliable.This research investigates the characterization of dimension, shape, and position of workpieces in micro-dimensions, for which coordinate measuring machines (CMM) are mainly used. In order to determine the task-specific CMM measurement uncertainty the experimental approach offers the most viable method also for an industrial application. The experimental method is based on the repeated measurement of one or more calibrated objects which resemble the actually measured workpieces. In order to estimate uncertainty as precise as possible, it is necessary to minimize the influences of calibration and the shape deviation of the reference object. Moreover, similarity of possible reference objects and actually measured objects is an essential issue.Therefore, similarity requirements for the experimental approach are discussed and a classification scheme is proposed. Additionally, different manufacturing techniques for calibration-adequate micro structures have been investigated with respect to their limitations in terms of producible geometries and their precision. Besides, first results for process-characteristic influences on the shape of micro-structured parts are presented and validated by experiments with reference objects made by laser-ablation and micro milling processes.

This paper surveys and discusses high precision manufacturing and production technologies for an automated process chain of micro mechanical products according to their process boundaries and conditions. The process chain of direct manufacturing of parts and indirect manufacturing via mold and tools and quality assurance is outlined.

In order to assess the quality of dimensional micro measurements it is essential to provide adequate geometrical standards. In micro coordinate metrology this need is especially valid for workpiece-resembling standards, which can be employed to estimate task-specific measurement uncertainties. Regarding standard geometries research work to provide geometrical micro standards is known. However, this is not the case for micro gears with involute profiles, which are in particular industrially relevant among micro-mechanical parts. Therefore, a geometrical standard for involute micro gears has been developed, assembled, calibrated and applied on a coordinate measuring machine. The results of the international cooperation between the Institute of Production Science, Karlsruhe, the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), both in Germany and Kyoto University, Japan are presented and discussed in this paper.

Eine hohe Zuverlässigkeit von Maschinen und Anlagen bei gleichzeitig niedrigen Lebenszykluskosten ist eine zentrale Zielsetzung in der Produktionstechnik. Die Ausstattung von Produktionsanlagen mit robusten Komponenten trägt in Kombination mit geeigneten Servicemaßnahmen zur Sicherung einer hohen Zuverlässigkeit und der damit verbundenen Verfügbarkeit bei. In diesem Beitrag wird eine Methodik vorgestellt, mit der die Zuverlässigkeit von Maschinen und Anlagen unter Berücksichtigung verschiedener Betriebsbedingungen berechnet und prognostiziert werden kann. Ferner werden in dem umfassenden Berechnungsmodell die Auswirkungen alternativer Maschinenkonfigurationen und Serviceleistungen sowohl auf die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit als auch auf die Lebenszykluskosten berücksichtigt.

Die wesentliche Herausforderung für eine industriell umsetzbare Mikroproduktion ist die Entwicklung robuster und flexibler Fertigungsprozesse. Um Robustheit und Flexibilität auch in Mikrodimensionen zu realisieren, müssen die Fertigungsprozesse durch eine schnelle, fertigungsnahe und den mikrospezifischen Besonderheiten entsprechende Qualitätssicherung kontinuierlich geregelt und verbessert werden. Bisher sind Mikrofertigungsprozesse durch eine hohe Variabilität aufgrund der höheren Anzahl signifikanter Einflussfaktoren bestimmt. Darüber hinaus liegen die Toleranzanforderungen mikrostrukturierter Bauteile im Mikro- und Submikrometerbereich, was höchste Genauigkeitsanforderungen an die Messverfahren stellt. Um Mikrofertigungsprozesse basierend auf Messdaten zu regeln, muss der erhöhten Bedeutung der Messunsicherheit und der Messstreuung im Vergleich zu den geforderten Toleranzen Rechnung getragen werden. Messdaten zeigen dabei immer eine Überlagerung von Fertigungs- und Messstreuung, die im Falle höchster Toleranzanforderungen zu falschen Entscheidungen bezüglich der Annahme oder Ablehnung von Bauteilen führen kann. Daher liegt der Fokus der vorliegenden Forschungsarbeit im Rahmen des SFB 499 auf der kontinuierlichen Überwachung, Regelung und Trennung von Fertigungs- und Messstreuung mit Hilfe statistischer Werkzeuge. Es wird sowohl ein neuartiges Qualitätsregelkarten-Design als auch ein Regelkreis zur Kombination von Statistischer Prozessregelung und Statistischer Modellierung, welche im Rahmen des SFB 499 entwickelt wurde, vorgestellt und diskutiert. Der vorliegende Artikel schließt mit ersten Ergebnissen über den Einsatz der statistischen Werkzeuge im mikroproduktionstechnischen Umfeld.

Aktuelle Entwicklungen im Maschinen- und Anlagenbau rücken zunehmend die Lebenszykluskosten und die Verfügbarkeit von Anlagen als Verkaufsargumente in den Vordergrund. Durch den Einsatz von Systemen zur Maschinendiagnose kann dabei ein entscheidender Beitrag geleistet werden, den aktuellen Zustand einer Maschine zu erfassen. Aufbauend auf der Zustandscharakterisierung können dann sowohl Maßnahmen zur kurzfristigen Behebung von Störungen als auch Aktionen zur langfristigen, nachhaltigen Optimierung der betrachteten Maschine abgeleitet werden.

Aktuelle Entwicklungen im Maschinen- und Anlagenbau rücken zunehmend die Lebenszykluskosten und die Verfügbarkeit von Anlagen als Verkaufsargumente in den Vordergrund. Ein â??Condition Monitoringâ??-System für eine Werkzeugmaschine kann durch die Erfassung des aktuellen Zustands einer Maschine im Bedarfsfall geeignete Maßnahmen zur Störungsbehebung vorschlagen und somit die Verfügbarkeit erhöhen. Eine nachhaltige Steigerung der Zuverlässigkeit der betrachteten Maschine kann durch eine konsequente Rückführung der Praxiserfahrungen erzielt werden. Die Daten aus dem Betrieb werden dabei in eine Datenbank zur Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (FMEA) zurückgeführt. Am Beispiel eines mittelständischen Maschinenherstellers, seiner Lieferanten und eines Diagnosesystemanbieters wird in einem von der Stiftung Industrieforschung geförderten Forschungsvorhaben eine FMEA-gestützte methodische Vorgehensweise für den Aufbau und nachhaltigen Betrieb eines â??Condition Monitoringâ??-Systems entwickelt und umgesetzt.

Die real wirkenden Lasten auf Komponenten von Werkzeugmaschinen sind weitgehend unbekannt. Für die Auslegung wird daher meist auf vereinfachte Lastkollektive zurückgegriffen. Eine Möglichkeit, die Belastungen zu ermitteln, bietet die Mehrkörpersimulation. Es wird darge­stellt, wie im Verbundforschungsprojekt OPTILAST eine Simulationsumgebung, bestehend aus Mehrkörpersimulation und virtueller NC-Steuerung, aufgebaut wird. Nach der Ermittlung der wesentlichen Komponentenbelastungen sollen, basierend auf den Simulationsdaten, Rückschlüsse auf den Lebensdauervorrat gezogen werden.

Current trends in mechanical engineering show the growing importance of costs for machine tool life cycles. Since major customers increasingly focus on machine tool reliability and costs, even small and medium-sized companies that usually supply machine tools need to pay more attention to their products? life cycle. Taking these requirements into account, the manufacturers can concentrate on their current service activities and improve their long-term customer retention. The objective of the presented research project is the development of a machine tool diagnosis and prognosis system that facilitates the improvement of maintenance activities.

By laser ablation with ultra short laser pulses smallest microstructures with sizes in the micrometer region can be manufactured in hardened steel. However, machining times are slow if good surface qualities are required. Micro-EDM (electric discharge machining) is also capable of removing material without any process forces but with a higher processing speed if the structure sizes exceed a certain value. However, the surface quality is worse than with laser ablation. With the combination of both processes specific advantages can be utilized while disadvantages can partially be eliminated. The wbk ? Institute of Production Science in Karlsruhe, Germany examines the integrated machining by EDM and laser ablation without reclamping in a single machine tool. A Nd:YAG laser with a pulse duration of 13 picoseconds and a die-sinking-EDM-head (Electric discharge machining) are integrated in a five-axes machining center. With the combined machine tool, the manufacturing time can be substantially decreased, e.g. by eroding the larger structures with a die-sinking electrode and subsequently ablating the fine details with the laser beam. Also the worse surface quality of EDM-machined structures can be enhanced by post processing with an ultra-short-pulsed laser beam. The surface roughness can be decreased from Ra = 0.8 ?m to Ra = 0.22 ?m after ablating three layers by ultra short laser pulses.

The paper presents a holistic approach for the conception of a scalable micro-assembly containing the development of an integrated planning process. This integrated planning process provides methodical support to the choice of process- and handling equipment as well as to conception and configuration of micro-assembly. The selection of processes and handling tools is essential for the planning of micro-assembly. Micro-assembly can be divided into the two basic operations like joining processes as well as the appropriate handling steps. Between each joining process, a handling operation comprising mainly gripping procedures, but also the transport of components from one process step to the next, is applied. These handling operations should be integrated into the planning process due to complex handling operations of miniaturized components must be planned in detail. At present it is quite impossible to make exact predictions about the handling of micro components until it is tested in empirical studies. Thus, in the earlier phase, when physical micro components are not available, eact process- and handling-tool selection is impossible. To plan the micro handling processes a method based on feature technology is developed which includes micro-specific information considering handling steps.

Aktuelle Trends im Maschinenbau zeigen deutlich steigende Aktivitäten der Maschinenhersteller im Bereich Servicedienstleistungen. Oft ist es sowohl für die Hersteller als auch die Betreiber von Produktionsanlagen lohnend, durch Diagnose- bzw. Prognosesystem die Voraussetzung für eine zustandsorientierte Instandhaltung zu schaffen. Somit können Stillstandszeiten minimiert und gleichzeitig die Ressourcen auf beiden Seiten optimal genutzt werden. [Fle-05, PoF-05] Am Beispiel eines mittelständischen Maschinenherstellers, seinen Lieferanten und einem Diagnosesystemanbieter wird eine methodische Vorgehensweise zur Entwicklung und Umsetzung eines online Diagnose-/Prognosesystems entwickelt. Als Ergebnis des von der Stiftung Industrieforschung geförderten Projekts ZuprogOn [Zup-06] wird das System exemplarisch an einer Werkzeugmaschine konfiguriert und validiert. Darüber hinaus entsteht ein Leitfaden zur Umsetzung der Ergebnisse im mittelständischen Bereich. Als Grundlage dieser Untersuchung wurde vom Projektkonsortium das Stabbearbeitungszentrum elumatec SBZ 151 gewählt, eine 5-Achs-Fräsmaschine zur Bearbeitung von Profilen.

The increasing interest in active solutions for thecompensation of static and quasi-static displacements attooling machines, like mechatronics and adaptronics forexample, must be looked at with regard to high dynamics andaccuracy. Mechatronical systems for the compensation ofdisplacements allow for high manufacturing accuracy and atthe same time high machine dynamics. The high system costsmake an application in industrial environments impossible.Besides mechatronics the area of adaptronics shows a highpotential for cost reduction and system integration with acomparable functionality. This article describes thecompensation for piezoelectric transducer stacks in the staticand quasi-static range in particular. The piezoelectrictransducers stand out for their excellent properties as actuatorssuch as positioning accuracy and dynamics. The multifunctionalproperties of piezoelectric transducers allow for thespatial and functional integration of sensor and actuator forthe realization of active components. Due to a limited timeconstant for the use of piezoelectric transducers as sensor,static loads must be transformed into a dynamic input signalfor the transducer.The interdisciplinary design of the overall system is of vitalimportance. It is described and discussed by the example of therealization of an adaptronic strut with controllable elongationfor parallel kinematics and an adaptronic hydrostatic pressurepocket unit for an intelligent hydrostatic leveling system.

High precision engineering has a great technological potential regarding the manufacturing of micro technical products. In this field micro cutting is due to its flexibility and the possibility to produce complex three dimensional geometries in a broad variety of different materials of special importance. However, milling and turning in micro dimensions follow special rules caused by size-effects. Successful micro cutting depends on reliable processes and therefore on the knowledge about parameter adjustments and process characterization. By means of micro cutting test series and statistical analyses effects and interactions of process parameter variations for work piece material, cutting edge radii, cutting speed, and depth of cut were identified and mathematical quantified. The results show a significant influence of the mentioned factors on the response variables. Therefore, a linear model for specific cutting force and surface roughness is proposed. Furthermore, the findings are compared to the empirical cutting model of Victor-Kienzle in macro dimensions.

Im Bereich aktiver Stellachsen sind mechatronische Lösungen den Stand der Technik. Für die Entwicklung solcher Produkte steht eine geschlossene Entwicklungsmethodik durch das V-Modell [1] zur Verfügung. Einen neuen Ansatz stellt die Adaptronik dar, welche im Vergleich zur Mechatronik Potenziale einer integrierten Nutzung von Systemteilen bietet. Dadurch können Komponenten und Bauraum eingespart werden, sowie eine Reduktion der Systemkosten erzielt werden. Der Entwicklungsprozess adaptronischer Produkte, deren grundlegender Unterschied sich in der multifunktionalen Nutzung von Systemteilen darstellt, ist dabei geprägt von der interdisziplinären Abhängigkeit der Teilsysteme. Am Beispiel einer adaptronischen Stellachse für Linearbewegungen im Mikrometerbereich, wird im vorliegenden Artikel ein iterativer Auslegungsprozess beschrieben. Daraus werden die mechanischen, elektrischen und regelungstechnischen Abhängigkeiten eines adaptronischen Produkts aufgezeigt. Die Leistungsfähigkeit des auf Basis eines iterativen Auslegungsprozesses entwickelten Systems wird durch die Darstellung der technischen Kennwerte des Prototyps belegt. Des Weiteren wird ein Ausblick auf Ansatzpunkte zur weiteren Optimierung gegeben.

Jm Bereich der Simulation von Bearbeitungsprozessen gewinnt die Kopplung des Zerspanprozesses und das dynamische Verhalten der Werkzeugmaschine heutzutage immer mehr an Bedeutung. Die Wechselwirkungen zwischen Werkzeugmaschine und dem Zerspanprozess können beispielsweise zu Schwingungen fUhren, die die Qualität der Werkstückoberfläche, den Werkzeugverschleiß und die Stabilität des eigentlichen Prozesses beeinflussen. Um diese Effekte zu untersuchen, bedarf es einer gekoppelten Simulation. Um die Kopplung von Zerspanprozess und Werkzeugmaschine zu gewährleisten, ist es notwendig, die Einflüsse auf beiden Seiten zu identifizieren und deren Sensitivität zu analysieren. In den letzten Jahren wurde eine Vielzahl von Forschungsaktivitäten durchgefiihrt, um sowohl den Zerspanprozess als auch das Maschinenverhalten zu simulieren. Bei der Simulation von Bearbeitungsprozessen mit Hilfe der Finiten Elemente Methode ist es notwendig, neben den Einflüssen von Prozessparametern wie z.B. Schnittgeschwindigkeit, Vorschub oder Werkzeuggeometrie auch Modellierungsparameter wie beispielsweise Netzfeinheit oder Werkstoffversagen zu analysieren. In diesem Beitrag werden Ergebnisse von Parameterstudien vorgestellt, die den Einfluss verschiedener Modellierungsparameter zeigen. Zur Verifikation der Ergebnisse aus der Sinmlation werden diese mit Ergebnissen aus dem Experiment verglichen. Darüber hinaus wird ein erster Ansatz zur gekoppelten Simulation von Prozess und Werkzeugmaschine vorgestellt, wobei das dynamische Verhalten der Maschine in einem potenziell instabilen Betriebszustand untersucht wurde. Die nachfolgend dargestellten Ergebnisse wurden innerhalb des vorn Bundesministerium für Bildung und Forschung (BmBF) gefOrderten Forschungsvorhabens "SindBap" - Simulation industrieller Bearbeitungsprozesse erzielt. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist ein erster Ansatz für die ganzheitliche Simulation von Bearbeitungsprozessen einschließlich vorangehender und folgender Fertigungsschritte unter Berücksichtigung der Prozessbedingungen am Werkstück und der Eigenschaften von Werkzeug, Aufspannung und Maschine und ihrer statisch-dynamischen Wechselwirkungen. Um eine gesicherte Aussage zwischen Prozesssimulation und Experiment machen zu können, werden daher ausgewählte Beispiele mit dem Schwerpunkt Drehen, Fräsen und Bohren bearbeitet. Dies beinhaltet die Ermittlung werkstoffspezifischer Kenngrößen, Simulation von Prozesskräften sowie Einflussanalysen bei Parametervariation zur Prozessauslegung und -optimierung. Schließlich wird durch Einbeziehung der Werkzeugmaschine in die Betrachtung die Grundvoraussetzung fiir das Ziel der virtuellen Produktion geschaffen, nämJicb die ganzheitliche und durchgängige Simulation von Prozess und Maschine. Dabei werden das Reaktionsverhalten der Bearbeitungsmaschine auf Anregungen aus dem Bearbeitungsprozess und die Rückwirkungen auf den Prozess simuliert [ 1].

Recently many researchers have focused substantial efforts on understanding the cutting process inmechanics, capability and design. Advances in machine performance with research towards highperformance cutting (HPC) and high speed cutting (HSC) have led to improved tool properties and applicationof advanced materials. Because of that, primary processing time has been successfully reduced, which leadsto the need for re-focusing on reduction of secondary processing time. Minimizing the time for workpiece andtool changing, re-positioning, workpiece handling, and tool handling systems shift attention towardsimprovement of these systems which are currently installed in various metal cutting machine tools. This paperpresents an approach for the assessment of the technological effectiveness of workpiece and tool handlingsystems for metal cutting machine tools, gives an overview of the state of the art of these systems, surveysrecent developments and elaborates requirements for future systems.

Varying sales figures, product varieties and the globalization demand more than ever the establishment of Integrated Production Systems (IPS) in terms of a â??Toyota Production Systemâ??. Further, the necessary flexibility shall be guaranteed by organizing producing companies in Value Added Networks (VAN). Both, IPS and VAN have different requirements which must be taken into account by plant planning projects. The choice of the appropriate planning tasks to set up the project - scope planning and definition - is nowadays mainly based on experience. Hence, the Institute of Production Science (wbk) shows in this contribution a systematic approach for scope planning in plant planning projects to fulfil the requirements of IPS and VAN.

The competitiveness of manufacturing companies depends on the availability of their production facilities. The equipment of highly integrated production facilities with robust components and surveillance functionality combined with the right service elements contributes significantly towards securing this availability. In this context there exists an urgent need for research to develop methods allowing the determination of an optimal combination of machine equipment and service elements ensuring defined availability levels. The article describes the development of an integrated approach to determine the complex interdependencies between machine equipment and service levels. Furthermore, the achieved availabilities as well as the resulting costs are displayed. Based on these results, the choice of a machine is equipment and of service levels shall be harmonised. The main focus of this article is the development of a suitable reliability model combined with the identification of relevant model parameters.

Due to dramatically reduced development times and product-life-cycles the control of production ramp-up isan important criterion for the companies' success. The aim of the shown research project sponsored by theGerman Research Foundation (DFG) is the optimization of ramp-up, by developing a solution method whichallows a quality-simulation of the instable production processes during ramp-up. To achieve this, the expecteddevelopment of the quality-capability of the instable production-processes will be anticipated by the exampleof metal cutting manufacturing. Based on standardized elementary processes, the developed simulation forecaststhe capability of the production-system and the variable needs of resources during ramp-up.

Due to their high dynamics, piezoceramic materials are widely used for sensing and actuating. Recently there have been developments to use piezoelectric transducers in an adaptronic sense, as self-sensing actuators, combining these two functions. Thus, they are very interesting for the use in machine tools, e.g. for vibration damping or correction of positions via force control. However, force controlled correction of static or quasi static deflections resulting from production tolerances, installation faults and process loads is rather problematic since the discharging resistance of the ceramic material strongly reduces the measuring signal, making measuring of low-frequency signals (<< 1 Hz) difficult and measuring of static signals impossible. This problem can be reduced using the functional principle of a scale with a vibrating string. Observing the change of eigenfrequency of the vibrating string using frequency counters or phase-locked loops, the load on the string and thus the load on the piezoelectric transducer can be determined. Implemented in a strut of a machine tool the described system is used to develop an adaptronic component for compensation of geometric errors.

In the field of simulation of metal cutting the coupling of the cutting process and the dynamic behaviour of the machine tool becomes more and more a great challenge nowadays. Interactions between the machine tool and the cutting process can e.g. lead to oscillations which influence the workpiece surface quality, tool wear and the stability of the cutting process. To investigate this effect a coupled simulation is needed. In order to ensure the coupling of cutting processes and machine tools it is necessary to identify the influences on both sides and to analyze their sensitivity. A lot of research activities were done in recent years in simulating both the cutting process and the machine tool behaviour and a lot of new research questions have resulted from that research. When simulating a cutting process with the finite element method it is necessary to analyze not only the influence of process parameters such as cutting speed, feed rate or tool geometry but also the influence of modelling parameters such as mesh fineness, material failure modelling, etc.. An approach for a 3D simulation of a turning process with the FEM-program ABAQUS/Explicit is shown. Results of parameter studies, which show the influences of different modelling parameters, are presented. To verify the simulation the results in terms of cutting forces and chip shape are compared with the results obtained from experiments. In addition a first approach for coupling a cutting process and a machine tool in an ABAQUS/Explicit simulation model is presented, which fulfills the requirement of an integrated and continuous simulation of these two components.

The core challenge of an industrially applicable and economic production of wear resistant micro components and systems is the establishment of both robust and flexible manufacturing process chains. In order to guarantee those stable micro chains manufacturing processes have to be controlled and continuously improved by an effective and fast interfering operational quality assurance. The key instrument of an operational quality assurance consists in controlling the manufacturing processes via control charts. Due to the stochastic performance of micro process chains new types of quality control charts adapted to micro production constraints such as measurement uncertainty have to be developed and are discussed in the following.

Miniaturization and mechatronics are important technological trends of the last years and will gain importance in the future. Micro-mechatronics offers the advantage of increased function density on smaller space and enables new product ideas. Some micro-mechatronical products have already been put on the market but they are designed to meet the abilities of existing production techniques and are manufactured as mass products in specialized and capital intensive plants. In order to make miniaturized mechatronical systems more attractive for the market their production must be made possible in small and medium volumes at acceptable costs.The paper presents a holistic approach for the conception of a scalable micro production which consists of the development of an integrated planning process as well as the creation of a flexible production platform with general process modules. The approach is demonstrated considering as example the realization of a scalable production for a micro-mechatronical actuator.An integrated planning process provides methodical assistance in process- and handling-tool selection, in development of a micro-assembly precedence graph, as well as in selection of linkage concepts. Thus different production concepts can be evaluated by their economic performance, flexibility and capability of quality in the planning process. To realize the production a modular assembly platform and a construction kit of process- and linkage-modules was developed. Due to the modular design a high level of flexibility considering joining technologies as well as small space requirements are achieved. Furthermore the reduction of capital costs for production technology and a stepwise extension is enabled.

Electro discharge machining represents a very important procedure for the micro production technology and is used today in a lot of areas successfully [1]. A barrier for this procedure is the wear of the electrode and the resulting inaccuracies at the workpiece. A compensation of the wear during the process is of crucial importance [2]. In the course of the research works at the Institute of Production Science wbk, a new electrode with the purpose of control and compensation of the wear has been developed together with an industrial partner. The experimental setup is comprised of a non-conductive capillary made of Al2O3 through which different electro-conductive materials ranging from dissolved salts to gallium are transported.

AbstractMicro-Powder-Injection-Molding (ŠPIM) offers great opportunities for large scale production of complex three dimensional parts. Due to the complexity of micro scale effects, major problems have to be solved to ensure a stable production of sub millimeter parts. Those problems include the clean separation of sprues and parts, the gripping technology for fragile parts, the continuous debinding and sintering furnace ensuring stable production conditions and the complex process of stacking small parts outside an air-conditioned clean room. As a solution a complete production cell for bevel gears has been realized at the wbk Institute of Production Science of the Universitaet Karlsruhe, Germany. In order to facilitate also the assembly of micro parts the thermal micro-sinter-joining is introduced as add-on automation using 17-4-PH parts adding complexity to the process. This work is based upon the Collaborative Research Center SFB 499 funded by the German Research Foundation (DFG).

Direct pose measurement aims to increase the accuracy of parallel kinematic machine tools. By rearranging the measurement system to the end effector, geometric deviations of the machine structure can be considered within the control circuit.The modified structure of the machine tool will entail reduced machine dynamics. Thus, the machineâ??s stiffness and damping characteristics have to be adapted. To determine the new requirements, several multi-body-simulation models of parallel kinematic machines have been built up on the basis of Matlab/Simulink and were validated with static and dynamic tests.These models were used to demonstrate that machines with direct pose measurement are able to compensate geometric failures within the mechanical chain. Further investigations determined how stiffness and damping parameters have to be adapted to the concept to increase machine dynamics.

Whenever specific standards of accuracy, stiffness and damping must be met for guidances, hydrostatic guiding systems are preferably used. Thereby, the features of conventional systems in use can not be influenced by external factors. The adaptronical pressure pocket unit allows for the construction of an active hydrostatic guiding system which permits an intelligent leveling system and a high level of system integration. The basic feature of the unit is the adaptronical sensor-actuator integration which permits the elimination of hitherto necessary additional position encoders. The resulting potentials and requirements for the development of the necessary control technique will be discussed during the lecture, considering as example the implementation of the adaptronical pressure pocket unit.

Miniaturization and mechatronics are important technological trends of the lastyears and will be gaining importance in the future. The micro-mechatronicalproducts which have already been put on the market are currently designed tomeet the abilities of existing production techniques and are manufactured asmass products in specialized and capital intensive plants. In order to makeminiaturized mechatronical systems more attractive for the market, theirproduction must be made possible in small and medium volumes at acceptablecosts. A holistic approach for the conception of a scalable micro productionwhich consists of the development of an integrated planning process as well asthe creation of a flexible production platform with general process modules ispresented and demonstrated considering as example the realization of ascalable production for a micro-mechatronical actuator. The approach ischaracterized by a high level of flexibility considering joining technologies aswell as small space requirements. A reduction of capital costs for productiontechnology and a stepwise extension of the production are achieved.

Hybrid Kinematics possess inhomogeneous stiffness behavior in the workspace. This is because the couplers encounter different loads resulting from the different poses in space in each working position. As a result the process stability and the displacement of the tool center point while chipping are workspace-dependent. Therefore the target is the reduction of this inhomogeneity to achieve better machining results. In order to achieve this, a weighting of load cases to control the material clustering of the couplers in different workspace positions while topology optimization is necessary during the construction process. Accordingly, the article describes a new methodology for improving inhomogeneous stiffness behavior of machine tools considering a bipod kinematics as example.

Production ramp-up has become one of the most decisive factor influencing profit and market share of a new product. The big challenge in production ramp-up is to reach the planned output by reducing time and costs. Over the last years product range is increasing and life cycle of the products is decreasing. This circumstance makes a controlled production ramp-up more difficult and therefore more and more ramp-ups are running out of their financial budgets and their time schedules. One of the most important influences on time and money is the quality development during production rampups. The ability to control the quality while increasing the output is the key success factor for an effective ramp-up [1]. In this paper a method is introduced which allows a quality prognosis during production ramp-ups by using simulation methods. This simulation model is based on business-processes and supports the ramp-up manager to forecast qualityrates and machine availability during the production ramp-up. Thus this tool can support the ramp-up team to stay within their financial budgets and time schedules.

Bei der Miniaturisierung von Zerspanprozessen nimmt die Bedeutung von Effekten, die aufgrund nicht ähnlichkeitsgerecht skalierbarer Größen auftreten, zu. Ein solcher Effekt ist beispielsweise der exponentielle Anstieg der spezifischen Schnittkraft bei Verringerung der Spanungstiefe. ln dieser Arbeit werden diese Größeneffekte anhand des Werkzeugstahls 90MnCrV8 im vergüteten Zustand untersucht. Nach umfangreichen Analysen des Werkstoffes erfolgen anhand von Stirndrehversuchen im Orthogonalschnitt Variationen von Schnitttiefe, Schnittgeschwindigkeit und Schneidkantenverrundung. Schnittkraftmodelle, die bereits aus der Makrozerspanung bekannt sind, werden anschließend mit den Experimenten verg lichen. Mittels dimensionsloser Kennzahlen sollen die Größeneffekte quantifizierbar gemacht werden. Darauf aufbauend fließen diese Erkenntnisse in die Modelle der FEM Simulation ein, um eine genaue Abbildung und damit eine genaue Vorhersagbarkeit des Prozessverhaltens zu erreichen.

Geometric faults in parts of machine tools with parallel kinematics lead to stresses in the structure and deflections of the tool center point, reducing the quality of the workpiece. Improving the design of machine tools can reduce these influences. In this paper an approach to compensate the influence of geometric faults in parallel kinematics based on the design of an adaptronic strut is introduced. The strut is divided in two halves and two piezoelectric transducers are implemented in between them, used as sensor and actuator, respectively. A preliminary design of the adaptronic strut is presented. The problems of measuring low-frequency signals using piezoelectric transducers are considered in the design. Finally, a primary analytical model of the dynamical behavior of the adaptronic compensation unit is presented. The strut and its connection to the surroundings are regarded as a flexible multibody system, the equations of motion are derived using linear graph theory. Some simulation results are presented.

The core challenge for manufacturers of machine tools is to offer complete, client-specific manufacturing systems as a system supplier. Consequently, the requirements with regard to automation and handling technology are constantly increasing. ln particular the type of linkage between machine tools and peripheral components is very important. Usually, several suppliers are involved in the development of flexible manufacturing systems. ln most cases, there is no transparency about the process chain, the capabilities and necessities of handling and automation functions on all supplier Ieveis. Therefore, each supplier optimizes its own part of the system in terms of costs, cycle time and availability and it is difficult to achieve the overall optimum. The Institute of Production Science (wbk), Universität Karlsruhe, is currently developing a simulation-based configuration tool for an optimized distribution of automation and han.dling functions among the suppliers of agile manufacturing systems (AMS). The approach is focused on the function chains in AMS consisting of conveying, clamping and gripping functions and the Iayout of AMS, but not on the optimization of machine tools themselves. The semiautomatic and supported choice of technical components fulfilling the function chain enables an overall optimum concerning output, utilization of machining cells and costs of an AMS. ln order to realize these new distributions of functions, new technical components are being developed simultaneously.

Growing globalization caused by booming markets with good prospects, often in combination with local content requirements and different wage level in individual regions, faces enterprises to organize their value added within global networks. The challenge for globally operating companies is to configure, operate and dynamically reconfigure this network with respect to market penetration, business processes and competences at different partners/sites. A method to reconfigure value added networks regarding performance, costs, efficiency and constraints (i.e. local-content) is currently developed at the Institute of Production Science (wbk). Hereby, value added is described by sequences of Business Capabilities (BCs), which are matched with BCs provided by individual partners/sites. Valid allocations of value added modules to partners/sites are calculated. Following fast reconfiguration considering competences and costs is possible. Need for development of further BCs in nodes of the network can be seen easily as well as the demand of integrating additional partners/sites.

Ramp-up of a new production system has become a decisive factor influencing protit. The reason is an incessanlly growing product range with conslantly decreasing life cycles therefore ramp-ups have to become more efticient and faster. Characteristic for nunp-up processes are instable business pwcesses, leading to a !arge number of quality problems. The approach of Overall Equipment Effectiveness (OEE) simulation presented in this paper allows simulating the inslabte state of a procluction system during ramp-up. Thus, tbe production planncr is supported cluring ramp-up planning and the actual ramp-up period. Using OEE Simulation the planner can identify deviations from the target ramp-up cprve at an early stage.

Various computer-based technologies have found their way into the design process of machine tools because manufacturers are increasingly under pressure to increase their product quality while reducing time-to-market and production costs. Besides CAD, finite element analysis (FEA) and topology optimization are the most frequently applied CAE (computer-aided engineering) technologies throughout the machine tool industry. The road to even better machine tool designs, however, leads beyond analyzing given part structures and optimization of their stiffness and mass properties within a pre-described design space. Complex technical systems do not only consist parts, but most importantly their geometrical dimensions and the interfaces ? guides, bearings, joints, ball screw drives ? between them influence the machine tool?s static and dynamic behavior. During simulation, these factors are taken into account through physical parameters: damping and stiffness coefficients for parameterized geometrical features. At this point, sensitivity analysis is a powerful tool to identify the influence of single parameters on the overall systems behavior, while parameter optimization helps to find an optimal configuration of critical parameter sets in order to improve the system?s performance. There are numerous applications of sensitivity analysis and parameter optimization in engineering, but especially machine tool design shows a lack of use of these convenient methods. This paper will show how parameter optimization can be efficiently used in wider applications to identify and optimize geometrical, stiffness and damping parameters during the conceptual and embodiment design stages of both parallel kinematic and conventional machine tools. The overall objective is to improve the machine tool?s static and mainly dynamic behavior.

One of the most promising production technologies to fabricate micro-mechanical parts in wear-resistant materials like metal or ceramics is Powder-Injection-Moulding (PIM). To ensure an economic micro-PIM production in large lot sizes and high quality, automation of the process is a necessity. The paper presents an approach of the complete process chain from the manufacturing of micro molds by micro-end-milling and energy-assisted technologies as well as the automation of the process chain. Within the automation critical processes like separation and demolding and the process-chain with material flow and handling are described and evaluated by the production of micro toothed wheels.

One of the most promising production technologies to fabricate micro-mechanical parts in wear-resistant materials like metal or ceramics is Powder-Injection-Moulding (PIM). To ensure an economic micro-PIM production in large lot sizes and high quality, automation of the process is a necessity. The paper presents an approach of the complete automated process chain

Die mechanische Steifigkeit und die Fertigungsgenauigkeit von Maschinenkomponenten beeinflussen die geometrische Genauigkeit von Werkzeugmaschinen maßgeblich, da Prozesslasten und Fehler von Maschinenkomponenten oder Führungen im Betrieb Verlagerungen des Tool-Center- Points bewirken. Eine Steigerung der Herstellgenauigkeit der Komponenten einer Werkzeugmaschine ist in vielen Fällen entweder aus wirtschaftlichen Gründen nicht sinnvoll oder aber technologisch nicht darstellbar. Deswegen bietet es sich an, über eine Kompensation von Verlagerungen durch intelligente Maschinenkomponenten nachzudenken. Hier setzen zwei im DFGSchwerpunktprogramm 1156 ?Adaptronik für Werkzeugmaschinen? geförderte Projekte der Universität Karlsruhe an. Zum Einen wird die Kompensation von Führungsfehlern bei einer hydrostatischen Führung durch einen gezielten Eingriff in das regelungstechnische Verhalten beschrieben. Daneben wird am Beispiel einer adaptronischen Strebe für Parallelkinematiken eine Möglichkeit zur adaptronischen Kompensation von Komponentenfehlern und zur Steigerung der Steifigkeit vorgestellt. Hierbei ist speziell die Kompensation von statischen und quasistatischen Verlagerungen durch Piezowandler als besondere technologische Herausforderung zu sehen. Der im Rahmen des Artikels vorgestellte Ansatz nutzt, ähnlich der etablierten Technologie von Schwingsaiten- Waagen, die zu Schwingungen angeregte Vorspannung des piezoelektrischen Wandlers zur Ableitung von Kraft- bzw. Weginformationen für die Ausgleichsbewegung. Durch die sich ergebende Sensor-Aktor-Integration können in aktiv gesteuerten Maschinenkomponenten bisher zusätzlich vorhandene Messsysteme eliminiert werden, was mit einer deutlichen Kostensenkung und einer Steigerung der Verfügbarkeit einher geht. Auf dem vorgestellten Ansatz aufbauend, wurde ein erster Prototyp einer adaptronischen Strebe konzipiert, konstruiert und umgesetzt. Dieser wird im Rahmen des Artikels zusammen mit den bisherigen Untersuchungsergebnissen vorgestellt und erläutert.

Hydrostatische Führungen zeichnen sich durch eine hohe Genauigkeit, Steifigkeit und Dämpfung aus. Durch Zusatzsysteme wie Membrandrosseln oder Ringnuthülsen kann die Steifigkeit hydrostatischer Führungen deutlich gesteigert werden. Diese in der Praxis vorkommenden, meist mechanischen Systeme, können jedoch nur Lastschwankungen ausgleichen, deren Ursache Prozessund Störkräfte sind. Weiterhin ist ein Eingriff in das Reglerverhalten während dem Betrieb nicht möglich. Zukünftige Systeme müssen daher die Möglichkeit bieten flexibel an eine Führungsaufgabe angepasst zu werden und während des Betriebs selbständig auf Änderungen der Umgebungsbedingungen zu reagieren.

Machine tool operators increasingly specify availability levels as precondition for purchase. Even after designing a machine type, such availability levels can still be achieved by appropriate selection of optional machine elements and product-accompanying services. Machine manufacturers face the problem to configure their product-service systems in order to meet availability specifications at lowest cost across the lifecycle. Existing methods for availability analyses, however, do not deal sufficiently with administrative and logistic aspects of the operational availability. Therefore, a method has been elaborated, which calculates the availability contributions of alternative equipment elements and product-accompanying services with the resulting lifecycle costs.

In order to comprehensively investigate size-effects occurring in the miniaturization of cutting processes, material science, simulation and experimental testing are combined. Similarity mechanics are used to guide the parameter variation in two-dimensional finite-element simulations for orthogonal cutting using ABAQUS/Explicit. The ratedependent material model used, leads to size-effects like an increase of the specific cutting force while reducing the depth of cut. The influence of rounded cutting-edges on the chipping process and the characteristics of the generated surface were investigated in 2D-simulations. Rounded cutting tools are shown to produce severe plastic deformations of the generated surface and deep plastically deformed surface layers.

Saturated markets with increasingly customer specified products, services and solutions require a more customer centred behaviour. The tendency to concentrate on core processes within companies can realize advantages compared to competitors due to know-how, a head start in information and resources is the expression of a global change in generating value added. New forms of cooperation are coming into existence by combination of different abilities (business capabilities) in co-operations and value added networks. This article presents a concept for configuration and evaluation of value added networks on the basis of business capabilities and value added modules by using the transaction cost theory.

Saturated markets with increasingly customer specified products, services and problem solutions require an increasingly customer focused performance. The trend to concentrate on core processes wherein companies are able to realize advantages compared to competitors due to know how and a head start of information and resources is the expression of a global change in gaining added value. New variations of cooperation are created by combining different Business Capabilities in value added networks. The increasing competition requires the companies to rethink their previous strategies and to implement partly radical changes. Agility flexibility as well as the associates’ integration in (partly) automated business processes constitute the real challenge. No longer does the simple invested capital compose the companies’ success and value. In the first instance there are rising invisible values mainly of the requirement oriented provision of information and communication support which are expressed through the organization and the cycle of comprehensive business processes.

Gesättigte Märkte mit zunehmend kundenspezifischen Produkten, Dienstleistungen und Problemlösungen erfordern ein immer stärkeres kundenzentriertes Verhalten. Die Tendenz zur Konzentration auf Kernprozesse, in welchen Unternehmen aufgrund von Know-how-, Informations- und Ressourcenvorsprung Vorteile gegenüber Konkurrenten realisieren können, ist Ausdruck einer globalen Veränderung in der Erbringung von Wertschöpfung. Es entstehen neuartige Formen der Zusammenarbeit durch Kombination von unterschiedlichen Fähigkeiten (Business Capabilities) in Wertschöpfungsnetzwerken (z.B. Automobil- und Zulieferindustrie). Agilität, Flexibilität und Adaptionsfähigkeit sowie Integration der Mitarbeiter in (teil-) automatisierte Geschäftsprozesse stellen hierbei die eigentliche Herausforderung dar. Es ist nicht mehr das schlichte Anlagevermögen, das den Erfolg und den Wert von Unternehmen ausmacht. Es sind verstärkt zunächst unsichtbare Werte, welche vornehmlich von der bedarfsgerechten Informationsbereitstellung und Kommunikationsunterstützung abhängen, die in der Organisation und dem Ablauf von unternehmensübergreifenden Geschäftsprozessen zum Ausdruck kommen.

Voraussetzung für industrielles Wachstum und Fortschritt in einer hoch entwickelten Technologiegesellschaft sind produktive und wirtschaftliche Fertigungsprozesse, wozu im Fall von Zerspanungsprozessen die Kenntnis der optimalen Zerspanungsparameter von Nöten ist. In jahrzehntelanger Forschungsarbeit wurde versucht, durch Entwicklung analytischer und empirisch ermittelter Modelle prädiktive Aussagen über einen Fertigungsprozess treffen zu können, um damit zum Einen die Einfahrzeit bis zur prozesssicheren Gestaltung des Bearbeitungsprozesses herabzusetzen und zum Anderen weitere Rationalisierungspotenziale zunächst zu determinieren und durch entsprechende Optimierungsansätze zu nutzen [1]. Eine viel versprechende Methode zur Abbildung zerspanungstechnologischer Vorgänge bietet die Anwendung der Methode der Finiten Elemente (FEM). Ursprünglich hauptsächlich in der statischen Strukturmechanik angewandt, lässt sie sich auch in kinematischen, dynamischen und anderen Anwendungsgebieten einsetzen, wodurch sich ein weites Anwendungsspektrum in der Zerspanungstechnologie ergibt. Mit Hilfe der Zerspanungssimulation soll es ermöglicht werden, Sensitivitätsbetrachtungen durchführen zu können und so präventive Qualitätssicherung zu betreiben. Potentielle Probleme können somit vorhergesehen und vermieden werden. Dazu ist es notwendig, die Entwicklung und Verbesserung von Modellen und Methoden voranzutreiben sowie die Zerspanungsprozesse und ihre Wechselwirkungen mit den Bearbeitungsmaschinen korrekt abzubilden. Aus diesem Grund hat sich ein Konsortium bestehend aus Endanwendern, Werkzeugmaschinenherstellern, Werkzeugherstellern, Softwareherstellern sowie zwei Forschungsinstituten gebildet, um das Themenfeld der Simulation industrieller Bearbeitungsprozesse (?SindBap?) zu bearbeiten. ?SindBap? [2] ist ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BmBF) gefördertes Verbund-forschungsprojekt, in dem ABAQUS/Explicit als Simulationssoftware eingesetzt wird und aus dem ein Teil der hier präsentierten Ergebnisse stammen.

Die Entwicklungszeiten und -kosten von Werkzeugmaschinen können erheblich reduziert werden, wenn die wesentlichen Maschineneigenschaften vorab an virtuellen Prototypen simuliert und auch optimiert werden. Zu den hierbei eingesetzten Verfahren zählt seit geraumer Zeit schon die Strukturoptimierung. Verfahren aus der Parameteroptimierung hingegen wurden bisher kaum eingesetzt, dabei sind gerade sie ein probates Mittel zur Sensitivitätsermittlung und Optimierung von parameterbehafteten Maschinenstrukturen und -komponenten, insbesondere bei Werkzeugmaschinen mit Parallelkinematiken. Dieser Artikel stellt die Anwendungsmöglichkeiten der Parameteroptimierung bei Werkzeugmaschinen dar. In der Konzeptphase des Entwicklungsprozesses können durch Variation geometrischer Größen die dynamischen Eigenschaften der Maschine gezielt verbessert werden, wobei die Optimierung auf Basis der Mehrkörpersimulation erfolgen kann. In der Entwurfsphase stehen dagegen die Ermittlung und Verbesserung des Einflussverhaltens parameterbehafteter Maschinenkomponenten, wie Kugelgewindetriebe, Lager und Führungen, im Vordergrund, was durch ausgehend von Finite-Elemente-Modellen einfach realisierbar ist. Durch den Einsatz von Verfahren aus der Parameteroptimierung ergeben sich für den Entwicklungsingenieur völlig neue Möglichkeiten, sein Produkt zu bewerten und Einflüsse auf das Maschinenverhalten frühzeitig zu erkennen. Diese Potentiale werden ebenfalls aufgezeigt.

Machine tools with parallel kinematic structures pose extraordinary challenges for component optimization, since their static and dynamic properties depend on the kinematic's position within its workspace. Loads and thus stiffness properties are strongly inhomogeneous. Simple load case assumptions do not suffice for realistic modeling. Due to the highly complex problem formulations, the design engineer needs support of more easy-to-use modeling approaches. These should assist him to derive suitable component geometries, while working on the most automated basis possible. Hence, the efficient use of analysis and optimization tools is required to guarantee excellent product quality even though product development time is decreasing. It is presented how a method for topology optimization of machine components in combination with hybrid multi-body simulation has successfully been applied to the optimization of components of a hybrid kinematic machine tool. The optimization results of both conventional topology optimization and the newly adopted method are compared. Potentials and limits of the new method are discussed, as well as its applicability for machine tools with parallel kinematic structures.

A main tendency in technology is the miniaturization of devices and components. Micro-cutting has the potential to overcome restrictions other operations are limited to. When the cutting-depth decreases to the order of micro-meters some unexpected phenomena appear. These phenomena, not foreseen by conventional scaling used for dimensioning in cutting, are called size-effects.

The use of optimization methods is helpful to obtain "systematic and proper" solution variants for a given static and dynamic design problem. These solutions can be generated automatically and provide the designer with new, previously unknown proposals of machine part structures. This paper introduces the topology optimization of machine tools applying the finite element method (FEM) coupled with the multi-body simulation (MBS). Thus, parts of machine tools can be optimized while taking into account differenrcritical workspace positions. Furthermore changes of the Ioads and the system behavior can be considered during the optimization process. The potentials of these optimization methods will be shown, using the example of the machine tool GENIUS 500. This is the serial machine of the known prototype Specht perimental from Cross Hüller /1, 2/.

Die Miniaturisierung ist eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts und bietet durch die Funktionsintegration auf kleinstem Raum das Potential für innovative Produkte in nahezu allen Bereichen des täglichen Lebens und technischen Applikationen. So sind u.a. Bereiche wie Medizintechnik, Kommunikationstechnik, Konsumgüter etc. zu nennen.

In recent decades, finite element method has become a powerful tool in simulating the important physical phenomena in cutting process, such as chip formation, heat transfer, etc. Various cutting process variables can be predicted by using FEM, including those difficult to detect by experimental methods. The prediction of tool wear is of great significance in manufacturing because it affects machining quality, tool life and machining cost. According to the past research, tool wear is dependent on cutting process variables such as normal pressure on tool face, sliding velocity of workpiece material and cutting temperature on tool face. Many tool wear mathematical models describe their relationship. By integrating such tool wear mathematical models with finite element simulation of cutting process, a method to predict tool wear progress in turning operation is developed. This paper will cover the entire modeling process, from continuous chip formation simulation, heat transfer analysis to tool wear estimation and verification.

Every company uses knowledge management tools - but only some of them are able to determine their effectiveness. This approach based on a survey method was developed in order to fill this information gap. By means of a three way survey, managers and non-managerial personnel were interviewed about the actual employment of knowledge management methods and tools. This information was assessed and in a further step aggregated into one radar diagram per company. Carried out in several companies, it allows the detection of best-practice knowledge management tools among them.

The use of topology optimization is helpful to obtain "systematic and proper" solution variants for a given static and dynamic design problem. Those solutions, which can be generated automatically provide the designer with new, previously unknown proposals of machine part structures. Up to now, the static and dynamic behaviour of the workspace was not recognized in such an optimization. The paper introduces the topology optimization of machine tools applying the finite element method (FEM) coupled with the multi-body simulation (MBS). So parts of machine tools can be optimized while taking different critical workspace positions into account. Furthermore changes of the loads and the system behavior can be considered during the optimization process. The potentials of this new optimization method will be shown on the example of a machine tool with hybrid kinematics.

Viele Unternehmen sehen Industrie 4.0 eher als Herausforderung denn als Chance oder Befähiger für neue Geschäftsmodelle. Konkrete Lösungsansätze liegen häufig ebenso im Dunkeln wie die Frage, wofür Industrie 4.0 eigentlich steht. Die Vielfalt in der Unternehmenslandschaft des deutschen Maschinen- und Anlagenbaus bedingt jedoch letztlich, dass sich jedes Unternehmen eine eigene Sichtweise auf Industrie 4.0 erarbeiten und eigene Ideen für die Nutzung der neuen Potentiale entwickeln muss. Zielsetzung des Leitfadens Industrie 4.0 ist es daher, mittelständischen Maschinen- und Anlagenbauern ein Werkzeug zur Entwicklung eigener Industrie-4.0-Geschäftsmodelle zur Verfügung zu stellen und damit eigene Industrie-4.0-Umsetzungen zu unterstützen. Damit stellt der Leitfaden keine vorgefertigte Strategie zur Umsetzung von Industrie 4.0 im eigenen Unternehmen dar, sondern zeigt vielmehr Werkzeuge und Vorgehensweisen für die individuelle Weiterentwicklung der eigenen Stärken und Kompetenzen auf.

Die wbk-Herbsttagung hat sich als wichtigste jährliche Veranstaltung am wbk etabliert. Dieses Jahr fand sie am 27. Oktober 2011 zum Thema ?Produktions-technische Herausforderungen der Elektromobilität? statt. Hintergrund für die Themenwahl ist der Wandel in der Mobilität von rein auf Verbrennung basierten Antriebskonzepten hin zu voll-elektrischen Fahrzeugen und den damit verbundenen Speichertechnologien.

Besides purchasing costs of modern production equipment, guaranteed availabilities and maximum costs over the expected time of usage become more important. In order to meet these required availability limits, maintenance represents a key function as low MTTR and high MTBF values depend on systematic maintenance measures. Looking at maintenance policy in today?s industry, the responsibility for maintenance is not only the duty of the service department but also a task of the machines? operators, who can be trained for minor maintenance tasks. The division of the responsibilities between maintenance experts and operators depends on the complexity of the respective tasks.

Manufacturers of machine tools face an increasing demand for total cost of ownership (TCO) contracts including an availability guarantee for their products. One key figure in machine availability is Overall Equipment Efficiency (OEE), which is affected by the wear of machine components from both regular use and singular environmental conditions. This paper presents an approach to derive strategies for load-dependent interventions based on the diagnosis and prognosis of the component state, leading to a high level performance with a reliable forecast of machine and component failure in specific working environments.

Allgemein zeigen WerkzeugmaschinenVerlagerungen im statisch/quasistatischen und im dynamischen Lastbereich auf. Ziel des Projekts ist die adaptronische Kompensation dieser Verlagerungen mit paralleler Bewältigung von Sensor- und Aktorfunktion. In den ersten zwei Projektphasen wurde dazu bisher auf den statisch/quasistatischen Bereich fokussiert, um in einer weiteren 3. Phase die Ausweitung des Konzepts auf den dynamischen Bereich anzugehen. Unter Ausnutzung des Prinzip seiner Schwingsaitenwaage werden statische Verformungszustände zur Messung in ein dynamisches Eingangssignal für piezoelektrische Wandler gewandelt.

Das bereits beschriebene Verfahren des Rundens beim Strangpressen ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung räumlich gekrümmter Strangpressprofile und damit die Herstellung leichter Tragwerkstrukturen in kleinen Stückzahlen. Für eine an den Strangpressprozess anschließende Prozesskette zur automatisierten Be- und Weiterverarbeitung der einzelnen Profile zu einer kompletten Rahmenstruktur ist eine flexible und intelligente Greiftechnik zur Handhabung und Bearbeitung der Profile von zentraler Bedeutung. Diese Greiftechnik bildet die Schnittstelle zwischen den einzelnen Prozessen der Gesamtprozesskette. Im folgenden Artikel werden zunächst die aus einer flexiblen Profilbearbeitung und Handhabung heraus resultierenden Anforderungen an eine prozessübergreifende Greiftechnik dargestellt. Darauf aufbauend wird die Vergehensweise zur Ableitung eines Lösungsansatzes am Beispiel der produktflexiblen Bearbeitung räumlich gekrümmter Profile vorgestellt. Im Anschluss an die Ableitung eines Gesamtkonzepts, bestehend aus einer flexiblen Greiftechnik und einer kombinierten Handhabungsund Bearbeitungskinematik, werden die Funktion und der konstruktive Aufbau der entwickelten Greiftechnik, sowie die dazugehörige Greifstrategie beschrieben. Die prototypisch realisierte Greiftechnik ermöglicht das flexible Spannen unterschiedlicher Profile für die spanende Bearbeitung. Anhand der Funktionsbeschreibung und der prototypischen Umsetzung wird aufgezeigt, wie eine produktflexible Anpassung der Greiftechnik an die Profilkontur realisiert wird und somit auf angepasste Vorrichtungen verzichtet werden kann. Außerdem werden die Untersuchungsergebnisse zu unterschiedlichen Messmethoden vorgestellt, die für eine vollständige Bestimmung der Profillage und -Orientierung für die entwickelte Greiftechnik und der dazugehörigen Greifstrategie notwendig sind. Aufbauend auf diesen Untersuchungen wird ein messtechnischer Ansatz vorgestellt, wie die räumliche Profilkontur in Kombination mit bauteileigenen Markierungen inline überwacht werden kann.

In der Verkehrstechnik haben leichte, selbst tragende Rahmenstrukturen, so genannte â??Space-Frame-Rahmenâ??, eine zunehmend große Bedeutung. Wichtige produktionstechnischen Anforderungen an ein geeignetes Fertigungssystem sind eine hohe Produktflexibilität und Wiederverwendbarkeit der Maschinentechnik. Im Rahmen dieses Teilprojektes werden neuartige Maschinenkonzepte untersucht, um diesen Forderungen gerecht zu werden. Im Fokus steht dabei die Integration von Handhabung und Bearbeitung. Durch die ganzheitliche Betrachtung der beiden Teilaufgaben lassen sich redundante Maschinenachsen einsparen und bisher ungenutzte Einsparpotenziale ausschöpfen. Dieser Artikel fasst die Ergebnisse der Forschungsarbeiten zusammen. Zu Beginn werden die Anforderungen an eine geeignete Maschinenstruktur vorgestellt. Im nächsten Schritt wird eine methodische Vorgehensweise beschrieben, mit der verschiedene Lösungsansätze zur integrierten Handhabung und Bearbeitung systematisch erarbeitet und bewertet wurden. Der am besten bewertete Lösungsansatz ist ein neuartiges, hybrides Werkzeugmaschinenkonzept, welches sich aus einer seriellen Kinematik und einer Parallelkinematik zusammensetzt. Es folgt ein Überblick über die Ausarbeitung des favorisierten Lösungsansatzes. Durch den Einsatz einer Parameteroptimierung konnten hierbei die Eigenschaften der Maschinenkinematik deutlich verbessert werden. Nach der Optimierung und Ausgestaltung wurde das Maschinenkonzept prototypisch realisiert. Der Prototyp wird ausführlich beschrieben. Zusätzlich wird ein Überblick über die Steuerung und Programmierung der Anlagen gegeben. Zur Steigerung der Bearbeitungsqualität wurde eine Kalibrierung der Maschine durchgeführt, wodurch die Positionsabweichungen deutlich verbessert werden konnten. Abschließend erfolgten Bearbeitungsversuche mit dem Prototyp, wobei die exemplarische Komplettbearbeitung eines Demonstratorbauteils erfolgreich dargestellt werden konnte.

Das innovative Verfahren des Rundens beim Strangpressen, das im gleichnamigen Kapitel beschrieben wird, ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung räumlich gekrümmter Strangpressprofile und damit leichter Tragwerkstrukturen in kleinen Stückzahlen. Voraussetzung hierfür ist das fliegende Abtrennen der Profile, um einen prozessbedingt notwendigen kontinuierlichen Materialfluss zu ermöglichen. Dabei dürfen keinerlei Rückwirkungen auf die Profile und den Rundungsprozess entstehen. In diesem Artikel werden zunächst die daraus resultierenden Anforderungen an eine fliegende Abtrennvorrichtung dargestellt. Ausgehend von den zu trennenden Materialien werden verschiedene Trennverfahren untersucht. Diese werden im Hinblick auf die besonderen Anforderungen bewertet und das am besten geeignete wird ausgewählt. Dabei sind insbesondere verbundverstärkte Profile zu berücksichtigen, deren Matrix aus Aluminium und deren Verstärkungselemente aus Federstahl bestehen. Die Trennstelle am Profil beschreibt, bedingt durch das Rundungsverfahren, eine komplexe Bahn im Raum. Es wird eine geeignete Führungskinematik gesucht, um die Trennvorrichtung entlang dieser Bahn bewegen zu können. Die wesentlichen Parameter zur Auslegung der Trennvorrichtung werden erläutert. Durch eine spezielle Ausgestaltung der Greif- und Spanneinheit wird es ermöglicht, Relativbewegungen zwischen der Führungskinematik und den Profilen auszuführen und dadurch die Dynamik zu erhöhen. Während die Führungskinematik sich an manchen Stellen umorientieren bzw. Singularitäten durchfahren muss, wären sehr hohe Achsgeschwindigkeiten und - beschleunigungen nötig, um die Sollbahn einzuhalten. Durch die Relativbewegungen kann dies entkoppelt werden. Eine Herausforderung ist es, die Bahnen für sämtliche Achsen der Kinematiken basierend auf den CAD-Daten des zu fertigenden Profils zu berechnen. Hierzu wird der gesamte Prozess im CAD-System kinematisch simuliert.

The need to develop new concepts and methods in microproduction is in particular valid for the development- and production-accompanying process of quality assurance owing to the challenges that specifically arise regarding the application of quality management methods and dimensional micrometrology. In this context, the specific approach of the subproject C4 related to quality assurance within the Collaborative Research Centre (SFB) 499 'Design, Production and Quality Assurance of Primary Shaped Micro Components Manufactured in Ceramic and Metallic Materials' is discussed. One core aspect is the development of the microfeature concept in order to collect, store and provide information throughout the whole microproduction process chain. Another important issue is the analysis of quality in dimensional micrometrology.

Powder-Injection-Molding (PIM) offers a high potential for fabrication of micro-mechanical parts manufactured in metal or ceramic material providing a large variety of properties. To ensure an economical Micro-PIM production in large lot sizes and high quality automation of the process beginning with demolding, handling, debinding and ending with sintering is a necessity. Within the field of automation research focus is to optimize critical processes like separation, demolding and handling as well as the set-up of an autonomous and automated process-chain which are presented in this section.

DieW irtschaftlichkuenidt P roduktivitväotn P rozesskettiesnt e ngm itd er Eignung, Auswahl und technologischen Ausrichtung der einzelnen Fertigungsverfahrenv erknüpft. Deren folgerichtige Integration und Kombination im Hinblick auf eine gesamt optimierte Prozesskette setzt weitaus höhere wirischaftliche Potenziale frei als die Leistungssteigerunge inzelnerF erligungsverfahreno der Teilschritte.M it der Berücksichtigungi nnovativerB earbeitungskonzeptwe ie der Trockenbearbeitungis t innerhalb der Prozesskette eine Integration von Fertigungsschritten und -verfahren dann wirtschaftlichu nd sinnvoll,w enn eine einheitlicheT echnologiez ur Anwendung kommt [1]. Nur eine durchgängig, ,trockene"P rozesskettee rmöglichtd ie Freisetzungw irtschaftlicher Potenziale,d a Reinigungsprozessee ntfallen,d ie Schmierstoffkostenm inimiert und gleichzeitigd ie Arbeitsplatzbelastungre duziertw erden kann

Einwegverpackungen aus Kunststoffen sorgen für eine große Umweltbelastung und tragen bei einer unsachgemäßen Entsorgung zur Umweltverschmutzung bei. Eine mögliche Alternative stellen biologisch abbaubare Produkte dar, welche sich immer stärker auf dem Markt etablieren. Biologische Faserverbundmaterialien sind neuartige Materialsysteme im Verpackungswesen. Ein Beispiel eines solchen Materialsystems ist ein Hanffaser-Pilzmyzel Verbund. Beim sogenannten Myzel handelt es sich um die wurzelartigen Strukturen von Pilzen. In vielen Anwendungen fehlt es an einer geeigneten Produktionstechnik, die jene Materialien industriell verarbeiten kann. Dieser Beitrag beleuchtet die Möglichkeiten das Faserblasverfahren zur Formgebung von biologischen Faserverbundmaterialien zu verwenden.

Handhabungsprozesse sind Teil nahezu jedes automatisierten Prozesses. Während das Handhabungsgerät verhältnismäßig einfach an neue Handhabungsaufgaben angepasst werden kann, erfolgt die Gestaltung der Greiferfinger als Schnittstelle zwischen Handhabungssystem und Objekt meist händisch und basierend auf Erfahrungswissen. Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung eines Greiferfingerbaukastens, der für eine automatisierte Konfiguration anwendungsspezifischer Greiferfinger genutzt werden kann.

Robuste und resiliente Lieferketten (engl. Supply Chain) bilden mehr denn je einen kritischen Erfolgsfaktor für die Wettbewerbsfähigkeit produzierender Unternehmen. Höhere Komplexitäten und steigende Dynamiken in Folge von Megatrends wie der Globalisierung, Nachhaltigkeit und Individualisierung sowie sich häufende Disruptionen stellen heutige Lieferketten dabei auf die Bewährungsprobe. Insbesondere die mittelständisch geprägte Branche der Antriebstechnik im Maschinen- und Anlagenbau mit ihren globalen Lieferketten und hohen Kundenanforderungen steht vor diesen Herausforderungen. Zielgerichtete Digitalisierungsinitiativen sind dabei entscheidend für ihre langfristige Wettbewerbsfähigkeit. Der vorliegende Artikel analysiert daher die gegenwärtigen Digitalisierungsvorhaben der Branche der Antriebstechnik, um relevante Trends und Anwendungsfelder zu identifizieren. Hierzu werden aus dem Zielbild der Branche für höhere Resilienz/Flexibilisierung, höhere Transparenz und mehr Nachhaltigkeit entlang der Supply Chain relevante Handlungsfelder synthetisiert. Diese geben eine fundierte Orientierungshilfe für mittelständische Unternehmen und ihre Digitalisierungsstrategien.

Die Vernetzung von Maschinen und Anlagen im Produktionsumfeld ist ein entscheidender Schlüssel zur Steigerung der Effizienz. Allerdings wird die Vernetzung durch verschiedene Kommunikationsprotokolle gehemmt und erfordert oftmals ein hohes Maß an Erfahrung und Wissen im Umgang mit den jeweiligen Protokollen. Die Anbindung einer Maschine mit der institutsinternen IIoT-Plattform wird an einer prototypischen SLS-Anlage mit automatisierter Endlosfaserintegration demonstriert.

Produktionsanlagen werden bislang mit Hilfe einer Effektivitätskennzahl bewertet und gesteuert. Eine notwendige Erweiterung der Produktionseffektivität um ein Effizienzkriterium ist bislang nicht erarbeitet, allerdings im Hinblick auf den Klimawandel unabdingbar. Die Publikation stellt Shopfloor-Kennzahlen vor und gibt einen Vorschlag zur zeitgemäßen Erweiterung um Nachhaltigkeitsaspekte. Die OEE+-Kennzahl wird an einem exemplarischen Anwendungsfall bewertet.

Battery production and the necessary raw materials are cost-intensive, which is why minimising production scrap is becoming increasingly important. During electrode assembly by shear cutting, waviness can occur in the cutting edge area, which negatively influence downstream process steps. For this purpose, process parameters on the equipment side are investigated to determine their correlation with the waviness and a procedure for quality assessment is implemented.

Die Anwendung von Industrie 4.0 in der Produktion von Lithi-um-Ionen-Batteriezellen ermöglicht es Unternehmen, eine höhere Produktqualität und globale Wettbewerbsfähigkeit zu erreichen. Die ganzheitliche Einführung von Digitalisierung und Industrie 4.0-Methoden in allen Bereichen der Produktion stellt jedoch derzeit eine große Herausforderung dar. Aus diesem Grund wurde eine Methodik entwickelt, die die Quanti-fizierung von Digitalisierung und Industrie 4.0 in der Batterie-zellproduktion erlaubt und als Werkzeug zur systematischen Stärkung genutzt werden kann.

Agile production systems combine a high degree of flexibility and adaptability. These qualities are particularly crucial in an environment with high uncertainty, for example in the context of remanufacturing. Remanufacturing describes the industrial process of reconditioning used parts so that they regain comparable technical properties as new parts. Due to the scarcity of resources and regulatory requirements, the importance of remanufacturing is increasing. Due to the unpredictable component properties, automation plays a subordinate role in remanufacturing. The authors present a concept how automated disassembly can be achieved even for components of uncertain specifications by using artificial intelligence. For the autonomous development of disassembly capabilities, digital twins are used as learning environments. On the other hand, skills and problem-solving strategies are identified and abstracted from human observation. To achieve an efficient disassembly system, a modular station concept is applied, both on the technical and on the information technology level.

Competitive remanufacturing of used products with uncertain conditions requires a high degree of flexibility and responsiveness. This article describes an integrated control architecture for a modular, agile disassembly system with autonomous product inspection and learning production resources. The approach includes a material flow control and vertically-integrated sub-architectures to control the station and intralogistics operations.

Nach zehn Jahren Industrie 4.0 ist ein deutliches Potential für Unternehmen zu verzeichnen, nicht zuletzt durch eine steigende Anzahl gewinnbringender Use Cases. Gerade in Brownfield-Produktionen scheitern die Initiativen meist an technischen Voraussetzungen der Datenaufnahme. Der Status quo wurde im Rahmen einer Umfrage zum grundsätzlichen Stellenwert, der Kundennachfrage, der Nutzung und den jeweiligen Mehrwerten evaluiert. Hierbei wurden auch die damit einhergehenden Hemmnisse und Hürden bei der Digitalisierung der Produktion betrachtet. Der vorliegende Beitrag beschreibt zudem eine neuartige Möglichkeit, Daten aus Brownfield-Produktionsmaschinen intelligent zu extrahieren.

One of the main advantages of additive manufacturing by Fused Filament Fabrication is its wide variety of materials and cost-effective production systems. However, the resolution and tightness of the produced structures are limited. The following article describes a novel approach of the functional integration of stereolithographic produced subcomponents into the Fused Filament Fabrication process and the challenges during integration in terms of adhesion, taking into account different surface pretreatments. Furthermore, it is investigated how conductive polymer composites could be used successfully for conducting mechatronic subcomponents automatically. With the help of these investigations it is aimed to extend the field of application of additive manufactured plastic components.

Time series data generated by manufacturing machines during processing is widely used in mass part production to assess if processes run without errors. Systems that make use of this data use machine learning approaches for flagging a time series as a deviation from normal behaviour. In single part production, the amount of data generated is not sufficient for learningbased classification. Here, methods often focus on global signal variance but have trouble finding anomalies that present as local signal deviations. The referencing of the process states of the machine is usually performed by state indexing which, however, is not sufficient in highly flexible production plants. In this paper, a system that learns granular patterns in time series based on mean shift clustering is used for detecting processing segments in varying machine conditions. An anomaly detection then finds deviating patterns based on the previously identified processing segments. The anomalies can then be labeled by a human-in-the-loop approach for enabling future anomaly classification using a combination of machine learning algorithms. The method of anomaly detection is validated using an industrial machine tool and multiple test series.

Die Elektrifizierung des Verkehrssektors und der damit einhergehende Wandel der automobilen Wertschöpfungsketten stellen für viele Unternehmen eine große Herausforderung dar. Während für zentrale Elemente bisheriger Unternehmensportfolios eine abnehmende Bedeutung zu erwarten ist, eröffnet der wachsende Markt der Elektromobilität zugleich Chancen für neue Produkte und Lösungen. Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen der Chancenanalyse mögliche Chancen und bestehende Risiken des Transformationsprozesses auf Grundlage eines generischen Unternehmensprofils identifiziert und zusammenfassend bewertet. Dies soll es automobilen Zulieferern der Stanz- und Biegetechnik ermöglichen, an zukünftigen Potenzialen des sich verändernden Marktes zu partizipieren.

Additive Verfahren besitzen das Potential den durch die Globalisierung und Digitalisierung getriebenen Trend hin zur Individualisierung und kürzeren Produktlebenszyklen wirtschaftlich zu adressieren. Insbesondere im Bereich der Mobilität ergeben sich hierbei aufgrund der hohen Volatilität besondere Herausforderungen. Um diese zu bewältigen, wird hier ein hochflexibles Anlagenkonzept zur additiv?subtraktiven Fertigung hochfunktionaler Kunststoffbauteile mit Inline?Prozessregelung vorgestellt.

Industrie 4.0 gilt als einer der Trends des letzten Jahrzehnts, stellt bisher jedoch im Wesentlichen eine digitale Innovation dar. Für eine volle Ausschöpfung des Potenzials müssen auch hardwareseitig die Produktionsmaschinen und -systeme der Zukunft grundlegend neu gedacht werden. Das Forschungsvorhaben Wertstromkinematik (kurz: WSK) setzt an dieser Stelle an. Dieses neuartige Produktionskonzept sieht die Gestaltung ganzer Produktionen anhand der Verkettung mehrerer Maschinen einer baugleichen, roboterähnlichen Kinematik vor. Die daraus resultierende Wandlungsfähigkeit ermöglicht eine volle Ausschöpfung des Potenzials von Industrie 4.0. Nachdem im ersten Teil dieses Beitrags der Schwerpunkt auf der Planung und Steuerung der roboterähnlichen Kinematiken lag, steht in dem hier vorliegenden zweiten Teil die Planung ganzer Produktionsanlagen im Fokus.

This paper provides a novel approach to stitching surface images of rotationally symmetric parts. It presents a process pipeline that uses a feature-based stitching approach to create a distortion-free and true-to-life image from a video file. The developed process thus enables for example condition monitoring without having to view many individual images. For validation purposes this will be demonstrated in the paper using the concrete example of a worn ball screw drive spindle. The developed algorithm aims at reproducing the functional principle of a line scan camera system whereby the physical measuring systems are replaced by a feature-based approach. For evaluation of the stitching algorithms metrics are used some of which have only been developed in this work or have been supplemented by test procedures already in use. The applicability of the developed algorithm is not only limited to machine tool spindles. Instead the developed method allows a general approach to the surface inspection of various rotationally symmetric components and can therefore be used in a variety of industrial applications. Deep-learning-based detection Algorithms can easily be implemented to generate a complete pipeline for failure detection and condition monitoring on rotationally symmetric parts.

Resistance spot welding is the most economical joining method for the production of automotive steel bodies. In modern car body construction, however, its future applicability is limited due to the growing mix of materials in multi-material design. In response to increasing weight reduction requirements to protect the environment and natural resources, lightweight materials, and fibre-reinforced plastics (FRP) in particular, are more and more used in modern vehicle bodies. To facilitate the future joining of FRP/steel structures with resistance spot welding, spot-weldable force-introduction elements may be embedded in the laminate as a joining interface. When welding the so-called inserts, thermal damage to the surrounding polymer should be avoided, as this is the only way to calculate the strength of the joint correctly. For this purpose, the paper presents a numerical model that allows the prediction of the temperature propagation during spot welding of FRP/steel joints with embedded inserts. The simulative approach is subsequently validated by comparison with experimentally determined temperature curves and in doing so, an excellent model prediction can be noted.

Battery cell production is a complex process chain with interlinked manufacturing processes. Calendering in particular has an enormous influence on the subsequent manufacturing steps and final cell performance. However, the effects on the mechanical properties of the electrode, in particular, have been insufficiently investigated. For this reason, the impact of different densification rates during calendering on the electrochemical cell performance of NMC811 (LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2) half-cells are investigated to identify the relevant calendering parameters. Based on this investigation, an experimental design has been derived. Electrode elongations after calendering in and orthogonal to the running direction of the NMC811 cathode are investigated in comparison with a hard carbon anode after calendering. Elongations orthogonal to the machine direction are observed to have no major dependencies on the compaction rate during calendering. In the machine direction, however, significant elongation occurs as a dependency of the compaction rate for both the hard carbon anode and the NMC811. In addition, the geometric shape of the NMC811 electrodes after separation into individual sheets is investigated with regard to different compaction rates during calendering. It is shown that the corrugations that occur during calendering are propagated into the single electrode, depending on the compaction rate.

Industrie 4.0 ist als Trend des letzten Jahrzehnts inzwischen weltweit bekannt und steht wie kein anderer Begriff für die Innovationsfähigkeit und Kreativität von Forschung und Industrie. Dabei stellt Industrie 4.0 bisher jedoch eine im Wesentlichen digitale Innovation dar. Seitens der Hardware müssen für eine volle Ausschöpfung des Potentials die Produktionsmaschinen und -systeme der Zukunft grundlegend neu gedacht werden. Das Forschungsvorhaben Wertstromkinematik setzt an dieser Stelle an. Das neuartige Produktionskonzept sieht die Gestaltung ganzer Produktionen anhand der Verkettung mehrerer Maschinen einer baugleichen, roboterähnlichen Kinematik vor. Das hierdurch geschaffene Produktionssystem besitzt eine Wandlungsfähigkeit, die die volle Ausschöpfung des Potenzials durch Industrie 4.0 ermöglicht und zur Erhaltung und Anpassung globaler Wertschöpfungsketten beiträgt.

Kürzere Produktlebenszyklen und der fortschreitende Trend zur Individualisierung von Produktionsgütern mit immer kleineren Losgrößen führen zu der Notwendigkeit eines wiederkehrenden Prozesses, der die Auswahl und Konfiguration von Produktionssystemen beinhaltet. Produktionssysteme werden dabei auf Basis der Produktanforderungen aus einer großen Zahl komplexer Einzelmaschinen und Komponenten zusammengestellt, was zu einem hohen Integrationsaufwand führt. In diesem Beitrag wird daher ein Ansatz zur nutzerindividuellen, modellbasierten Auswahl von Maschinen und Anlagen vorgestellt, der im Rahmen eines deutsch-chinesischen Industrie 4.0 Forschungsprojektes entwickelt wurde.

Die industrielle Zustandsüberwachung mithilfe von Techniken des Maschinellen Lernens (ML) wird für die Wettbewerbsfähigkeit von Herstellern immer wichtiger [1]. Diese Arbeit stellt eine Methode vor, ML-Modelle zur präventiven Verschleißerkennung von Kugelgewindetrieben auf Umgebungsveränderungen im Betrieb (online) nachzutrainieren und damit Domänenwissen graduell im Modell zu implementieren, um die Klassifikationsgüte auch für neuartige Verschleißmuster stabil zu halten.

Die stärker werdende Bedeutung von Digitalisierung im Maschinenbau stellt klein- und mittelständische Anlagenanbieter wie -betreiber vor neue Herausforderungen. Vor allem bei Bestandsanlagen in heterogenen Daten- und Schnittstellenlandschaften der Produktion sind innovative Ansätze zur Vernetzung und Erzeugung einer Datenpipeline notwendig. Ziel der in diesem Beitrag vorgestellten Forschung ist deshalb die einfache und nachrüstbare Bereitstellung von Maschinendaten zur Steigerung der Wertschöpfung durch KI-Anwendungen.

Das stetig zunehmende volatile Marktumfeld verlangt, unter anderem, nach hoher Effektivität der eigenen Produktion, um international wettbewerbsfähig zu bleiben. Die zur Steigerung der Anlagenverfügbarkeit beitragende Digitalisierung von Produktionsanlagen findet im Maschinen- und Anlagenbau dennoch nur zögerlich Anwendung. Auf Basis einer Unternehmensbefragung wurden die Anforderungen an digitale Nachrüstlösungen analysiert, Diskrepanzen zu bestehenden Systemen abgeleitet und Bedarfe sowie mögliche Lösungen bei der Digitalisierung von Produktionsanlagen aufgezeigt.

Um wirtschaftlich auf die volatilen Marktanforderungen der Elektromobilität reagieren zu können, muss der Maschinen- und Anlagenbau den Automobilherstellern stückzahl- und variantenflexible Produktionslösungen bereitstellen. Im Kontext der Fertigung von Statoren mit Hairpin-Wicklung sind diesbezüglich die werkzeuggebundenen Prozessschritte zur Hairpin-Formgebung sowie zum Twisten der offenen Spulenenden zu fokussieren. Eine Perspektive für das flexible Twisten bis hin zur Losgröße-1 stellt ein neuer Ansatz mittels kinematischer Prozessführung dar.

Der forcierte Einsatz eines systematischen Leichtbaus wird in vielen Branchen durch fehlende Ansätze zur ganzheitlichen Bewertung der konstruktiven, fertigungs- und werkstofftechnischen Leichtbaumaßnahmen gehemmt. Das vom BMWi geförderte Projekt SyProLei verfolgt daher das Ziel, eine Methodik zu erarbeiten, die eine effektive und zugleich effiziente Entwicklung technisch, wirtschaftlich und ökologisch attraktiver Leichtbau-Produkte erm?glicht.

Die industrielle Batteriezellfertigung ist geprägt durch starre Produktionssysteme für die Massenfertigung. Die Fertigung anwendungsspezifischer Zellen im geringen bis mittleren Stückzahlsegment erfolgt derzeit kostenintensiv in einer Werkstattfertigung. Basierend auf standardisierten Roboterzellen und einer flexiblen Steuerungsarchitektur wird ein Konzept zur hoch automatisierten material-, format- und stückzahlflexiblen Batteriezellfertigung beschrieben. Agile Battery Cell Manufacturing as Response for Volatile Markets and Technologies Industrial battery cell production is characterized by rigid production systems for mass production. The production of application-specific cells in a low to medium quantity segment is currently performed by cost-intensive workshop production. Based on standardized robotic cells and a flexible control architecture, a concept for highly automated battery cell production that is flexible in terms of material, format and number of units is described.

Trotz der Vielzahl von verschiedensten Anwendungen und Anforderungen an die Batteriezellen werden für viele Produkte standardisierte Zellen eingesetzt. Dabei werden individuelle Anforderungen, insbesondere an den Bauraum, meist nicht beachtet. Unsere Hypothese ist, dass künftige Produkte, vor allem in den Bereichen Unterhaltungselektronik, Power Tools und Elektrofahrzeuge, Batteriezellen benötigen, deren Anforderungen bezüglich elektrischer Eigenschaften und Format angepasst sind. Dies führt zu einer wachsenden Vielfalt an Batteriezellen in Bezug auf Abmessungen, Format und Materialien. Dieser Trend ist bereits bei Batteriezellen für die Unterhaltungselektronik wie Smartwatches und Smartphones erkennbar. Um den unterschiedlichen Kundenanforderungen gerecht zu werden, benötigen die Zellhersteller geeignete flexible Produktionsmaschinen, um hohe Rüstkosten zu vermeiden. Als Lösung wird am KIT eine flexible, automatisierte Produktionsanlage für die Li-Ionen Pouch-Zellen Fertigung entwickelt.

Die Weiterentwicklung von Runddraht-Wickelverfahren zur Performancesteigerung elektrischer Antriebe stellt einen wichtigen Forschungsgegenstand am wbk Institut für Produktionstechnik des KIT dar. Im Rahmen bisheriger Arbeiten wurde in diesem Zusammenhang der neuartige Prozess des Kompaktwickelns entwickelt. Im vorliegende Beitrag werden dieser definiert, eine erste prototypische Umsetzung des Kompaktwickelns vorgestellt sowie mögliche industrielle Anwendungen und Zukunftsperspektiven skizziert.

Elektrische Traktionsmotoren nehmen - unabhängig von der Art der Elektrifizierung - eine zentrale Rolle im Mobilitätswandel ein. Volatile Rahmenbedingungen, Märkte und Technologien führen jedoch dazu, dass das Investitionsrisiko in dem Stand der Technik entsprechende Produktionssysteme mit eingeschränkter Flexibilität als hoch einzustufen ist. Vor diesem Hintergrund soll im Forschungsvorhaben AgiloDrive durch die integrierte Entwicklung modularer Produkt- und Produktionsbaukästen eine nachfrageorientierte Wandlungsfähigkeit des Produktionssystems befähigt werden.

Herkömmliche additive Fertigungsverfahren für Kunststoffbauteile erlauben eine große Designfreiheit, besitzen jedoch Defizite hinsichtlich Fertigungszeit, Bauvolumen und Oberflächenbeschaffenheit. Zur Beseitigung dieser Defizite eignen sich insbesondere flexible Industrieroboter mit druckenden Endeffektoren. Aus diesem Grund wurde am wbk Institut für Produktionstechnik eine vollst?ndige CAE-Prozesskette zur robotergef?hrten Extrusion entwickelt und an einer Anlage erprobt.

Using Machine Learning Techniques in general and Deep Learning techniques in specific needs a certain amount of data often not available in large quantities in some technical domains. The manual inspection of Machine Tool Components, as well as the manual end of line check of products, are labour intensive tasks in industrial applications that often want to be automated by companies. To automate the classification processes and to develop reliable and robust Machine Learning based classification and wear prognostics models there is a need for real-world datasets to train and test models on.

3D printing, to print continuous fiber reinforced plastics (CFRPs) has advantages of manufacturing complex shape and short production cycle. Due to anisotropic mechanical properties of continuous fibers, the paving direction of the fibers determines the mechanical strengths of the printed CFRPs. In this paper, a novel load- dependent path planning (LPP) method has been proposed to generate printing path for CFRPs, which exactly follows the load transmission path of the parts and could provide higher mechanical properties. A topology optimization method is applied to simplify the original disordered load distribution. In the developed Stress Vector Tracing (SVT) algorithm, the printing paths are generated along the load transmission path with the variable spacing of adjacent paths. The LPP method has been compared with the state-of-the-art printing path planning method for continuous fibers and shown better load-bearing and printability.

Mit bekannten Stapelverfahren ist wirtschaftliche Produktion verschiedener Batteriezellformate aus unterschiedlichen Materialien in kleinen bis mittleren Losgrößen selten möglich. Ein neuer Ansatz integriert bislang diskrete Fertigungsschritte zu einem kontinuierlichen, vollautomatisierten, dadurch sehr material- und formatflexiblen Stapelprozess. Performante Steuerungs- und Antriebstechnik von Siemens macht das Coil2Stack-Verfahren präzise regelbar, einfach portierbar und zukunftssicher.

In diesem Beitrag wird die systematische Entwicklung einer Schraubeinheit für Industrieroboter vorgestellt, mit derer Hilfe ein Roboter die Demontage von Elektromotoren vornehmen kann. Aufgrund der Anwendung im Remanufacturing, haben die Elektromotoren bereits einen Lebenszyklus durchlaufen und zeichnen sich durch ungewisse Produktzustände aus. Der Schraubeffektor ist unabhängig davon im Stande, verschiedene Schrauben zu lösen und dabei Messwerte aufzunehmen.

Bereits heute wird eine Fülle an Daten entlang der Wertschöpfungskette erhoben und stellenweise bereits z.B. zur Prozessüberwachung genutzt. Das Ziel dieser Entwicklung sind autonome Fertigungssysteme, die eine flexible Automatisierung unabhängig von der Losgröße ermöglichen und damit für eine hohe Produktivität sorgen. In diesem Kontext werden am wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Institut für Technologie Möglichkeiten zur Steigerung der Autonomie von Handhabungssystemen, z.B. durch eine Werkstückklassifizierung mit Hilfe der Methoden künstlicher Intelligenz, erforscht.

Fiber injection molding is an innovative approach for the manufacturing of nonwoven preforms but products currently lack a homogeneous fiber distribution. Based on a mold-integrated monitoring system, the uniformity of the manufactured preforms will be investigated. As no universally accepted definition or method for measuring uniformity is accepted yet, this article aims to find a suitable uniformity index for evaluating fiber injection molded nonwovens. Based on a literature review, different methods are implemented and used to analyze simulated images with given distribution properties, as well as images of real nonwovens. This study showed that quadrant-based methods are suitable for evaluating the basis weight uniformity. It has been found that the indexes are influenced by the number of quadrants. Changes in sample size do not affect the indexes when keeping the quadrant number constant. The quadrants-based calculation of the coefficient of variation showed the best suitability as it shows good robustness and steady index for varying degrees of fiber distribution.

Hybride Faserverbund-Metall-Bauteile für Anwendungen als Antriebswellen, Achsen oder Zug-Druck-Stangen besitzen aufgrund ihres hohen Leichtbaugrades ein enormes Potential in den unterschiedlichsten Branchen. In diesem Artikel wird das Rotational-Moulding-Verfahren vorgestellt, mit welchem derartige Bauteile schnell und kostengünstig hergestellt werden können.

The aim of machine tool maintenance is to ensure availability in order to guarantee high product quality and productivity. Knowledge of the wear condition of feed axes involved, especially the ball screw, is therefore of enormous importance. The Guard Plus system, a joint development of August Steinmeyer GmbH and ifm diagnostics GmbH, enables this by detecting the preload loss due to wear. Investigation of the system?s function are presented through wbk Institute of Production Science in the following article.

Condition monitoring of plants, machines and their components is a central topic of Industry 4.0. Unforeseeable failures of machine tools are often caused by wear and the resulting failure of ball screws for which surface disruptions represent an important characteristic. This article describes how image-based monitoring of ball screws by an electronical camera system combined with deep learning based models is able to detect premature surface disruptions to derive appropriate and preventive maintenance measures.

Industry 4.0 offers manufacturers a high potential for economic benefit. However, this potential is only rarely exploited in existing machine tools. To enable the roll-out of functions for condition-based maintenance and monitoring of machining processes, a modular retrofitting kit has been developed. This kit allows machines to be individually upgraded with hardware and software modules.

The fiber injection molding process is an innovative approach for the manufacturing of long fiber nonwoven preforms with little to no waste. An important property for the mechanical characteristics of the composite parts is the fiber orientation of the fiber injection molded nonwovens. In this paper a newly developed assemble method based on Fast Fourier Transform and improved Structure Tensor methods for the computation of the fiber orientation distribution in the local orientation by image analysis of transmitted light images is presented. For the computation of the fiber orientation, the Fast Fourier Transform and Structure Tensor methods are used. The new method is evaluated using simulated images and transmitted light images of real nonwovens to evaluate their accuracy. The computed fiber orientation distributions are compared to reference distributions by means of the Kullback?Leibler divergence. It is shown that the assemble method can perform accurate and reliable measurement of fiber orientation measurement and the modified tructure Tensor method improves results significantly compared to the current state of the art.

Resistance spot welding is one of the most economical joining processes when manufacturing conventional steel bodies in the automotive sector. However, its applicability in future body constructions is limited due to the growing material mix. Since the demands of efficiency and weight reduction are steadily increasing, modern car bodies implement lightweight materials, especially fibre-reinforced plastics (FRP), in a multi-material design. To enable the joining of FRP/steel constructions with resistance spot welding, weldable inserts can be embedded in the FRP. In order to evaluate the thermal damage to the surrounding polymer, an experimental study of the welding induced heat is presented in this study. The influence of welding parameter, metal sheet thickness and alloying degree on the heat input are characterised. Based on this data, weldability lobes and energy input diagrams are derived. Furthermore, the dependency between insert geometry and the resulting temperature distribution is examined

Die Digitalisierung von Maschinen und Anlagen im Kontext von Anwendungen der K?nstlichen Intelligenz (KI) gewinnt heute zunehmend an Bedeutung. Heutige Anwendungen im Bereich KI werden jedoch größtenteils als prozess- oder maschinenspezifische Insellösung entwickelt, deren Übertragbarkeit durch die Heterogenität von Produktionsanlagen stark eingeschränkt ist. Ziele aktueller Forschungsarbeiten sind daher eine intelligente Parameteridentifikation zur Findung von Datenquellen und Vereinheitlichung von Informationsmodellen verschiedener Maschinen sowie eine darauf aufbauende Datensegmentierung strukturierter Datenbasen.

Die additive Fertigung erlaubt eine standortunabhängige sowie de facto individualisierte Produktion von Bauteilen mit nahezu beliebiger Komplexität. Für die flexible Herstellung von hochfunktionalen Hybridbauteilen fehlt es allerdings an entsprechenden Maschinenkonzepten sowie Automatisierungslösungen. Durch ein hier vorgestelltes Anlagenkonzept sollen Funktionskomponenten in den additiven Herstellungsprozess integriert und neue Möglichkeiten der Bauteilhybridisierung erforscht werden.

Neue additive Fertigungsverfahren ermöglichen die individualisierte Herstellung von endlosfaserverstärkten Kunststoffen (eFVK) mit hohen mechanischen Steifigkeiten und Festigkeiten. Um Bauteile belastungsspezifisch auslegen zu können, müssen neue Methoden zur belastungsgerechten Integration der Verstärkungsfasern unter Berücksichtigung von Prozessrandbedingungen entwickelt werden. Am wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie wird ein innovativer Ansatz entwickelt, der Verstärkungsfasern spannungs- und fertigungsgerecht in additiv gefertigte Bauteile integriert.

A fibre conform hole forming into continuous fibre reinforced components leads to beneficial part properties, as the fibre structure is not damaged in comparison to a drilling operation due to a reorientation of the fibres during the preforming process. To determine precisely the local component properties of the manufactured composite part, detailed information about the resulting fibre paths is required. For the first time, this paper provides a universal methodology to approximate the actual fibre paths in the reoriented area around the hole. Based on a few experimental data, the developed framework allows the construction of the fibre pathways depending on the formed hole diameter and the used fabric type. Two models based on polynomial splines are developed and compared with regards to the achievable model accuracy. The overall methodology is evaluated using different hole diameter and fabric types. Here, a very good correlation between approximation and reality is observed.

In the development of machine tools, the most important values to ensure competitiveness are machine performance and accuracy. Both are affected significantly by the specific mass-related stiffness and the damping properties of the engineering materials used. Fibremetal elastomer laminates (FMEL) provide an outstanding property profile. However, they are not implemented industrially as a suitable process for manufacturing structural FMEL components has not been identified so far.

Filament winding with a rotating ring allows the joining of hollow, fiber-reinforced profiles. To avoid fiber slippage and to be able to produce wound connections, the curvature of the winding path as well as the friction between mandrel and fibers must be considered. In this paper, the frictional behavior of dry carbon fiber tows is investigated in the context of filament winding for joining profiles. Friction experiments using a sled and filament-winding experiments are performed in order to examine the interrelationship between both setups. Furthermore, the influence of parameters, such as fiber orientation and contact surface, are analyzed. Regarding the frictional behavior of dry carbon fibers, it is found that the perpendicular slippage of the tow is governed by different mechanisms. Therefore, two different modes of slippage can be distinguished, depending on whether the tow?s limit of adhesion is dominated by the friction between the mandrel surface and the bottom layer of filaments, or by the coherence of filaments within the tow.

The transformation process towards electric mobility results in new requirements for product development and production technology, which require the appropriate qualification of employees. In order to enable holistic further training, the wbk Institute for Production Engineering at KIT develops high-quality training concepts for the production of stators of electric traction drives by hairpin technology based on vocational pedagogical methods and integrates them into the overall concept of the training factory stator production.

Thermoplastische UD-Tapes können zur lastangepassten Verstärkung von Kunststoffteilen verwendet werden. Um diese variantenflexibel vorzuformen wird am wbk Institut für Produktionstechnik ein neuartiger, auf lokaler Biegung basierender Prozess entwickelt. Die Geometriebildung erfolgt hierbei durch Software wodurch Werkzeugkosten eingespart werden.

Für ein sicheres und deformationsarmes Spannen dünnwandiger Bauteile in der Drehbearbeitung existiert keine Lösung, welche Kraftmessung, Datenübertragung und Energieversorgung in eine Spann - backe unter Berücksichtigung der Nachrüstbarkeit im industriellen Umfeld integriert. Im Beitrag wird der Forschungsdemonstrator einer topologieoptimierten Monoblock-Spannbacke vorgestellt, welche eine werkstücknahe Spannkraftmessung mit integrierter Energieversorgung und Datenübertragung ermöglicht.

Durch die erhöhte Nachfrage an elektrischen Traktionsmotoren steigen die Anforderungen an die Produktionstechnik. Die Mehrachsnadelwickeltechnik spielt dabei eine wichtige Rolle, da sie es ermöglicht Vollblechschnittstatoren vollautomatisiert zu bewickeln. Die manuelle Erstellung eines NC-Programms nimmt viel Zeit in Anspruch, was eine kritische Hürde für den Prototypenbau darstellt. In diesem Beitrag wird eine CAD/CAM-Schnittstelle vorgestellt und validiert, die es erlaubt aus den CAD-Daten sowie dem Wickelschema automatisiert ein Wickelprogramm zu erstellen.

Fiber-metal-laminates (FML) provide a high variability in part properties and are often used to satisfy multiple component demands in aerospace applications. However, conventional use of hybrid laminates in the automotive sector is unrewarding due to high manufacturing costs and strongly restricted forming degrees. This paper presents an approach, which enables the manufacturing of laminate components with low bending radii for high volume applications. To separate the carbon fiber?reinforced polymers (CFRP) from the metal sheets, an elastomer layer was used, resulting in the omission of surface treatments for adhesion and corrosion prevention. The forming degrees presented in this work exceeded current approaches. Furthermore, the influence of the forming process on the mechanical properties was analyzed, thus ensuring the profitability of the presented approach for industrial applications.

Toleranzbedingte Schwankungen des Kupferflachdrahtes stellen eine wichtige Einflussgröße bei der Formgebung von Hairpin-Steckspulen für die Fertigung elektrischer Traktionsmotoren dar. Im vorliegenden Beitrag werden die Wechselwirkungen geometrischer Toleranzen mit den charakteristischen Eigenschaften und der Konturgenauigkeit von Hairpin-Steckspulen durch analytische und numerische Methoden am Beispiel einer werkzeuggebunden Formgebung systematisch untersucht.

In industrial lithium-ion battery manufacturing, patterned structured electrodes are required due to subsequent processes. In particular, novel and advanced cell stack formation processes cause challenging design requirements for electrode geometry. This work examines the influence of coating speeds up to 50 m min?1 and wet-film thicknesses up to 400 Šm on the coating edge quality. To determine the coating edge quality, the start-up length in every pattern in the coating direction is compared for different coating parameters. Parameters such as speed and film thickness show no limiting effect, which makes high process speeds possible.

A major challenge in composite manufacturing is to connect several fiber composite or hybrid profiles to a closed structure, since the conventional, metallic joining methods are often not applicable. An approach for joining such profiles is represented by the filament winding process, where the profiles are wrapped with carbon fibers. In order to achieve a flexibility in the joining process and a high reproducibility in deposition, a model for describing the winding paths was derived. An analytical model of the geometry of a T-joint is introduced in terms of a mathematical parametrization of areas. For the modeling of the winding paths itself, a differential-geometric approach combined with an algorithm to calculate geodesic and non-geodesic curves was used taking into account the relevant influencing parameters during winding. This model makes it possible to map different winding patterns of the profiles, which should serve as a starting basis for a kinematic simulation of the movements.

Die steigende Variantenvielfalt im Automobilbau durch neue Modelle und elektrische Derivate motiviert ein Umdenken im Karosserierohbau. In SmartBodySynergy wird ein flexibler Karosserierohbau in Werkstattfertigung entwickelt. Für dessen Umsetzung sind flexible Fügezellen notwendig. In diesem Artikel wird der Einsatz einer vorrichtungsfreien, kamerageregelten Bauteilpositionierung für den Einsatz in varianten- und vorgangsflexiblen Fügezellen untersucht und eine Demonstratorzelle vorgestellt.

Hohlprofile aus Faserverbundwerkstoffen eignen sich ideal zur Herstellung hochsteifer und gleichzeitig leichter Fachwerkstrukturen. Durch die hervorragenden mechanischen Eigenschaften folgen diese Strukturen dem aktuellen Trend ressourceneffizientem und somit umweltschonendem Bauen. Im Vergleich zu den flächigen Strukturen bestehen im Fügeprozess solcher Profile allerdings noch große Herausforderungen. Diese werden heute häufig durch den Einsatz zusätzlicher metallischer Elemente wie Schrauben oder Knotenelemente umgangen. Die Folge dieser Verbindungstechniken ist in der Regel allerdings eine Beschädigung die Faserverbundstruktur und somit einhergehend eine Schwächung der Gesamtstruktur. Aus diesem Grund wurde am wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) mit dem Fügewickeln ein innovatives Verfahren entwickelt, um solche Fachwerkstrukturen flexibel und mit hoher Tragfähigkeit herstellen zu können. Mit Hilfe einer an einem Vertikal-Knickarm-Roboter angebrachten Kinematik, bestehend aus einem Stator und einem darin drehenden Rotor, können hierbei einzelne Rovings und Towpregs lastgerecht und zerstörungsfrei an der Fügezone der zu verbindenden Profile aufgebracht werden und somit sowohl einen tragfähigen Form- als auch Stoffschluss erzeugen.

Das Forschungsprojekt AsenBa hat Ansätze entwickelt, um den Aufwand für die Planung von Handhabungssystemen zu minimieren. Die individuelle Auslegung von Handhabungssystemen wird durch eine Auslegungslogik realisiert, die auf Simulationsergebnisse zurückgreift.

Im Lithium-Ionen-Batteriemodul werden vorrangig stoffschlüssige Fügeverfahren für die elektrische Kontaktierung der einzelnen Batteriezellen eingesetzt. Dies hat zur Folge, dass einzelne Zellen, wenn sie einen Defekt aufweisen, nicht demontiert werden können. Ein alternatives Fügeverfahren könnte das Fließlochschrauben sein, das durch wenige Montageschritte eine demontagefähige Verbindung herstellt. Am wbk wird daher das Fließlochformen als alternatives, lösbares Fügeverfahren für den Einsatz im Batteriemodul untersucht.

Viele Maschinen- und Materialparameter sind für die Qualität eines Elektroden-Einzelblattes verantwortlich. Relevant für Vereinzelung und Stapelbildung ist etwa die Bahnzugkraft, mit der die Elektrodenbahn während des Stanzvorgangs beaufschlagt wird. Diese wurde in der Versuchsanlage des wbk Institut für Produktionstechnik regelbar ausgeführt, um Zusammenhänge bei der Einzelblattstapelbildung zu untersuchen. Dieser Artikel stellt Auswahl und Funktion sowie die Integration der Lösung in die Versuchsanlage und die Auswirkung verschiedener Bahnzugkräfte auf die Maßhaltigkeit der gestanzten Einzelblätter vor.

Due to their outstanding specific mechanical properties, carbon fibre reinforced plastics (CFRP) exhibit a high application potential for lightweight structures. With respect to multi-material design and to avoid drilling of structural CFRP parts to join them to other components, embedded metal elements, so called inserts, can be used. The inserts consist of a shaft and a baseplate which is embedded between the fibre layers. So far, only punctiform inserts have been subject to research. One feasible geometry are linear inserts which have not been studied yet. In this work, the performance of two different types of linear inserts will be investigated. The shapes are based on a punctiform insert which is made out of a threaded shaft welded onto a baseplate whose performance under different types of loading has been investigated before. The first type of linear inserts has the same cross-section as the reference punctiform insert but is of a linear form. The second type is a quasi-linear insert which consists of a baseplate with the same dimensions as the first linear inserts and three threaded shafts welded onto it. All samples are manufactured by resin transfer moulding (RTM). Depending on the geometry of the insert and the preforming concept it is potentially possible to maintain the fibre continuity. For the inserts with a continuous shaft and in the proximity of the insert, it is necessary to cut fibres of the top layers which are aligned perpendicular to the shaft. For the quasi-linear insert, it is possible to maintain the fibre continuity as the fibres are guided around the circular shafts. Additional to mechanical tests that are carried out, mould-filling and curing simulations are performed for different inserts to analyse the influence of the process parameters onto the part quality. In the main series of tests, the specimens are characterized regarding their failure behaviour and load bearing capacity under quasi-static loads. The results of the experiments show that, compared to the punctiform reference insert, the linear load introduction elements exhibit higher load bearing capacity. However, the linear load introduction elements are inferior regarding specific load bearing capacity and furthermore increase process complexity during preforming and production.

Die Gehäuse von Lithium-Ionen-Pouchzellen bestehen aus einer Aluminiumverbundfolie die über Tiefziehen in die benötigte rechteckige Geometrie überführt wird. Da es nach aktuellen Stand der Technik kaum möglich ist, Halbschalen von großen Tiefen herzustellen, werden am wbk Institut für Produktionstechnik alternative Herstellprozesse für Pouchzellengehäuse untersucht. Grundlegend hierfür ist die Kenntnis über Fügeparamter, die für das Verschließen der Batteriegehäuse benötigt werden.

In this paper, a novel pixel-based draping and gripping unit will be presented. To monitor and control the draping during the forming of a stack of semi-finished textiles, the pixels are equipped with integrated sensors. With these sensors, it is possible to adjust the tangential sliding and the normal holding force at each pixel. The sensor principle is based on the electrical conductivity of carbon fibers. Electrodes inside the gripping system allow a conclusion to the gripping force between the gripper and the carbon textile. Therefore, the gripping force can be adjusted to the special boundary conditions during the draping process.

Drahtschwingungen sind ein Resultat der schwankenden Drahtzugkraft beim Linearspulenwickelprozess von rechteckigen Statorspulen. Um diese ausregeln zu können, müssen sie zuvor analytisch beschrieben werden. Der vorliegende Beitrag zeigt Methoden, die Drahtschwingungen zu untersuchen und zu validieren.

Elektrofahrzeuge stellen eine vielversprechende Alternative zum konventionellen Fahrzeug dar. Neben der Batterie zur Energiespeicherung benötigen sie Elektromotoren, um die gespeicherte Energie in Bewegung umzusetzen. Die wesentlicheKernkomponente des Elektromotors ist der Stator, welcher ein elektromagnetisches Drehfeld und somit das Drehmoment erzeugt. Die leistungsbestimmende Komponente des Stators ist die Wicklung, welche durch Umformen des Drahtes erzeugt und maßgeblich beeinflusst wird.

Das Arburg Kunsstoff Freiformen ist ein additives Fertigungsverfahren, welches zur Erzeugung von Kunststoffbauteilen erfolgreich in der Industrie genutzt wird. Am wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wird die Erweiterung dieses Verfahrens zur additiven Herstellung metallischer Bauteile untersucht. Dabei wird auf Teile der Prozesskette des Metallpulverspritzgusses zurückgegriffen. Der Arburg Freeformer wird zur Erzeugung sogenannter Grünlinge verwendet, welche aus einem Gemisch aus Metallpulver und Binder bestehen. Diese Grünlinge werden anschlie ßend entbindert und gesintert, wodurch Sinterteile entstehen. Im Rahmen dieser Veröffentlichung wird diese Prozesskette erläutert und ein Vergleich zum konventionellen Metallpulverspritzguss anhand experimenteller Daten für den Werkstoff Carbonyleisen vorgestellt.

Im Bereich der Pulvertechnologie stellt das Streckziehen keramischer Grünfolien eine wirtschaftliche Möglichkeit dar, dreidimensionale Halbzeuge herzustellen. Im Rahmen des AiF-Projekts ?Inka? werden die Einflüsse der Prozess- und Geometrieparameter auf die Streckziehfähigkeit von keramischen Grünfolien aus dem Werkstoff ZrO2 experimentell untersucht. Dabei kommen statistische Methoden zur Ermittlung der Haupt- und Wechselwirkungseffekte zum Einsatz.

Die steigenden Anforderungen aus dem Umwelt- und Klimaschutz an die Automobilbranche verlangen zunehmend eine wirtschaftliche Umsetzung des Leichtbaus bei der Fertigung neuer Fahrzeuge. Die hierbei verwendeten Leichtbaumaterialien entsprechen jedoch meist nicht den Ansprüchen an das akustische Verhalten und den damit einhergehenden Komfort. Eine Möglichkeit zur Verringerung der Fahrzeugmasse bei gleichzeitig hohen Dämpfungseigenschaften besteht in der Verwendung von Faser-Metall-Gummi-Hybridlaminaten. Dieser Beitrag stellt einen Ansatz vor, welcher eine ökonomische Herstellung der neuartigen Hybridlaminate ermöglicht. Der Herstellungsprozess wurde an unterschiedlichen Bauteilgeometrien erprobt und zudem der Einfluss des eingebrachten Elastomers auf das Umformverhalten des Werkstoffkonzepts untersucht.

Für einen Durchbruch der Elektromobilität müssen die Batteriezellen kostengünstiger werden. Ein Kostentreiber stellt derzeit noch die Herstellung der großformatigen Pouchzellen dar. Zentraler Schritt der Prozesskette der Zellfertigung ist die Stapelbildung. In diesem Artikel wird ein neues kontinuierliches Stapelbildungsverfahren vorgestellt, welches die Vorteile einer kontinuierlichen Verarbeitung der Materialien mit guten Leistungsperformance- und guten Lebensdauereigenschaften kombiniert.

Die Verpackung von Pouchzellen besteht aus einer dünnen Alumi - niumverbundfolie, die zu Halbschalen tiefgezogen wird. Um diesen Prozess beherrschen zu können, muss zunächst das Umformverhalten der Folie charakterisiert werden. In diesem Fachartikel werden daher Erichsentiefungsversuche diskutiert. Aus ihnen geht hervor, dass das Verbundmaterial isotrop ist und die Parameter Foliendicke, Matrizenradien sowie Temperatur das Umformergebnis der Folie maßgeblich beeinflussen.

For electric motors, the stator designs with tooth coils are predominant. Due to their noncircular shape, the tooth coils display a challenge for highly productive winding processes with a low coil resistance. With the use of a process model a prediction of the central process parameters, like the wire tension, can be achieved. This model consists of a wire deformation based multi-body-dynamic simulation, measurements and analytic model aspects which were validated at a test stand. It can be used to optimize controller and actuator designs for wire tension control systems and enables higher winding speeds and winding quality.

Bei der Fertigung von Lithium-Ionen-Zellen müssen aus beschichteten Materialbahnen einzelne Elektrodenblätter ausgestanzt und anschließend mit hoher Präzision deckungsgleich übereinandergestapelt werden. Um Batteriezellen mit hoher Qualität zu erzielen, muss die Beschichtungskante der Materialbahn unmittelbar vor dem Stanzvorgang detektiert und zum Stanzwerkzeug ausgerichtet werden. Dieser Beitrag beschreibt den Konzeptions- und Entwicklungsprozess eines hierfür geeigneten Sensorsystems. Zu Beginn finden hierzu eine Analyse und eine Bewertung der physikalischen Effekte statt, die sich zur Detektion der Beschichtungskante nutzen lassen. Im Anschluss werden die Entwicklung und die Realisierung des Sensorsystems auf der Basis eines Zeilenkameramoduls beschrieben. Dies umfasst sowohl den Hardwareaufbau als auch die Funktionsweise des Auswertealgorithmus, der auf einer Mikrocontrollerplattform umgesetzt wurde. Den Abschluss des Beitrags bildet die Validierung des Sensorsystems als Messglied innerhalb einer Regelschleife am Beispiel eines am KIT befindlichen Demonstrators zur Zellfertigung.

High speeds and acceleration create high reactive forces between the moving mass and the stationary bodies of the ball screw feed drive system and excite the structure which causes undesired vibrations. Therefore,it is necessary to have an accurate dynamic model of the feed drive system for machine design and controller tuning. An optimized dynamic modelling and simulation method of a ball screw feed drive was presented based on the lumped mass model. The mass and the rigidity of the ball screw feed drive basis were considered in this new model and the calculation method of the equivalent parameters was optimized. Simulative and experimental examinations were conducted based on an X-axial ball screw feed drive system on a MAG machining center and the presented method was proved to be accurate because of the same eigenfrequency number and the limited error( less than 5%) between the simulated and measured eigenfrequencies of the ball screw feed drive system. Based on this model the vibration characteristic of a ball screw feed drive system was studied. The simulation results showed that the natural frequency change caused by the nut position change affected the stability of the servo system,and the backlash of feed drive system encouraged the components to produce high-frequency vibration and made the servo system unstable.

Unter dem Faserblasverfahren wird ein Preformingprozess verstanden, bei dem trockene Langfasern vermischt mit einem thermoplastischen Binder in eine spezielle Form eingeblasen und anschließend mit Hilfe von Heißluft und hohem Druck zu einem dreidimensionalen Preform verpresst werden. Durch die Erweiterung des Faserblasverfahrens um einen Prozessschritt zur gezielten Einbringung lokaler Endlosfaserverstärkungen können die mechanischen Eigenschaften des Bauteils zusätzlich verbessert und die Materialeffizienz des bereits verschnittarmen Faserblasverfahrens weiter gesteigert werden.

Die Verpackung von Lithium-Ionen-Pouchzellen wird aus zwei tiefgezogenen, rechteckigen Halbschalen hergestellt. Das verwendete Ausgangsmaterial ist eine Aluminium-Kunststoffverbundfolie mit geringer Materialstärke. Für das Tiefziehen dieser dünnen Folien besteht bisher noch kein tiefgreifendes Prozessverständnis, weshalb der Prozess eine hohe Ausschussrate aufweist. Um dies zu ändern und im Anschluss Qualitätsparameter für die erzeugten Halbschalen definieren zu können, wird eine Tiefziehpresse eigens für diese Anwendung ausgelegt und entwickelt. In nachfolgendem Beitrag werden die Herausforderungen und Lösungsansätze für Pressengestell und-werkzeug vorgestellt.

Im Bereich der Pulvertechnologie ist das Prägen metallischer Grünfolien eine wirtschaftliche und ressourcenschonende Möglichkeit zur Herstellung strukturierter Halbzeuge. Im Rahmen des AIF (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen)-Projekts ?Inka? werden die Einflüsse der Werkstoff-, Prozess- und Geometrieparameter auf die Prägbarkeit von Grünfolien aus dem Werkstoff 17?4PH experimentell untersucht. Dabei kommen statistische Methoden zur Ermittlung der Haupt- und Wechselwirkungseffekte zum Einsatz.

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.

Die effiziente Teilezuführung ist eine herausfordernde Handhabungsoperation in der automatisierten Mikromontage. Für die Zuführung von kleinen Bauteilen unterschiedlichster Art ist vor allem das Prinzip der Gleitförderung eine interessante Alternative. Um mit diesem Prinzip eine Produktivitätssteigerung zu erreichen, ist ein Ansatz notwendig, mit dem sich die Bauteilbewegung vorhersagen lässt.

Unter dem Schleuderverfahren für Faserverbund-Metall-Wellen oder -profile wird ein Fertigungsprozess verstanden, bei dem spanend bearbeitete, metallische Elemente mit einer trockenen Endlosfaserstruktur (Preform) vormontiert und in eine geschlossene Werkzeugform eingelegt werden. Anschließend wird flüssige Matrix eingegossen und das Werkzeug solange unter hoher Drehzahl rotiert, bis die Faserstruktur vollständig imprägniert und die Matrix ausgehärtet ist. Die intrinsische Hybridisierung ermöglicht eine formschlüssige Kraftübertragung mit Hinterschneidungen zwischen Metall und Faserverbund, die normalerweise nicht montierbar sind. Dadurch sollen besonders hohe Lasten übertragen werden können. Dieses Verfahren bietet, aufgrund der vergleichsweise kurzen Fließwege, die Möglichkeit kurze Taktzeiten von wenigen Minuten zu realisieren.

Zur Herstellung gekrümmter Profile kommt in einem neuartigen Prozess eine modifizierte Strangpresse zum Einsatz. Die Handhabung der gekrümmten Profile wird mittels zwei auf Industrierobotern fixierten Werkzeugen realisiert. Zur Synchronisation der Handhabungswerkzeuge relativ zum austretenden Strang muss die Geschwindigkeit des Strangs exakt bekannt sein. Vorgestellt wird eine innovative Einrichtung zur Messung der Geschwindigkeit eines bewegten Strangs mithilfe eines „Laser Surface Velocimeters“. Der Laserstrahl wird aufgrund des begrenzten Raums am Pressenaustritt über ein System aus zwei Spiegeln zum Messpunkt umgelenkt. Die Einflüsse der Umlenkung und das Ermitteln der absoluten Messgenauigkeit des Systems werden an einem Versuchsstand untersucht.

Für eine Reduktion der Produktionskosten von Batteriemodulen für die Elektromobilität und stationäre Speichersysteme gilt es den gesamten Produktionsprozess - ausgehend von der Anlieferung der Batteriezellen bis hin zur Bildung eines Modulverbundes - zu optimieren. Hierfür werden derzeit neue Ansätze erarbeitet. Handlungsfelder sind hierbei der beschädigungsfreie Zelltransport, auf Pouchzellen angepasste Greif-und Handhabungslösungen sowie neue Stapelbildungsverfahren.

Eine wirtschaftliche Produktion von Batteriemodulen für Elektrofahrzeuge erfordert zwingend eine prozesssichere, automatisierte Herstellung. Dabei ist die Handhabung von zentraler Bedeutung. Im Rahmen des Projekts AutoSpEM erforscht das Karlsruher Institut für Technologie gemeinsam mit Industriepartnern neuartige Handhabungstechniken und Automatisierungslösungen.

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.

Ein wesentlicher Grund für die hohen Kosten von Lithium-Ionen-Batterien liegt in der Komplexität der eingesetzten Produktionsanlagen in heutigen Zellfabriken. Besonders der automatisierte Aufbau des Zellstapels, der aus einzelnen, formlabilen Elektroden und Separatoren besteht, ist auf Grund einer Vielzahl serieller Handhabungsprozesse in der heutigen Anlagentechnik ineffizient und deswegen kostentreibend. In diesem Beitrag wird, diesem Umstand Rechnung tragend, die Erforschung eines Maschinenmoduls für die Bereitstellung von einzelnen Elektrodenblättern beschrieben. Basierend auf einer technischen Analyse von Schnittverfahren wird eine konstruktive Lösung für ein solches Maschinenmodul hergeleitet und seine Eignung als Baustein in einer Gesamtanlage zur Stapelbildung diskutiert.

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.

The use of light space-frame-structures made of extruded aluminum profiles is a considerable contribution to weight reduction in cars. Individual customer demands as well as new concepts for drives result in splitting the number of pieces into several variants and therefore are increasingly leading to a small batch production of this kind of space-frame-structures. Due to the use of innovative processes and the small batch character of the production, bigger deviations usually occur during the manufacturing of individual profiles. These deviations represent a serious challenge for the precise and automated assembly. In this paper, a method to compensate production related deviations for the assembly of space-framestructures will be presented. The general approach is the machining of the end segments. During the first step a target structure will be analyzed. Based on this analysis, all profiles are classified according to their degrees of freedom and the associated suitability for compensation. Deviations that occur become visible at an early stage by comparing them with actual measured profile data. Based on this, a strategy for compensating existing deviations can be defined. By implementing the correlations in a flexible environment, an optimization of individual profiles under different basic conditions is therefore possible, and leads to an improved accuracy of the space-frame-structure that needs to be assembled.

Bei der spanenden Bearbeitung von Werkstücken in der Nähe einer Eigenfrequenz von Werkzeugmaschinen können schwingungsbedingte Qualitätseinbußen, z.B. durch Rattern, entstehen. Potentielle Lösungen erfordern entweder umfangreiche, kostenintensive Eingriffe in die Maschinenstruktur oder eine Reduktion der Zerspanleistung. Am wbk Institut für Produktionstechnik wird daher ein Ansatz entwickelt, mit dem die Eigenfrequenzen der Maschine aktiv und variabel eingestellt werden können. Hierzu soll ein Schlitten aus CFK realisiert werden, der im Innern aus Kammern aufgebaut ist.

Am wbk Institut für Produktionstechnik wurde ein innovativer Leichtbau-Schlitten für Werkzeugmaschinen aufgebaut. Dieser zeichnet sich durch eine flexibel befüllbare Kammernbauweise aus. Anhand von experimentellen Modalanalysen konnte nachgewiesen werden, dass durch die Kammernbefüllung die Eigenfrequenzen des Schlittens variabel verschoben werden können. In neuesten Untersuchungen fand ein Abgleich der Messungen mittels Finite-Element-Simulationen statt und Modellansätze für die Fluidbefüllung wurden validiert.

Bei der Herstellung von hochbelastbaren CFK-Bauteilen werden die Teilprozesse im RTM-Verfahren durch die Stückzahl und das Zielsegment bestimmt. Davon wird maßgeblich die Vorgehensweise für das Preforming beeinflusst. Der hier durchzuführende Formgebungsprozess stellt mit der Qualitätssicherung die größte Herausforderung dar. Um eine wirtschaftliche Fertigung zu realisieren muss eine geeignete Vorgehensweise ausgewählt werden.

Leichte Tragwerkstrukturen auf Basis von Aluminiumstrangpressprofilen zeichnen sich durch ihr geringes Gewicht und ihren modularen Aufbau aus. Aus diesem Grund werden sie häufig bei Fahrzeugen in Kleinserien eingesetzt. Zur automatisierten und wirtschaftlichen Montage solcher Strukturen wurden am wbk Institut für Produktionstechnik zwei neue Ansätze entwickelt und im Einzelnen erprobt, wobei die Reduktion von Ausschuss und der weitest gehende Verzicht von kostenintensiven Vorrichtungen während der Montage im Vordergrund stehen. Mit den Ansätzen ist es einerseits möglich vor dem Beginn der Montage Abweichungen zu erkennen, und durch entsprechende Maßnahmen zu kompensieren. Anderseits wurde ein Verfahren entwickelt, das es ermöglicht, die Fügepartner weitgehend vorrichtungsfrei in ihrer Soll-Lage und Orientierung anzuordnen. Aktuelle Arbeiten beschäftigen sich mit der Integration dieser beiden Verfahren in eine prototypische Prozesskette. Zu diesem Zweck wird ein flexibler Montagegreifer für gerundete Strangpressprofile entwickelt und prototypisch realisiert.

Die aktuelle Vielfalt an Konzepten für Elektrotraktionsantriebe und deren Anwendungsszenarien resultieren in einer vielfältigen Bandbreite ausgereifter Produkte, welche in Klein- & Mittelserie hergestellt werden. Mit steigenden Anforderungen der Industrieantriebe bezüglich Energieeffizienz und der Elektrifizierung des automobilen Antriebsstrangs ergeben sich neue Herausforderungen für den Elektromaschinenbau. Ansätze der Produktionsforschung werden mit den genannten Anforderungen verglichen und daraus Trends abgeleitet.

Zur lokalen Bauteilverstärkung wurde ein Legekopf entwickelt, der mit Kunststoffschweißdrähten trockene rovings auf Preforms fixiert. Das ermöglicht hohe Ablegeraten. Die Leistungsfähigkeit der zusätzlichen Faserverstärkung wird an eingebetteten Krafeinleitungselementen untersucht.

Der Schlüssel zur automatisierten Fertigung von hochbelasteten faserverstärkten Kunststoffen im RTM-Prozess liegt im reproduzierbaren Preforming von textilen Halbzeugen. Zur systematischen Planung der Preformingtechnologien und somit zur Realisierung von industriell umsetzbaren Abläufen ist die Anwendung von Technologieplanungsansätzen erforderlich.

Am wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (K IT) werden neuartige metallische Krafteinleitungselemente zur Verbindung von Faserverbund- mit Metallbauteilen entwickelt. Ein besonderer Fokus wird dabei auf eine an den Anwendungsfall und Produktionsprozess der Faserverbund bauteile angepasste Gestalt der Elemente gelegt. Neben der Konzeption verschiedener hochbelastbarer Inserts wird das automatisierte Einbringen der Elemente untersucht, um einen wirtschaftlichen Einsatz in einer Serienfertigung zu ermöglichen.

Die Batteriemodulfertigung stellt neben der Zellfertigung einen wichtigen Produktionsschritt der Wertschöpfungskette und Kostentreiber in der Batterieproduktion dar. In der Batteriemodulfertigung werden gefertigte und geprüfte Zellen mit dem Batteriemanagementsystem (BMS) verbunden und zu funktionsfähigen Modulen montiert. Auf Basis dieses Produktionsschritts der Batteriefertigung werden produktionstechnische Handlungsfelder aufgezeigt. Der Fokus liegt hierbei auf den besonderen Herausforderungen in den Handhabungstechnologien, welche für eine Automatisierung des Produktionsprozesses notwendig sind.

Kern des in diesem Fachartikel vorgestellten Modells ist seine posenunabhängige Beschreibung der Roboterdynamik. Anwendung findet das Modell in der Entwicklung von Robotern, aber ebenso durch Produzenten beim Optimieren von Prozessparametern über den gesamten Lebenszyklus. Das Robotermodell leistet damit einen wesentlichen Beitrag zur Nachhaltigkeit in dem Sinne, dass ökonomische Herausforderungen durch gezielte Verbesserung virtueller Entwicklungstools erfolgreich bewältigt werden können.

Im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms „Kleine Werkzeugmaschinen für kleine Werkstücke“ werden Methoden, Ansätze und Komponenten für Mikromaschinen entwickelt, die speziell für die Bearbeitung von Mikrobauteilen angepasst sind. Der Beitrag berichtet über die Entwicklung einer kompakten, hochintegrierten piezohydraulischen Vorschubachse. Diese Vorschubachse soll die hohe Kraftdichte der Hydraulik mit den sehr guten Dämpfungseigenschaften einer hydrostatischen Führung vereinen. Die hohe Regelgüte piezoelektrischer Proportionalsitzventile wird hierbei genutzt, um eine hohe Dynamik der Vorschubachse zu ermöglichen.

Am wbk Institut für Produktionstechnik wird im Rahmen des Innovationsclusters KITe hyLITE Plus das bekannte bauteilgenerierende Verfahren des Fasernasswickelns zu einer Fügetechnologie weiterentwickelt. Hierbei werden durch die Umschlingung von Rohrprofilenden mit imprägnierten Fasern geschlossene Tragwerke hergestellt. Der Einsatz von zusätzlichen kosten- und ressourcenaufwändigen Knotenelementen entfällt.

Unter dem Gesichtspunkt der allgemeinen Ressourcenverknappung ist die Energieeffizienz im Straßenverkehr bei vorhandenen und neuen Antriebstechnologien von entscheidender Bedeutung. Gleichzeitig besteht der Kundenwunsch nach sportlichen und dynamischen Fahrzeugen. Bei beiden Anforderungen ist die Reduzierung des Fahrzeuggewichts der Schlüssel zum Erfolg. Eine Reduktion des Gewichts kann durch Leichtbau mit metallischen Werkstoffen erfolgen, zunehmend kommen auch faserverstärkte Kunststoffe (FVK) zum Einsatz. Um ein technisches und wirtschaftliches Optimum zu erreichen müssen bisherige Leichtbaukonzepte weiterentwickelt werden. Ein Ansatz hierfür ist der systemeffiziente hybride Leichtbau, dieser basiert auf dem Kerngedanken „join the best“. Das heißt unterschiedliche Werkstoffe werden so kombiniert, dass ein Produkt mit den besten Gesamteigenschaften entsteht.

Je nach Anwendung ändert sich das Anforderungsprofil an Verbindungsverfahren für FVK-Bauteile. Ziel von Entwicklungen ist daher die Erhöhung der Anwendungsflexibilität und der Belastbarkeit der Verbindungen, um wenige Verfahren für möglichst viele Fälle einsetzen zu können. Im Fokus stehen hierbei Insertstrukturen und das Faserwickeln.

Die Montage von leichten Rahmenstrukturen erfolgt bei kleinen Stückzahlen in der Regel manuell. Die Möglichkeit zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit sowie zur Steigerung der Reproduzierbarkeit der Qualität sprechen jedoch für eine automatisierte Montage in der Kleinserie. Da bei kleinen Stückzahlen Prozesse meist nicht eingefahren werden können, entstehen Abweichungen an den einzelnen Bauteilen. Der Umgang mit Abweichungen und eine exakte, vorrichtungsfreie und damit flexible Positionierung der Bauteile bei der Montage stellt daher eine große Herausforderung dar. Am wbk Institut für Produktionstechnik wird ein Ansatz zur vorrichtungsfreien und flexiblen Montage von Rahmenstrukturen mit Industrierobotern verfolgt. Dazu wird eine Methodik entwickelt, mit welcher fertigungsbedingte Abweichungen ausgeglichen werden, und die Bauteile vorrichtungsfrei präzise zueinander positioniert werden können.

Im vorliegenden Artikel wird ein Überblick über die in der automatisierten Montage eingesetzten Zuführsysteme gegeben. Insbesondere hinsichtlich einer teileflexiblen Zuführung wird dabei ein deutliches Optimierungspotential aufgezeigt. Einen interessanten Ansatz stellt hierzu der am Institut für Produktionstechnik (wbk) des KIT entwickelte piezoelektrische Schwingförderer dar. Auf dessen Basis wird nun ein automatisiertes bauteilflexibles Zuführsystem am wbk entwickelt und in diesem Artikel vorgestellt.

Die Fräsbearbeitung von Werkstoffen mit hoher Härte oder mit spröden Oberflächen kann durch die hohen mechanischen Wechselbeanspruchungen beim Schneideneintrittsstoß zu erhöhtem Verschleiß und verkürzter Standzeit des Werkzeugs führen. Dies trifft ebenfalls zu für das Drehen von Werkstücken mit unterbrochener oder nichtrunder Kontur. Am Institut für Produktionstechnik (wbk) der Universität Karlsruhe wird untersucht, wie durch wirkstellennahe Variation des Materials einer Schneidplattenunterlage, bei ansonsten unveränderten Schnittparametern, positiv Einfluss auf die Standzeit des Werkzeugs genommen werden kann. Im Folgenden wird gezeigt, wie an einem passiv gedämpften Fräswerkzeug die Nachgiebigkeit variiert wurde und welchen Einfluss dies auf die Werkzeugstandzeit hatte. Zudem werden die Ergebnisse aus vorhergegangenen Versuchen, in denen Nachgiebigkeitsvariationen beim Drehprozess vorgenommen wurden, verglichen mit den Ergebnissen aus dem Fräsprozess und Folgerungen für das weitere Vorgehen vorgestellt. Beim Fräsen unterliegt das Werkzeug verfahrensbedingt Wechselbeanspruchungen. Diese sind sowohl mechanischer als auch thermischer Art. Bei den mechanischen Beanspruchungen ist besonders der Schneideneintrittsstoß zu nennen. Dabei kommt es im Moment des Eintritts der Werkzeugschneide in den Werkstoff zu einer signifikanten Schnittkraftüberhöhung.

0 uso das recursos mais recentes de comunicac;ao de dados permite combinar o diagn6stico e o progn6stico remotos de falhas em maquinasferramenta com a orientac;ao automatica e a distcmcia do operador. 0 resultado, obtido com o trabalho conjunto entre 0 usuario da maquina, 0 seu fornecedor e os fabricantes de sistemas de diagn6stico, e a implantac;ao de um sistema que evita paradas, melhora os trabalhos de manutenc;ao e confere ao fabricante do equipamento um diferencial de mercado, devido a qualidade do seu servic;o de assistencia tecnica.

Produzierende Unternehmen in Billiglohnländern haben den Technologie- und Qualitätsvorsprung, durch den sich der deutsche Maschinen- und Anlagenbau bisher abgrenzen konnte, zu großen Teilen aufgeholt. Vor diesem Hintergrund stellen produktbegleitende Dienstleistungen als Erweiterung des Sachgutangebotes eine entscheidende Möglichkeit zur Wettbewerbsdifferenzierung und Geschäftsfelderweiterung dar. Vor allem durch die Unterstützung der kundeninternen Prozesse wird eine zusätzliche Steigerung der Verfügbarkeit und Produktivität des Sachgutes realisiert. Doch bevor ein Unternehmen mit solchen Angeboten auf den Markt tritt, sind die Dienstleistungen industriell zu entwickeln, kundenindividuell zu konfigurieren und wirtschaftlich zu bewerten.

Der deutsche Maschinen- und Anlagenbau zeichnet sich durch innovative und qualitativ hochwertige Produkte aus, wodurch er eine Führungsrolle beim Einsatz neuer Technologien einnimmt. Als Fazit einer Analyse heutiger Ansätze zur Maschinenauslegung kann festgestellt werden, dass die Maschinentechnik oft nicht an die real auftretenden Belastungen angepasst wird, da diese nicht bekannt sind und nur durch vereinfachte Lastkollektive abgeschätzt werden. Der zunehmende Trend, Verfügbarkeitsgarantien in Angebote und Verträge über den Kauf und Betrieb einer Werkzeugmaschine aufzunehmen, erfordert allerdings eine geeignete Maschinenauslegung. Der Artikel beschreibt die Vorgehensweise sowie Ergebnisse aus dem BMBF-Projekt OPTILAST.

Der im Sonderforschungsbereich Transregio 10 (SFB/TR 10) erarbeitete Prototyp für das fliegende Abtrennen räumlich gerundeter Strangpressprofile wurde in ersten Versuchsreihen im Verbund der Gesamtanlage getestet. Die dabei hergestellten Strangpressprofile zeigen das Potenzial des Verfahrens"Mehrachsiges Runden beim Strangpressen" und einer robotergestützten Führ- und Abtrennvorrichtung für eine flexible Kleinserienfertigung auf. Für industrielle Anwendungen und die Verwendung in leichten Tragwerksstrukturen ist eine weitere Steigerung der zuverlässig erreichbaren Genauigkeit der Profilkonturen erforderlich. In diesem Artikel werden nach einer kurzen Vorstellung des Sonderforschungsbereichs und des Teilprojektes A1 „Fliegendes Abtrennen“ am Beispiel der bislang hergestellten Strangpressprofile mögliche Fehlereinflüsse auf die Profilgenauigkeit vorgestellt. Weiterhin werden Verfahren zur Messung der statischen und dynamischen Genauigkeit der Roboteranwendung, sowie Ansätze zur Genauigkeitssteigerung der Profilkonturen aufgezeigt.

Die Themen Globalisierung und globale Beschaffungsmärkte beschäftigten über 80 Teilnehmer aus Industrie und Wissenschaft auf der Herbsttagung am wbk Institut für Produktionstechnik der Universität Karlsruhe (TH). Die Teilnehmer diskutierten die Themen Beschaffung und Produktion, mit dem speziellen Fokus auf China. Ziel der Veranstaltung war es, Erfahrungen anhand von Best-Practices, Lessons-learned und praxistauglichen methodischen Ansätzen auszutauschen. Im Einzelnen wurden folgende Themen angesprochen: Bewertung chinesischer Unternehmen, Lessons-learned aus dem Aufbau einer Produktion in China, Gründung eines Einkaufsbüros in China, Lieferantensuche und - qualifizierung sowie der kulturelle und soziale Aufstieg Chinas.

Gerade im Bereich der Dynamik hat sich die Simulation im Entwicklungsprozess von Werkzeugmaschinen bis heute nicht vollständig durchgesetzt, weil die Unternehmen keinen dem Aufwand entsprechenden Mehrwert aus dem Einsatz bestehender Methoden ziehen können. Dieser Fachbeitrag zeigt, welche Anforderungen der Entwicklungsprozess einer Werkzeugmaschine an ein Programmsystem zur dynamischen Simulation von Werkzeugmaschinen stellen sollte, wie dieses umgesetzt werden kann und welche Vorteile sich damit ergeben.

Manufacturing of ceramic and metallic micro components in micro powder injection moulding (ìPIM) requires mould inserts offering high wear resistance and a sufficient demoulding behaviour. Within the frame of this research ìPIM mould inserts made from low and high alloyed tool steel were structured by micro milling and finished by micro peening and ultrasonic wet peening. Influence of surface condition on wear and demoulding behaviour of the steels in ìPIM with ceramic feedstock was characterized using a laboratory tribotester simulating powder injection moulding and a specially adapted static friction tester. Results indicate that performance of mould inserts in micro powder injection moulding depends not only on hardness, surface condition and homogeneity of the mould insert materials but also is strongly influenced by the characteristics of the feedstock, like composition of the binder or amount and hardness of the ceramic particles.

In der Verkehrstechnik nimmt die Bedeutung leichter, selbst tragender Rahmenstrukturen, so genannter Space-Frame-Rahmen, kontinuierlich zu. Die Rahmenbauweise bietet ein hohes Leichtbaupotenzial, bringt jedoch auch hohe fertigungstechnische Herausforderungen mit sich. Ein im Sonderforschungsbereich* Transregio 10 erarbeiteter neuartiger Maschinenprototyp ermöglicht die produktflexible Bearbeitung dreidimensional gerundeter Rohrprofile mit geringem technischen Aufwand. Um eine gute Bearbeitungsqualität zu gewährleisten, ist die präzise Positionierung des Werkstücks erforderlich. In ersten Versuchen zur Positionierungsgenauigkeit konnte gezeigt werden, dass die absolute Genauigkeit jedoch noch nicht dem angestrebten Ziel entspricht. Aus diesem Grund wurde ein Ansatz zur Feinpositionierung erarbeitet, bei dem Sensorwerte an die Steuerung übergeben werden und anschließend die Ausgleichsbewegung berechnet und durchgeführt wird. Durch die Feinpositionierung kann die Genauigkeit deutlich erhöht werden.

Moderne Fertigungsanlagen können sich aufgrund gestiegener Anschaffungskosten oft nur durch eine hohe Gesamtanlageneffizienz(GAE) amortisieren. Ein wesentlicher Bestandteil der GAE ist die Verfügbarkeit der einzelnen Baugruppen und Komponenten. Ziel eines von der KSB-Stiftung geförderten Projektes ist es, durch Modularisierung und Optimierung der Instandhaltungstätigkeiten einzelner Baugruppen die Verfügbarkeit der gesamten Maschine zu steigern. Es wird eine Methode zur Bewertung der Instandhaltungsfreundlichkeit von Komponenten, Baugruppen und der kompletten Werkzeugmaschine entwickelt. Der vorgestellte Algorithmus ermöglicht die Identifikation von Kollateralbauteilen, die bei einem Austausch von benachbarten Bauteilen aus Gründen des Aufwandes ebenfalls getauscht werden sollten, obwohl dies nach den Instandhaltungsanweisungen noch nicht nötig wäre. Zur Anwendung der Methode wurde ein Modularisierungsansatz entwickelt, der den konstruktiven Aufbau einer Werkzeugmaschine auf die für die Instandhaltung relevanten Parameter reduziert und die Abhängigkeit der Komponenten und Baugruppenunter einander bei einem Ausbau berücksichtigt. Die entsprechenden Routinen wurden zur einfacheren und schnelleren Durchführung in einer Softwareumgebung programmiert.

Versuchsergebnisse zeigen, dass schon mit einfachen Mitteln die Werkzeugstandzeit beim Drehen im unterbrochenen Schnitt deutlich optimiert werden kann. Schneiden- Unterlegplättchen aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Elastizitätsmodulen bewirken ein Dämpfen des Eintrittsstoßes auf das Werkzeug. Diese reduzierte Stoßbelastung der Schneiden verlängert die Werkzeugstandzeit.

Due to sales and cost motives and ongoing globalisation, low-cost procurement markets are increasingly opened up by small and medium sized enterprises (SMEs). These enterprises’ long-term success is directly linked to their success on these procurement markets. A procurement strategy which takes local market characteristics into account and fully integrates them will lead to success. The procurement process focuses on the selection of required components and the choice, support and further development of suppliers. The following article presents the “SiLu“ project approach (Sino-German cooperation for the support and further development of suppliers). The SiLu project comprises four SMEs that came together in order to elaborate a joint procurement strategy and to implement it on the Chinese market using their concerted buying power. Besides presenting this project the article focuses on the first project phase, the methodical selection of components and the identification of adequate suppliers.

Der Artikel beschreibt Ergebnisse eines Projekts zur Maschinenüberwachung, bei dem ein neu entwickeltes Getriebe mit integrierten Sensoren eingesetzt wurde. Ausgehend von den heutigen Anforderungen an produktionstechnische Anlagen wird eine Infrastruktur zur Maschinenüberwachung dargestellt. Der gezielte Einsatz von Sensoren wird anhand eines modifizierten Getriebes mit den Ergebnissen für zwei verschiedene Anwendungen vorgestellt.

2004 entwickelte das wbk Institut für Produktionstechnik der Universität Karlsruhe (TH) eine Roadmap zur Steigerung der LCP (Life-Cycle-Performance). Jetzt wurde Bilanz gezogen und der weitere Weg abgesteckt.

Hauptbeweggrund für eine Beschaffung von Bauteilen in Niedriglohnländern wie China ist neben eventuellen Local-Content-Anforderungen für eine Produktion in China die mit dem lokalen Einkauf verbundenen Kosteneinsparungen. Auch kleine und mittelständische Unternehmen agieren zunehmend in Emerging Markets und rücken den Technischen Einkauf in den Mittelpunkt ihrer Aktivitäten. Doch eine systematische Methodik, welche Teile sich für das Low-Cost-Sourcing eignen und welche Einsparpotenziale erreicht werden können, wird selten zur Vorbereitung eines solchen Vorhabens angewandt. Im folgenden Beitrag wird eine kosteninduzierte Zukaufteileauswahl für Aluminiumdruckguss-, Kunststoffspritzguss-, Feindreh- und Frästeile vorgestellt.

The ubiquitous globalization, which opens up new markets, often with local content requirements and different labor cost levels, forces enterprises to organize their added value within global networks. The tendency to concentrate on the companies’ core competences challenges the companies further not only to organize their different sites but also to consider their partners and suppliers. The emerging value added networks have to be configured, operated, optimized and dynamically reconfigured. This article presents an approach for the configuration and evaluation of these value added networks based on Business Capabilities and Value Added Modules. Therefore the needed Business Capabilities to achieve the intended added value are matched with the Business Capabilities provided by the different nodes of the network and different network alternatives are developed and assessed to find efficient configurations.

In allen Bereichen des Lebens halten neben elektronischen Komponenten in zunehmendem Maße kleinste mechanische Strukturen, wie feinste Einspritzdüsen, miniaturisierte mechanische Aktoren und Sensoren, feinste medizintechnische Geräte sowie großflächige funktionale Strukturen Einzug, um alte Probleme technischer Produkte zu lösen oder bisher ungelöste Aufgaben lösbar zu machen. Um dies zu ermöglichen, werden hochwertige und hochspezialisierte Mikrobearbeitungsmaschinen für die Bewältigung der Fertigungsaufgaben benötigt, die in Ihren Fähigkeiten schnell und einfach bewertbar sind. Hieraus leitet sich ein hoher Bedarf nach einem standardisierten Prüfwerkstück zur Fünfachsen-Simultanbearbeitung für den Mikrobereich ab welches vom wbk Institut für Produktionstechnik, der Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH und der Nc-Gesellschaft entwickelt wurde.

Global agierende Unternehmen sind heute in Form von Wertschöpfungsnetzwerken organisiert. Diese Netzwerke bieten Unternehmen die Möglichkeit, die Wertschöpfungsinhalte optimal zwischen Hochlohnländern und Niedriglohnländern zu verteilen. In diesem Artikel wird anhand von Beispielen gezeigt, wie eine Produktionsoptimierung durch die Kombination der Theory of Constraints mit den Prinzipien des Lean Manufacturing in einem Niedriglohnland durchgeführt wurde. Es wird auf die Situation von Niedriglohnländern eingegangen und ihre spezifischen Rahmenbedingungen berücksichtigt. Im Speziellen wird in einer Fallstudie ein Unternehmen aus der Gießereiindustrie betrachtet.

Parallelkinematiken weisen im Arbeitsraum ein inhomogenes Verhalten auf welches in der unterschiedlichen Stellung der Streben bzw. Koppeln zueinander begründet ist. Der vorliegende Artikel zeigt, wie mit der Topologieoptimierung hybrider Mehrkörpersysteme ein Beitrag zur Homogenisierung des Steifigkeitsverlaufes einer Werkzeugmaschine mit Parallelkinematik geleistet werden kann.

Micro metal injection molding (µMIM) proves its potential for large scale production of complex three dimensional parts. Due to the micro scale effects specific problems have to be solved to ensure a stable production of sub millimeter parts. Those problems include the clean separation of sprues and parts, the demolding of parts from the cavity, the gripping technology for such small and delicate parts, the continuous debinding and sintering furnace ensuring stable production conditions and the complex process of stacking small parts with a repeating accuracy of 2 µm. The entire process has been built up without complex air-conditioned clean room facilities. A three plate tool for a bevel gear of millimeter range has been realized. Moreover mechanical and pneumatic grippers for the extraction of the green part out of the cavity have been developed. Besides the continuous debinding and sintering furnace a solution for stacking the sintered parts has been realized. Incorporating the above mentioned approaches a complete production cell has been realized at the wbk Institute of Production Science of the Universitaet Karlsruhe, Germany. The process in function proves the great potential resting within the automation of the µMIM process. This work is based upon the Collaborative Research Center SFB 499 funded by the German Research Foundation (DFG).

Operators of production facilities increasingly demand forecasts and obligatory promises about Life-Cycle-Costs and performance values from manufactures. On one hand these values are being used by the operator for supply comparison during purchase. On the other hand the manufacturer must take over negotiated cost shares and possibly optimize the equipment in case of cost overrun. Goal of the research project LICMA is to optimize the forecast of Life-Cycle-Costs and performance values for the operator and manufacturer. Manufacturers must not only be able to support their clients actively through Life-Cycle with optimization of machines and productivity, but also establish a profitable cooperation based on partnership.

Für Werkzeugmaschinenhersteller ist es eine wesentliche Wettbewerbsvoraussetzung, komplette kundenspezifische Anlagen als Systemlieferant anzubieten. Die einzelnen Zulieferer optimieren oft ihre Komponenten hinsichtlich Kosten, Prozesszeit und Verfügbarkeit, ohne die Potentiale der einzelnen Bausteine im Hinblick auf ein Optimum des Fertigungssystems auszuschöpfen und dadurch das gesamte Investitionsvolumen zu reduzieren.

Maschinen- und Anlagenbauer wandeln sich hin zu Dienstleistungsunternehmen und bieten verstärkt technische Dienstleistungen in Verbindung mit ihren Produkten an. Wartungs- und Instandhaltungsdienstleistungen verbunden mit Verfügbarkeitsgarantien stellt eine solche Dienstleistung dar. In diesem Artikel sollen verschiedene, mögliche Stufen der Dienstleistungsintegration in existierende Unternehmen aufgezeigt werden. Der Betrachtungsschwerpunkt liegt auf Betreibermodellen, die bereits heute vereinzelt Anwendung finden. Insbesondere wird auf die erfolgreiche Integration von Dienstleistungen während des Produktionsanlaufs eingegangen. Dabei wird ein realer Fall geschildert, der eine solche erfolgreiche Dienstleistungsintegration zeigt. Mögliche zukünftige Strategien zur Integration wurden innerhalb des vom BMBF geförderten Forschungsprojekts ProactAS (Proaktive Anlaufsteuerung entlang der Wertschöpfungskette von Produktionssystemen) entwickelt.

Die angestrebten Ziele erreichen etwa 80 Prozent der Betriebe nicht. Welche Ursachen liegen dahinter, wenn Zeitplan oder Kosten nicht eingehalten und Qualitätsziele in Produktionsanläufen nicht erreicht werden? Besonders kritisch wird die Lage dadurch, dass Unternehmen mit einer steigenden Anzahl von Produktionsanläufen zurecht kommen müssen.

Mehr und mehr fordert die zunehmende Konkurrenz auf dem Weltmarkt eine langfristige Strategie zur Sicherung der Marktanteile im mittelständischen Werkzeugmaschinenbau. Der Trend zur Betrachtung der Life-Cycle-Performance von Maschinen und Anlagen verschiebt den Investitionsfokus vom Einkaufspreis auf die akkumulierten Betriebskosten der Maschinen. Gerade unter dieser Betrachtung ist ein leistungsfähiger Service ein deutlicher Wettbewerbsvorteil. In dem Projekt ZuprogOn - gefördert von der Stiftung Industrieforschung - wird in Zusammenarbeit mit Partnern aus der Industrie ein ganzheitliches Diagnose-/Prognosesystem entwickelt und aufgebaut, welches durch einen Onlinezugriff eine erhebliche Serviceunterstützung bietet.

Hersteller produktionstechnischer Maschinen und Anlagen sind bei Angebotsabgabe zunehmend gezwungen, Leistungsversprechen bezüglich der Verfügbarkeit und den damit verbundenen Lebenszykluskosten zu geben. Wenn die prognostizierten Zielwerte nicht eingehalten werden können, drohen schwer kalkulierbare Nachbesserungen und Kompensationszahlungen. In dem folgenden Beitrag wird ein Verfahren beschrieben, mit dem Maschinenhersteller die Verfügbarkeitsbeträge alternativer Maschinenausstattungen und Serviceleistungen ermitteln und damit Risiken von Verfügbarkeitsgarantien beherrschen können.

Die Kunden des Maschinen- und Anlagenbaus fordern von ihren Lieferanten in zunehmendem Maße verbindliche Zusagen über die entstehen den Lebenszykluskosten ihrer Produkte. Um diese Garantie mit beherrschbarem Risiko abgeben zu können, ist es unerlässlich die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Lebenszykluskosten zu kennen. Der hier beschriebene Ansatz kombiniert stochastische und deterministische Kostenelemente mit Hilfe der Monte-Carlo-Simulation zur flexiblen Bestimmung der Garantie- und Gesamtkostenverteilung.

Unternehmen der Automobilindustrie bewegen sich heute in weitgehend gesättigten Märkten. Neue Kunden werden durch individuelle Produkte gewonnen, was zu einer steigenden Anzahl von Varianten und Derivaten im Produktportfolio der Unternehmen führt [1]. Steigende Anforderungen an die Flexibilität von Produktionsbetrieben, um auf Nachfrageänderungen reagieren zu können sind die Folge [2]. Dafür wird ein Ansatz benötigt, der Produktionsprozesse bezüglich Durchlaufzeit und Bestände optimiert. Häufig stößt ein solcher Verbesserungsansatz jedoch rasch an seine Grenzen, wenn produktionsbegleitende Prozesse, wie beispielsweise Instandhaltungsprozesse oder Rüstprozesse, inklusive Werkzeug- und Betriebsmittelbereitstellungsprozesse nicht im Sinne einer gesamtheitlichen Optimierung mit berücksichtigt werden. Störungen verursacht durch diese Prozesse können bei konventionellen Ansätzen erst zu spät erkannt werden und stellen den Erfolg von Optimierungsprojekten in Frage. Dieser Artikel stellt einen Lösungsansatz im Sinne eines simulationsgestützen Optimierungskonzepts vor. Dabei werden die Prinzipien des Lean Managements angewendet und mit dem „Frontloading Ansatz“ der Digitalen Fabrik verknüpft. Dadurch entsteht ein Konzept zur ganzheitlichen Optimierung von Produktionssystemen.

Kundenindividuellere Produkte, steigender Wettbewerbs- und Kostendruck in Verbindung mit sich stetig verkürzenden Produktlebenszyklen erhöhen die Bedeutung des Produktionsanlaufs innerhalb einer Organisation. Die Fähigkeit, Produkte schneller als die Konkurrenz zu entwickeln, anlaufen zu lassen und am Markt zu positionieren, entscheidet über finanziellen Erfolg oder Misserfolg eines Unternehmens [1]. Besondere Bedeutung hat die effiziente und effektive Umsetzung von Produktionsanlaufprozessen. Effiziente Diagnosemöglichkeiten für Maschinen und Anlagen bilden dabei die Grundlage, Störungen schnell erkennen und beheben zu können. Die Verbesserung der technischen Diagnosemöglichkeiten während eines Produktionsanlaufs bedeutet eine Verfügbarkeitssteigerung von Maschinen und Anlagen und damit eine zeitliche Verkürzung von Produktionsanläufen. Die am Institut für Produktionstechnik (wbk) im Projekt BMBF-ProactAS [2] angewendeten und entwickelten Diagnosekonzepte unterstützen den Anlaufmanager bei der Beurteilung und Regelung seiner Produktionsanlaufprozesse. Die Anlaufdiagnose bietet hierbei eine Möglichkeit, technologische Störungen frühzeitig zu erkennen und schnell effiziente Maßnahmen zur Störungsbeseitigung einleiten zu können.

Die Auswahl und Überprüfung der zur Mikromontage erforderlichen Prozesse und Operationen sind sehr aufwendig und werden häufig wegen der fehlenden Erfahrung nach dem H Trial-and-Error"-Prinzip durchgefilhrt. Aufgrund mikrospezifischer Rahmenbedingungen und der Forderung nach einem wirtschaftlichen Einstieg in die Mikromontage werden neue Planungsmethoden benötigt. Der Fachbeitrag zeigt den Ansatz eines integrierten Planungsprozesses, der methodische Unterstatzung sowohl bei der Prozess- und Handhabungsmittelauswohl als auch zur Konzeption und Konfiguration der Mikromontage bietet.

Abnehmende Produktlebenszyklen und eine steigende Anzahl von Produkten und Produktvarianten kennzeichnen die heutigen Käufermärkte. Produzierende Unternehmen stehen vor der Herausforderung eine steigende Zahl von Produktionsanläufen bewältigen zu müssen. Daraus resultieren instabile Geschäftsprozesse, die insbesondere zu Qualitäts- und Verfügbarkeitsminderungen führen. Das vom BMBF geförderte Projekt „ProactAS“ (Proaktive Anlaufsteuerung entlang der Wertschöpfungskette, 02PS2002) nimmt diese Problemstellung in der Automobilindustrie gesamtheitlich auf und erarbeitet einen Lösungsvorschlag.

Eine hohe Maschinenverfügbarkeit bei niedrigen Lebenszykluskosten ist eine zentrale Zielsetzung in der Produktionstechnik. Die Ausstattung von Produktionsanlagen mit robusten Komponenten trägt in Kombination mit geeigneten Servicemaßnahmen zur Sicherung dieser Verfügbarkeit bei. In diesem Artikel wird eine Methode vorgestellt, mit der die Auswirkungen von alternativen Maschinenkonfigurationen und Serviceleistungen sowohl auf die Verfügbarkeit als auch auf die Lebenszykluskosten berechnet werden können.

Produzierende Unternehmen sehen sich mit einer gesteigerten Prozesskomplexität, verursacht durch eine zunehmende Anzahl von Produkten und -varianten unter verstärktem Zeitdruck konfrontiert [Fritsche, Buchholz]. Folglich müssen immer mehr Produktarten und -varianten auf derselben Produktionsanlage gefertigt werden. Im Zusammenhang mit dieser Entwicklung gewinnt ein Ziel von Produktionssystemen an Bedeutung: Die Flexibilität [Liker]. Eine wichtige Voraussetzung zur Steigerung der Flexibilität ist die Verringerung von Losgrößen und die dazu notwendige Fähigkeit, Rüstvorgänge schnell und verschwendungsarm durchzuführen. Ergänzend zu einer Vielzahl weiterer Prinzipien Ganzheitlicher Produktionssysteme bildet die Reduzierung der Rüstzeit somit einen entscheidenden Wettbewerbsfaktor für produzierende Unternehmen. Im folgenden Beitrag werden zunächst die steigende Bedeutung von Rüstvorgängen und deren Wirkzusammenhänge innerhalb Ganzheitliche Produktionssysteme beschrieben. Anschließend werden besonders organisatorische Möglichkeiten zur Rüstzeitverkürzung aufgezeigt.

Der stetig wachsende Bedarf an leichten Tragwerksstrukturen, wie sie häufig in der Verkehrstechnik zur Anwendung kommen, fordert neuartige Prozessketten zur kostengünstigen, automatisierten und produktflexiblen Kleinserienfertigung von Space-Frame-Rahmenstrukturen. Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs Transregio 10 (SFB/TR 10) mit dem Titel „Integration von Umformen, Trennen und Fügen für die flexible Fertigung von leichten Tragwerkstrukturen“ entstand in der ersten Bewilligungsphase seit November 2002 eine Prozesskette mit neuartigen Maschinen- und Handhabungskonzepten zur Herstellung und Bearbeitung räumlich gekrümmter Strangpressprofile. Der folgende Artikel stellt die prototypisch realisierte Maschinentechnik vor und gibt einen Ausblick auf eine in die Prozesskette zu integrierende Qualitätssicherung.

Varying sales figures, high product varieties and the globalization of markets and companies demand more than ever the establishment of Integrated Production Systems in terms of a “Toyota Production System”, on the one hand. On the other hand, the necessary flexibility and reactivity shall be guaranteed by organizing producing companies in Value Added Networks. Both Integrated Production Systems (IPS) and Value Added Networks (VAN) have different requirements which must be met by every single plant participating. Therefore, modifications and adaptations in every plant are necessary and are executed in plant planning projects. Whereas plant planning as a whole comprises a finite number of planning tasks, each and every plant planning project consists of a varying subset of them. The choice of which is called scope planning and definition. This article shows a systematic approach for scope planning in plant planning projects in the environment of IPS and VANs.

Die Käufer von Werkzeugmaschinen verlangen von ihren Lieferanten in zunehmendem Maße Garantien über die im Lebenszyklus auftretenden Kosten. Im Fokus stehen dabei heute vor allem die Instandhaltungskosten, da hier der Unterschied zwischen vergleichbaren Maschinen hoch eingeschätzt wird. Dem Werkzeugmaschinenbau drohen durch die neuen Einkaufskonzepte hohe Kosten wobei zudem die verbundenen Risiken häufig unbekannt sind.

Eine besondere Herausforderung der Mikrotechnik ist die geometrische Charakterisierung der winzigen Bauteile mit Strukturen zwischen 1 mm und 1 µm. Um ein möglichst breites Spektrum an unterschiedlichen Mikrobauteilen und Mikrogeometrien schnell und flexibel messen zu können, ist der Einsatz verschiedener Sensorprinzipien erforderlich. Gerade in der geometrischen Mikromesstechnik bieten sich dafür multisensorielle Koordinatenmessgeräte an. Messungen an Mikrobauteilen mit multisensorieller Koordinatenmesstechnik erfordern ein hohes Maß an Expertenwissen. Vor diesem Hintergrund wird im Verbundprojekt >3D-jlMess< ein vorschlagsbasiertes System entwickelt, das den Anwender in der Messablaufplanung unterstützen soll.

Ein Produktionsanlauf ist gekennzeichnet durch das komplexe Zusammenwirken von Geschäftsprozessen, die die Ausbringung des Produktionssystems bestimmen. Im vom BMBF geförderten Projekt* "ProactAS - Proaktive Anlaufsteuerung entlang der Wertschöpfungskette" wird untersucht, inwieweit sich wesentliche Anlaufergebnisgrößen wie Produktionsmenge, -kapazität und -qualität im Verlauf eines Anlaufes verändern. Auf Grund der hohen Komplexität wird hierzu ein Prognosesystem bestehend aus einer Wirkbeziehungssystematik und einer Simulation entwickelt. Die Simulation setzt sich aus zwei Teilsystemen zusammen: einer Materialflusssimulation und einer Qualitätssimulation. Auf diese Weise kann eine ganzheitliche Anlaufsimulation erzeugt werden, indem qualitätsrelevante Aspekte wie die Fähigkeitsentwicklung von Geschäftsprozessen in die Materlaiflusssimulation integriert werden. Der Artikel stellt die Funktionsweise beider Simulationsinstrumente vor und beschreibt, wie eine Verknüpfung gelingt. Das Zusammenspiel wird anhand eines Simulationsszenarios gezeigt und mit einer prototypischen Implementierung getestet. Der Artikel endet mit einem Ausblick auf weitere Potenziale und Möglichkelten der beschriebenen Simulationstechniken.

Wegen hoher Anforderungen an die Technik hat sich das Wälzschälen seit seiner Patentierung Anfang des 20. Jahrhunderts kaum weiterentwickelt, obwohl es als produktivstes und flexibelstes der bekannten Verzahnverfahren gilt. Da Fortschritte bei Werkzeug, Beschichtung, Maschine und Simulation das Wälzschälen heute für serielle Einsätze geeignet erscheinen lassen, sollte es in einem BMBF-Verbundprojekt bis zur Prozessreife entwickelt werden.

Aufgrund kürzer werdender Produktlebenszyklen und dem Verlangen des Marktes nach kundenindividuellen Produkten rückt die Notwendigkeit, produkt- und stückzahlflexibel zu fertigen, immer mehr in den Vordergrund. Diese Entwicklung stellt besonders hohe Anforderungen an die Flexibilität und Wiederverwendbarkeit von Werkzeugmaschinen und Handhabungseinrichtungen. Das Konzept eines "intelligenten" Handhabungsgreifers gestattet das automatisierte konturflexible Greifen von nahezu beliebigen Protilgeametrien ohne manuelle Umrüstvorgänge.

Als Folge der Globalisierung und als Reaktion auf den damit einhergehenden steigenden Zeit-, Kosten- und Flexibilitätsdruck findet die Wertschöpfung zunehmend in Netzwerken statt. Diese müssen effizient, flexibel und mit verschiedenen, wechselnden Partnern gestaltet werden können. In diesem Beitrag* wird ein Ansatz zur Etablierung und Konfiguration von Wertschöpfungsnetzwerken verschiedener Komplexität vorgestellt. Den Kern des Ansatzes bildet das Konzept der Business Capabilities, welches zunächst beschrieben wird. Diese werden zur Erhöhung der Transparenz in Business Gapability Maps dargestellt. Auf Basis der Business Capabilities werden Konfigurationsalternativen gebildet, die anschließend einer Kapazitätsbetrachtung unterzogen und mittels einer Zielfunktion bewertet werden. Bei der monetären Bewertung der Konfigurationsalternativen werden Transaktionskosten explizit berücksichtigt.

Hydrostatische Führungssysteme kommen bei Werkzeugmaschinen bevorzugt zum Einsatz, wenn hohe Anforderungen an Genauigkeit, Steifigkeit und Dämpfung gestellt werden. Die Eigenschaften konventioneller Systeme können im Betrieb jedoch nicht von außen beeinflusst werden. Die adaptronische Drucktascheneinheit stellt eine Möglichkeit dar, ein aktives hydrostatisches Führungssysteme aufzubauen, das eine intelligente Niveauregulierung und einen hohen Systemintegrationsgrad ermöglicht.

Kundenindividuellere Produkte, steigender Wettbewerbs- und Kostendruck in Verbindung mit sich stetig verkürzenden Produktlebenszyklen erhöhen die Bedeutung des Produktionsanlaufs innerhalb einer Organisation [1]. Die Fähigkeit, Produkte schneller als die Konkurrenz zu entwickeln, zu produzieren und am Markt zu positionieren, entscheidet zukünftig verstärkt über finanziellen Erfolg oder Misserfolg eines Unternehmens [2]. Hierbei gewinnt die Beherrschung der Produktionsanlaufprozesse an Bedeutung. Eine Verbesserung von am Produktionsanlauf beteiligten Prozessen bedeutet eine Qualitätssteigerung und damit zeitliche Verkürzung von Produktionsanläufen. Die am Institut für Produktionstechnik (wbk) der Universität Karlsruhe (TH) und im BMBF-geförderten Projekt ProactAS [3] entwickelte prozessbasierte Qualitätsprognose unterstützt den Anlaufmanager bei der Kontrolle und Prognose seiner Geschäftsprozesse im Produktionsanlauf. Die Qualitätsprognose bietet so eine Möglichkeit, prozessbasierte Störungen frühzeitig zu erkennen und effiziente Maßnahmen zur Störungsbeseitigung einleiten zu können.

Immer mehr Unternehmen verlagern ihre Produktion in Billiglohnländer. Diesem Trend kann entgegengesteuert werden. Wichtig ist es, bestimmte Handarbeiten zu automatisieren und weitere, gering Wert schöpfende Prozesse zu optimieren. Drei praxisnahe Forschungsprojekte zeigen auf dem Symposium "Neue Werkzeugmaschinen für die Produktion von morgen" auf der EMO Hannover Ansatzpunkte, wie sich die Produktivität in Deutschland erhöhen lässt.

Bei der Produktion von mikro-mechatronischen Systemen in kleinen und mittleren Stückzahlen fehlen Lösungen zur wirtschaftlichen Automatisierung. Aufgrund der Vielzahl von Prozessen sowie deren hohen Anforderungen und der damit verbundenen Komplexität erfolgt eine Automatisierung bislang nur in spezialisierten Anlagen der Großserienproduktion. Dies ist mit hohen Investitionskosten verbunden. Voraussetzung für eine wirtschaftliche und skalierbare automatisierte Produktion ist sowohl eine durchgängige Planung als auch eine modulare Plattform zum Aufbau einer flexiblen Mikromontage.

Auch die Entwicklungsabteilungen der Automobilindustrie spüren den wachsenden Druck auf Grund des internationalen Wettbewerbs und der Verpflichtung zur Steigerung von Qualität und Zuverlässigkeit. Im Rahmen des Projekts „Zuverlässigkeit automobiltechnischer Systeme“ (ZAS), einer Forschungskooperation und einem so genanntem Joint Research Center der Universität Karlsruhe und der DaimlerChrysler AG, werden neue Konzepte erarbeitet, um das Auto der Zukunft zuverlässiger zu machen.

Die Fertigungsablaufplanung im Bereich der Zerspanung sowie das Auslegen von Fertigungskonzepten wird derzeit mit verschiedenen Simulationshilfsmitteln unterstützt. Diese Unterstützung bezieht sich meistens auf die Ablaufplanung und Optimierung von NC-Bearbeitungsprogrammen, um Kollisionen zu vermeiden und die Taktzeit einzelner oder verketteter Bearbeitungsmaschinen zu verkürzen. Aufgrund falscher Annahmen kommt es in der Praxis jedoch häufiger zu Verzögerungen gegenüber dem theoretisch geplanten Produktionsbeginn. Die Zerspanungsimulation kann helfen, diese Lücke zwischen Theorie und Praxis zu schließen.

Mit der Beschaffung einer produktionstechnischen Anlage bestimm t ein Unternehmen auf lange Sicht einen hohen Anteil der Herstellkosten. Die Autoren stellen eine Methode zur Unterstützung dieser strategischen Einkaufsentscheidung vor. Hierbei wird die im Unter nehmen vorhandene Erfahrung genutzt, um sowohl die Kosten als auch den Nutzen verschiedener Angebote über den Anlagenlebenszyklus abzuschätzen.

Wegen der geringen bewegten Masse erfüllen Parallelkinematiken die Anforderungen an die Dynamik von Werkzeugmaschinen sehr gut. Um die industriell etablierten Kennwerte zur geometrischen Genauigkeit darstellen zu können, ist derzeit jedoch eine aufwändige Kalibrierung der Maschinenstruktur notwendig. Dies stellt einen der zentralen Gründe dar, welcher gegen den breiten Einsatz paralleler Strukturen im industriellen Umfeld spricht. Durch den Ansatz der wirkstellennahen Positionsmessung, d. h. die Verlagerung der Messsysteme zum Endeffektor, kann die geometrische Genauigkeit von Maschinenstrukturen ohne zusätzliche Kompensationsmaßnahmen umfassend verbessert werden, was einen breiteren Einsatz paralleler Strukturen im industriellen Umfeld ermöglicht.

Die Trockenbearbeitung ist Stand der Technik. Das Institut für Produktionstechnik (wbk) der Universität Karlsruhe widmet sich dem Verfahren von Beginn an. Hauptfokus war die Erlangung eines tiefgreifenden Prozessverständnisses beim Bohren, Fräsen, Räumen und Wälzschälen. In öffentlich geförderten Projekten, wie dem >Technologienetz Trockenbearbeitung< (BMBF), und bilateralen Projekten reichten die Aufgaben von einzelnen Bohroperationen bis zur Einrichtung eines kompletten Trockenbearbeitungsprozesses.

Im Bereich der Montage von mikromechatronischen Systemen in kleinen und mittleren Stückzahlen existieren bislang nur wenige Lösungen zur wirtschaftlichen Automatisierung. Bedingt durch eine Vielzahl von Prozessen, welche durch hohe Anforderungen und Komplexität charakterisiert sind, erfolgt eine Automatisierung bislang nur in spezialisierten Anlagen der Großserienproduktion. Daraus resultieren sehr hohe Investitionskosten für eine automatisierte Mikromontage. Am Beispiel eines mechatronischen Aktors wird ein Ansatz gezeigt, welcher eine Montage in zunächst niedrigen Stückzahlen und deren stufenweisen Ausbau bei sehr geringem Flächenbedarf ermöglicht. Aufgrund des modularen Aufbaus ist eine Reduzierung der Investitionskosten möglich und die Forderung nach einem wirtschaftlichen Einstieg in die Mikromontagetechnik kann erfüllt werden.

Die Beherrschung und zeitliche Verkürzungvon Produktionsanläufen stellt die Automobilindustrie vor große technische Herausforderungen. Die Anlaufphase beginnt zumeist mit der Vorserie. Daran schließt sich die Nullserie und der eigentliche Hochlauf mit dem Ziel an, die Kammlinie schnellstmöglich zu erreichen. Ergebnis dieser Phase ist die Erlangung der Serienreife. Im vorliegenden Artikel wird vor allem die Anlagenoptimierung im operativen Produktionsanlauf betrachtet. Vorrangige Aufgabe ist hier) die geplante Verfügbarkeit, Qualität und Leistungsfähigkeit der Maschinen und Anlagen schnellstmöglich zu erreichen. Im Folgenden wird eine Reifekennzahl für Maschinen und Anlagen vorgestellt, die während Anlaufuntersuchungen bei der DaimlerChrysler AG entwickelt '.vurde. Die Reifekennzahl bietet eine Hilfestellung, Engpässe durch eine Steigerung der Anlagentransparenz zu erkennen und effiziente Störungsbeseitigungsmaßnahmen einzuleiten.

Vor dem Hintergrund schwankender Stückzahlen, hoher Variantenvielfalt und der Globalisierung der Märkte und Unternehmen gewinnt zum einen die Umsetzung .. Ganzheitlicher Produktionssysteme (GPS)" im Sinne des Toyota-Produktionssystems stark an Bedeutung. Zum anderen soll das notwendige Flexibilitäts- und Reaktionspotenzial durch die Bildung von Wertschöpfungsnetzwerken bereitgehalten werden. Das Institut für Produktionstechnik (wbk) der Universität Karlsruhe verfolgt zur Berücksichtigung dieser Aspekte Untersuchungen im Bereich der Fabrikplanung, um einerseits die Einflussnahme von Elementen Ganzheitlicher Produktionssysteme auf den Prozess der Fabrikplanung nachzuweisen. Andererseits wird die Verzahnung von Wertschöpfungsnetz- und Fabrikplanung angestrebt. Zu analysieren ist hierbei, wie sich die Planung des Wertschöpfungsnetzes in bekannte Abläufe der Fabrikplanung eingliedern lässt und wie Fabrikplanungsprojekte im Wertschöpfungsnetz ausgelöst werden. Nicht zuletzt werden die gewonnenen Erkenntnisse in einer Methodik zur Konfiguration von Fabrikplanungsprozessen in Wertschöpfungsnetzen genutzt.

Die Arbeitsgenauigkeit einer Werkzeugmaschine wird maßgeblich von Deformationen der Maschinenstruktur aus Prozesslasten sowie durch geometrische Fertigungs- und Montagefehler der Maschinenkomponenten geprägt. Aktarische Stellglieder können die Arbeitsgenauigkeit zwar steigern, sie verursachen aber hohe Kosten. Wesentlich effizienter Lässt sich die aktive Kompensation mittels Adaptronik betreiben, wie die Konzeption einer adaptronischen Strebe für Parallelkinematiken zeigt.

Die Prozesskette in der Mikroproduktion ist von der Konstruktion über die Fertigung bis hin zur Qualitätssicherung stark vernetzt Dies erfordert es, dass prozess- und produktadäquate Informationen entlang der gesamten Prozesskette bereitstehen. Um diese Daten insbesondere zum Zwecke der Qualitätssicherung zu strukturieren, entwickelte das Institut für Produktionstechnik (wbk), Karlsruhe, ein Microfeature-Konzept.

Für Werkzeugmaschinenhersteller als Systemlieferanten ist es eine wesentliche Wettbewerbsvoraussetzung, komplette kundenspezifische Anlagen anzubieten. Die einzelnen Zulieferer optimieren jedoch zunehmend nur ihre Komponenten hinsichtlich Kosten, Prozesszeit und Verfügbarkeit. Daher bleibt das Gesamtoptimum über die Prozesskette des Fertigungssystems oft unberücksichtigt. Im vorliegenden Artikel wird der Fokus auf die Förder-, Handhabungs-, Spann- und Greiftechnik in Agilen Fertigungssystemen gelegt. Hier bestehen durch fehlende ganzheitliche Betrachtungen über Lieferantengrenzen hinweg noch ungenutzte Potenziale.

Die Kunden des Maschinen- und Anlagenbaus legen bei ihren Inves titionsentscheidungen zunehmenden Wert auf hohe Verfügbarkeiten. Maschinenlieferanten erzielen einen deutlichen Wettbe\\ erbsvorteil, wenn sie entsprechende Garantien anbieten können. Dies erfordert jedoch eine fundierte Abschätzung der vielfältigen damit verbundenen Risiken. Bisherige Methoden der Verfügbarkeitsberechnung gehen auf die administrativen und logistischen Gesichtspunkte der Ver · fügbarkeitssicherung nur unzureichend ein. In dem vorliegenden Beitrag wird ein Verfahren beschrieben, mit dem Maschinenhersteller die Verfügbarkeilsbeiträge alternativer Maschinenausstattungen und produktbegleitender Dienstleistungen ermitteln und damit Risi ken von Verfügbarkeitsgarantien beherrschen können. Dafür müssen insbesondere die Wirkungen von produktbegleitenden Dienstleistungen transparent gemacht werden.

In der Mikrofertigung gewinnen abtragende Fertigungsverfahren zunehmend an Bedeutung. Durch einen nahezu kräftefreien Prozess erlauben diese Verfahren die Herstellung kleinster Strukturen, unabhängig von den Werkstückmaterialeigenschaften wie Härte oder Festigkeit. Sowohl die Funkenerosion als auch die elektrochemische Bearbeitung und die Laserbearbeitung wurden in den vergangenen Jahren weiterentwickelt, so dass sie inzwischen in der Produktion prozesssicher eingesetzt werden können.

Von herausragender Bedeutung im SFB/TR 10 ist es, eine durchgängige Prozesskette aus den in den Projektbereichen A betrachteten technologischen Prozessen aufzubauen. Im Teilprojekt C3 wird dabei eine flexible Greiftechnik entwickelt. Zielsetzung ist, einen einmal erreichten Ordnungszustand des Werkstücks über die gesamte Prozesskette aufrecht zu erhalten. Hierbei werden. die Teilprozesse "Profil nach dem Ablängen übernehmen", "Profil vermessen und bearbeiten ", bis hin zum "Fügen der Profile zu einer Rahmenstruktur" mit in die Betrachtung einbezogen. Zur Verkettung der einzelnen Prozesse wird die Greiftechnik mit der im Teilprojekt C4 zu entwickelnden kombinierten Handhabungs- und Bearbeitungskinematik gekoppelt. Im besonderen Fokus beider Teilprojekte steht dabei, mögliche Anlagenkonzepte für eine solche Beispielprozesskelle zu erarbeiten, so dass eine automatisierte Kleinserienfertigung ermöglicht wird. Die Herausforderung liegt in der Entwicklung einer Gesamtstrategie für ein Anlagenkonzept, das zur durchgängigen Handhabung variabel gerundeter Werkstücke mit unterschiedlichen Querschnitten und Konturen eingesetzt werden kann.

Das Wälzschälen als bislang nahezu unerforschtes Hochleistungsbearbeitungsverfahren stellt hohe Ansprüche an das Zusammenspiel von Maschine, Werkzeug und Prozessentwicklung. Nachdem das Potential des Verfahrens erkannt wurde, soll im Rahmen des BMBF-Verbundprojekts "HopeS" das Wälzschälverfahren gemäß den Anforderungen aus dem industriellen Umfeld prozessreif entwickelt werden. Zu Beginn des Projekts wurden mittels Analogieversuchen vertiefte Schneidstoff- und Beschichtungsuntersuchungen durchgeführt, um den Anforderungen der Hochleistungsbearbeitung von hochlegierten Stählen gerecht zu werden [1, 2, 3]. Nachdem diese Arbeiten nun nahezu abgeschlossen sind, gilt der Hauptaugenmerk der prozesssicheren Entwicklung des Wälzschälverfahrens

Begriffe wie Arbeitsplatzabbau, Lohnkostensenkung oder Steigerung der Wochen- und Lebensarbeitszeit bestimmen momentan mehr denn je die öffentliche Diskussion rund um den Produktionsstandort Deutschland. Vor allem die lohnintensive Montage befindet sich im intensiven globalen Konkurrenzkampf. Bei kapitalintensiven Fertigungen kann Deutschland eine führende Wettbewerbsposition einnehmen, wenn über den gesamten Lebenszyklus einer Produktionsanlage in enger Zusammenarbeit von Anlagenherstellern und Betreibern ein optimaler Ressourceneinsatz gewährleistet wird. Am Institut für Produktionstechnik (wbk) werden im Forschungsschwerpunkt Ufe-Cycle-Performance (LCP) entsprechende technische und organisatorische Methoden und Hilfsmittel erarbeitet.

ln der heutigen Produktion ist nicht mehr die Leistungssteigerung einzelner Fertigungsverfahren der Schwerpunkt, um die Produktivität zu erhöhen - vielmehr rückt die Ausrichtung der Produktionskette und die logische Integration der beteiligten Teilverfahren in den Fokus. So ist eine kühlschmierstofffreie Bearbeitung meist nur dann wirtschaftlich, wenn auch die vor- und nachgelagerten Fertigungsschritte "trocken" durchgeführt werden können. Am Beispiel Trocken-Räumen wird ein Prozessmodell erarbeitet, das die Wirkzusammenhänge beschreibt und in einer Datenbank sammelt.

Zur Verteilung von Wertschöpfungsanteilen in globalen Netzwerken wird in diesem Artikel eine integrierte Planungsmethodik vorgestellt, die sowohl für intra- als auch für interorganisationale Wertschöpfungsnetzwerke anwendbar ist. Dabei werden sowohl hierarchische als auch heterarchische Formen der Koordination in Wertschöpfungsnetzwerken unterstützt. Zur Verteilung der Wertschöpfung findet der Begriff des Wertschöpfungsmoduls Verwendung. Wertschöpfungsmodule werden den jeweiligen, in einem Netzwerk verfügbaren Standorten zugeordnet. Diese Zuordnung basiert auf Fähigkeits-Matrizen, welche die Anforderungen von Wertschöpfungsmodulen sowie die vorhandenen Kompetenzen an den jeweiligen Standorten beschreiben. Ein Abgleich dieser beiden Matrizen führt zu einer Menge möglicher Zuordnungen von Wertschöpfungsmodulen zu Standorten. Zur Bestimmung der optimalen Lösung des resultierenden Zuordnungsproblems ergibt sich ein lineares Optimierungsproblem. Abschließend werden die einzelnen Wertschöpfungsmodule zu standortübergreifenden Geschäftsprozessen gekoppelt.

Der Serienanlauf ist aufgrund der allgemein verkürzten Produktlebenszyklen und der stetigen Erweiterung der Produktpalette ein signifikantes Kriterium für die Innovationsdynamik der Unternehmen. Neben der zunehmenden technischen Komplexität ist eine steigende Anzahl an beteiligten Akteuren mit unterschiedlichen Zielen und Interessen zu beobachten. Daraus resultiert eine Vielzahl an möglichen Störeinflüssen. Um Produktionsanläufe besser zu beherrschen und zu verkürzen, müssen Methoden und Werkzeuge für einen ganzheitlichen und wertschöpfungskettenübergreifenden Ansatz entwickelt werden. Der Beitrag beschreibt dazu einen Ansatz, der die Grundlage eines vom BMBF geforderten Forschungsverbundprojektes darstellt und gibt somit einen Ausblick auf den Produktionsanlauf der Zukunft.

The article introduces the ‘‘Microfeature Catalogue’’ as an information database that is structured by Microfeatures and can be used for preventive and nonpreventive quality assurance. The Microfeature conception is adapted and evaluated in the specific fabrication environment of micro mechanical components. The production of micro parts demands a further development of the new fabrication technologies on the one hand and an appropriate development of the concomitant processes such as the quality assurance process on the other hand. A coherent information cycle between design, fabrication and quality assurance is put into practice.

Produktivitätssteigerung und Flexibilisierung zählen zu den wesentlichen Anforderungen des Marktes an Produktionsmittel. Bei genauer Analyse dieser Anforderungen zeigt sich schnell, dass bestehende und bewährte Konzepte zunehmend an ihre Grenzen stoßen. Aus diesem Grund muss verstärkt über neue Lösungsansätze nachgedacht werden, wie einige innovative Ansätze und Umsetzungen aus dem Bereich des Werkzeugbaus zeigen. An der Universität Karlsruhe (TH) wird im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereiches Transregio 10 (SFB TR 10) die Prozesskette zur Fertigung von leichten Tragwerkstrukturen betrachtet. Im Fokus stehen dabei unter anderem neue Ansätze zur Integration von Handhabungs- und Führungsaufgaben bei der spanenden Bearbeitung. Im Bereich der kleinen und mittleren Losgrößen werden an Hand der exemplarischen Prozesskette wirtschaftliche Potentiale aufgezeigt, die später auch in andere Bereiche der Fertigung übertragen werden können.

In der Einzelfertigung ist die manuelle Montage die einzige Möglichkeit, komplexe mikromechatronische Produkte wirtschaftlich zu montieren. Der Übergang vom Prototypenbau zur Klein- und Mittelserienproduktion verlangt jedoch die Automatisierung aller zeitaufwendigen und qualitätsrelevanten Montageprozesse unter besonderer Berücksichtigung des Kostenaspekts. Dazu sollen sowohl die methodischen als auch die technischen Hilfsmittel für die Anforderungen der Mikromontage entwickelt beziehungsweise angepasst werden. Neuartige Lösungen im Bereich der Greif- und Spanntechnik sowie eine in die Montage integrierte Funktionsprüfung sind Voraussetzung für eine wirtschaftliche und automatisierte Mikromontage.

This article presents an approach of the Microfeature Catalog as an information database that is structured by features and that operates as the basis for preventive and nonpreventive quality assurance information. The microfeature concept is adapted and evaluated in the specific environment of the fabrication of micromechanical components. The development of microparts demands the further development of the new manufacturing technologies, as well as an appropriated development of the accompanying processes like quality assurance. A closed information loop between design, manufacturing, and quality assurance is realized

Against the background of overcapacity inside the railway industry, the ongoing privatisation of the railway carrier and the therefore caused concentration on first costs by the customers the authors describe the design to cost process and its integration in a superior target costing process at the example of a regional train bogie from the bogie division of ADtranz DaimlerChrysler Rail Systems GmbH. The focus of the displayed approach lies on the proceeding and the activities which has been carried out to achieve the given target price for the bogies of a regional train.

Dem Hersteller von Blechwerkstücken werden heute hochentwicklete Bearbeitungszentren für die Hauptfertigungsschritte (Zuschneiden, Biegen, Fügen) der Blechbearbeitung angeboren. Durch Einbinden von Handhabungs- und Lagerkomponenten lassen sich daraus flexible Fertigungszellen und -systeme gestalten. Damit können komplexe Blechwerkstücke automatisch gefertigt werden. Ein wesentliches Kennzeichen dieser modernen Blechbearbeitungs-Einrichtungen sind hohe Maschinenkosten. Für einen wirtschaftlichen Betrieb ist deshalb eine optimale Nutzung notwendig. Einen Beitrag hierzu Ieisten Softwaresysteme, mir denen die Tätigkeiten des NC-Programmierens und des Betriebs unterstützt werden.

Auf dem internationalen Messegelände von Osaka fand vom 26. Oktober bis zum 4. November 1990 die 15. Japan International Machine Tool Fair (JIMTOF) statt (Bild 1). Diese zu den weltweit wichtigsten Werkzeugmaschinenmessen gehörende Ausstellung wird seit 1962 in zweijährigem Turnus abwechselnd in Osaka und Tokio veranstaltet. Auf einer Fläche von 64 137 m^2 stellten sich 911 Firmen auf insgesamt 4800 Messeständen dem internationalen Publikum vor. 515 Aussteller waren japanische Unternehmen, die 396 ausländischen Firmen kamen aus 23 Ländern. Die erwartete Besucherzahl von 500 000 wurde bereits am vorletzten Messetag überschritten.

Moderne Maschinenkonzepte für die flexibel automatisierte Blechbearbeitung zeichnen sich durch hohe Maschinenkosten aus. Sie sind nur dann wirtschaftlich einsetzbar, wenn sie optimal produktiv genutzt werden. "Intelligente" Softwarehilfsmittel können dazu einen wesentlichen Beitrag leisten. Das sind zum Beispiel Softwarepakete für die schnelle Erzeugung von qualitativ hochwertigen NC-Programmen oder Systeme, die einen reibungsfreien Betrieb von komplexen Fertigungseinrichtungen gewährleisten.

In den letzten Jahren wurden flexible Biegebearbeitungszentren entwickelt, mit denen man auch komplexe Abkantteile vollautomatisch fertigen kann. Man hat damit auf den steigenden Bedarf an hochgenauen Biegeteilen in kleinen bis mittleren Stückzahlen reagiert. Für einen wirtschaftlichen und produktiven Einsatz dieser modernen und teuren Bearbeitungszentren ist jedoch notwendig, daß nicht, wie heute üblich, ein großer Anteil der Produktionszeit für Programmoptimierungen verloren geht, weil man in der Arbeitsvorbereitung, aufgrund mangelnder Kenntnisse über den Abkantvorgang nicht in der Lage ist, die Prozeßparameter hinreichend genau festzulegen. Insbesondere bei eng tolerierten Biegeteilen erweist sich die Planungsgüte im Bereich der Technologieplanung als nicht ausreichend. Ziel der Arbeiten am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik (wbk) der Universität (TH) Karlsruhe war deshalb, für das flexibelste Abkantverfahren "Freies Biegen" ein Prozeßmodell zu erstellen, mit dem das vom Konstrukteur erstellte geometrische Modell des Bauteils in ein technologisches ·Modell· für die Fertigung übergeführt werden kann. Der dabei zu betrachtende Zusammenhang zwischen vorgegebenem Biegewinkel und erforderlicher Eintauchtiefe (ET) des Biegestempels in die Matrize ist sehr komplex, da viele Einflußgrößen wie Werkstoff, Blechdicke, verwendete Werkzeuggeometrie und Walzrichtung eingehen.

Zur effektiven Nutzung kapitalintensiver Bearbeitungszentren ist ein Minimieren der Testzeiten für neue NC-Programme notwendig. Dies kann zum einen durch Verbessern der Planungsqualität in der Arbeitsvorbereitung wie auch mit schnellen Qualitätsregelkreisen geschehen. Der Beitrag stellt entsprechende Rechnerhilfsmittel für die Biegebearbeitung von Blechen vor.

Eine schwierige Aufgabe bei der Fertigung von Abkantteilen mit mehrachsigen Biegebearbeitungszentren ist das Festlegen der Abkantreihenfolge. In diesem Beitrag wird ein Ansatz zur automatischen Bestimmung der Kantfolge vorgestellt.

Zur vollautomatischen Fertigung von Abkantteilen steht heute die neue Maschinentechnik des Biegebearbeitungszentrums zur Verfügung. In diesem Beitrag wird auf die Möglichkeit der Rechnerunterstützung in den der Biegebearbeitung vorgelagerten Bereichen Konstruktion und Arbeitsplanung sowie auf die Integration des Biegebearbeitungszentrums in eine autonome Fertigungszelle zur Komplettfertigung von Abkantteilen eingegangen.

Einer zunehmenden Anwendungsbreite von Faserverbundwerkstoffen steht heute ein noch weitgehend handwerklich ausgerichtetes Fertigungsverfahren für die in vielen Industriezweigen verwendeten Formteile gegenüber. Insbesondere werden die Endlos-Harzmatten von Hand zugeschnitten. In dieser Arbeit werden zunächst verschiedene Schneidverfahren auf ihre Eignung zum automatisierten Zuschneiden von Faserverbund-Halbzeugen hin untersucht. Anschließend wird hierfür die Konzeption einer NC-gesteuerten automatisierten Zuschneideanlage vorgestellt.

Electro mobility is playing an important role when it comes to reducing the CO2 emissions of vehicles. The drive train in particular must be designed efficiently in order to achieve the highest possible degree of efficiency. The transverse flux machine (TFM) has an enormous torque and allows efficient, highly dynamic operation. This enables stepless power transmission over the entire speed range as well as short-term overload. However, in order to produce efficient TFMs with high efficiency, highly flexible production processes are required to create the best possible magnetic properties in the air gap between the rotor and stator of a TFM. In this paper, three processes are presented that are intended to improve the properties of TFMs. Firstly, ceramic insulation layers were analysed and characterised using Direct Energy Deposition (DED). Secondly, complex hard magnets were produced using vat photopolymerisation (VPP). Thirdly, using an additive-subtractive fused filament fabrication (FFF) process, various contact types for sensor circuits were investigated with regard to electrical resistance. With the help of sensor circuits, preventive condition monitoring is to be made possible.

Additive manufacturing of polymers offers great potential for the production of complex structures. In particular, Fused Filament Fabrication (FFF) processes can be used to create functionally integrated components, in addition to easy handling, tool-free production and large material options. By combining a FFF system with a robot, inserts of different types can be integrated automatically during the printing process [1]. The low dimensional accuracy of FFF induces great difficulties during the insertion operation. Furthermore, with FFF, a planar layer structure leads to a stair-step effect when overprinting inserts with curved outer contours and reduces the adhesion to the insert. Further, the adhesion of FFF-filaments to the insert depends on the surface treatment of the insert [1]. A FFF system was combined with a robot [2] and has now been expanded to include a subtractive finishing unit and an inline process control based on a machine vision system, which enables the dimensional accuracy of the FFF components to be checked during the printing process. To be able to produce functionally integrated components, a flexible control architecture is being developed that enables the execution of additive and subtractive process steps. Optimal integration of inserts with complex geometries is facilitated by using non-planar layers in the FFF path planning. For this purpose, the filament layers of the FFF components follow the tilted or curved contours of the inserts. The modified process is demonstrated by manufacturing an integrated stator for an electric motor. A system for an additive-subtractive process for the integration of functional inserts was developed. In addition, a concept for the implementation of an improved connection of the inserts through non-planar FFF layers was created. First steps for the integration of the various systemmodules and optical analysis of the dimensional accuracy and the development of a printing strategy for non-planar overprinting of the inserts have been realized.

As new production system concepts emerge to face an increasing demand for individualized production, sensor integration for Industry 4.0 functions is becoming a major challenge. Flexibility- and scalability-focused concepts rely on reconfigurable machines that automatically replace smart end effectors between production steps. To ensure adaptability to future demands, these smart components, comprising the main tool and sensors, are connected to the static part of the machine via a unified electro-mechanical interface. In robot-based concepts, these components are furthermore space- and weight-constrained and should be cost-optimized. With respect to sensor integration, this leads to the challenge of interfacing sensors using different communication protocols and electrical signal properties through a fixed, minimal set of signal lines. In this paper, an architecture for an adaptive sensor integration unit is presented, targeting highly flexible production systems. Leveraging dynamic partial FPGA reconfiguration to exchange communication logic and an extensible hardware module located in the static part of the machine, it efficiently supports alternating communication protocols over static signal lines. It thereby reduces the number of signal lines as well as the need for protocol conversion units in the exchangeable components. A prototype implementation using industrial bus protocols shows its suitability and is evaluated concerning relevant timing characteristics and resource usage.

Especially in highly flexible plants or special process machines, conventional approaches like neuronal network classification or intelligent autoencoder fault detection are not suitable firstly due to the small amount and secondly due to the lack of labeling of data for each process. In this paper a novel concept is presented to segment different processes intelligently in the first step to find fine granular process patterns across process boundaries. Based on these patterns, anomaly detection and further classification are performed. A special feature is the integration of user knowledge, so that classification is possible even with a small amount of data. This approach is validated on an assembly line for electric motor production as well as in a handling robot. This paper shows results from real test series and thus demonstrates the practical suitability of the novel approach.

As a result of the change to Industry 4.0, the requirements for information models and digital twins are steadily increasing. Thus, reliable methods to identification and assignment of data sources in CNC machines are required. AI-based approaches are already capable of identifying individual signal groups but are increasingly reaching their limits due to the small size of existing datasets. Furthermore, the low information content of the timeseries used to build the learning datasets represents an additional limitation. In this paper, an approach is presented and examined by means of which identifiable CNC reference runs with particularly high information content can be generated to create a suitable database for machine learning approaches. Moreover, due to the uniqueness of the generated trajectories, the reference runs represent a particularly suitable basis for analytical methods to parameter identification.

In lightweight design, developers are used to face the conflicting objectives of functional fulfillment, economic performance, and sustainability. Against this background, however, a clearly structured approach for the satisfied use of lightweight engineering methods within a product development is still missing. Thus, this contribution deals with the fundamental conception and first implementation of a systematic development methodology covering the disciplines of mechanics, electrics/electronics and software just like the focus on an integrated view on product, production and material aspects. To ensure an application-specific manifestation of the product development process for three different use cases from small and medium-sized enterprises but also large corporations in the area of prosthetics, bike construction and plant engineering, the individually developed methods and tools are generalized in order to make them adaptable to a wide variety of industries. As a result, one lightweight-specific method or tool (e.g., function mass analysis, “PPM solution correlator“ or “2D layout & weight drafting”) is introduced in more detail for all stages of the technically extended RFL(T)P approach derived from model-based systems engineering (MBSE).

Against the background of growing environmental awareness and ambitious international efforts against global warming, sales in the electric mobility sector are expected to rise steadily in the coming years. However, volatile markets accompanied by shorter product life cycles and uncertainties regarding legal, political and technological developments make it still difficult to forecast accurate figures and requirements of components such as batteries or electric motors. Therefore, the investment in highly productive but non-versatile production lines must be seen as a risk. Instead, the tension between need and uncertainty causes a need for rapidly adaptable, profitable production systems with low investment risk. In literature, the term "agile production systems" is often used in this context. Based on an extensive literature review, this paper therefore presents the state of research and attempts to develop a general definition of agile production systems in the context of electric mobility. In particular, relationships to existing production concepts are considered. The practical implementation of agile production systems is described using two different case studies. On the one hand, agile battery cell production based on modular and fully enclosed robotic cells is presented. This approach, based on microenvironments with adjustable humidity, enables a highly automated pouch cell production that is flexible in terms of material, number of units and format. Furthermore, the case study of an agile electric motor production is presented. Process chains of rotor and stator production are analyzed and an approach to conceptualize an agile production system for electric motors is introduced.

Das Stapeln von Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) und Bipolarplatten ist ein Schlüsselprozess in der Brennstoffzellen-Stack-Produktion, bei dem die Anforderungen an eine hohe Genauigkeit und eine möglichst kurze Prozesszeit berücksichtigt werden müssen. In diesem Beitrag werden technische Systeme für die Montage von Brennstoffzellenstapeln hinsichtlich der Handhabung, des Greifens und der Ausrichtung der Komponenten analysiert. Die verschiedenen Methoden werden verglichen und bewertet, gefolgt von einem neuartigen System, das eine on-the-fly Messung der Position ermöglicht.

The trend towards more customized products with shorter product life cycles requires rethinking of current production systems. Due to the increasing demands for flexibility and adaptability, agile state of the art production systems come close to their limits. To improve adaptability to volatile markets, the fundamental concepts of production systems must be reviewed. With the novel production system Wertstromkinematik, the limits of flexibility and agility will be pushed further. By using several units of an identical universal robot kinematic with suitable end effectors, complete versatile value streams can be mapped. In this paper a conceptual control architecture for this novel production concept is presented and discussed in four different test environments. These examined environments comprise the core functions of the new production concept coupling of robot kinematics and machine self-optimization as well as two use cases involving the use of digital CAD-CAM-chains will be discussed in detail. Based on these topics possible restrictions and solutions regarding the overall communication architecture will be presented and discussed.

A process for flexible preforming of thermoplastic CFRP tapes strips has been implemented at wbk Institute of Production Science. An overview of the preforming process and the approach for the further processing of the preformed strips by additive manufacturing (AM) are presented in this paper. The combination of the novel preforming process and the future AM processing results in a fully flexible process chain for fiber reinforced components. The novel, robot-bending based process is used to manufacture near-net shape preforms for reinforcement structures with a high accuracy. First, possible angles, the bending parameter selection and the obtainable accuracy are described. Afterwards, a toolbox for deriving a process compliant reinforcements shape from the target geometry is presented. Required parameters, such as bending angles, are automatically derived using shape analysis and evolutionary optimization. The second step after preforming the strips is their assembly to a reinforcement structure and subsequently a component. To maintain the flexibility, molding shall be replaced or complemented by AM techniques. In this paper, a projected overall process chain is presented as well as results of the processing of the strips in AM. AM and a local consolidation unit are used to join the strips. The first step of joining consists of aligning the strips to each other and to the components. The AM process is used to apply additional layers and to join structures to the strips and components. For the production of a tough material bond, the printed layers and strips are selectively heated and pressed together with a local consolidation unit. Various strategies and suitable process parameters for joining are experimentally identified. In combination with a second collaborating robot, this opens up new approaches for joining preforms to reinforcement structures and for fiber reinforcement in AM. Furthermore, possible applications of this process are presented.

The trend of individualization of demand presents companies with the challenge of preparing their production, on the one hand, for ever more extensive and complicated products, but on the other hand also an increasing variety of products. Handling, as a component of any automated process, plays an essential role in this context, since these non-value-adding process steps must run reliably and quickly, even for workpieces with a large number of variants. The performance of a handling system depends on the adaptation of the gripper’s fingers to the respective workpiece since the fingers are the only components that have direct contact with the workpiece. Since the change of the gripper, as well as the production of new gripper fingers for adaptation, is time-consuming, modular gripper fingers are increasingly coming into focus. An overview of a holistic approach for the selection and dimensioning of gripper fingers from modules is presented in this paper. First, the requirements for gripper fingers are determined and converted into functions. Based on this, the overall structure of gripper fingers is broken down into modules according to technical and functional aspects. In the sense of variant-oriented product design, concepts for modules are developed, which are then designed together with the interfaces between the finger modules and between the finger and gripper. Gripping points with sufficient contact area on workpieces are determined with a gripping point determination. Based on the developed construction kit of gripper fingers for mechatronic parallel grippers and the characteristics of the handling objects as well as the determined gripping points, a method is then described that allows an automated configuration of gripper fingers with integrable sensors for a given number of workpieces.

The ramp-up of machines for stack formation processes in the context of battery cell production is difficult due to a lack of knowledge about cause-effect relationships. This concerns the initial setup of the machine as well as the change of process input variables. For example, there are strong material dependencies in the area of cell stack formation of battery cells. Individual adjustments of the machine parameters to the different materials are therefore necessary. Digital twins represent the production process and the machine operations in a virtual environment. Cause-effect relationships can thus be quantified and evaluated. Optimization approaches for ramp-up-processes can be tested with low risk in virtual space before they are implemented in reality. This paper describes the development process of a digital twin representing a machine for flexible cell stack formation of pouch cells. As basis for the digital twin, a kinematic process model of the machine is developed from the underlying CAD files. Sensors and actuators are virtually integrated in the design environment of the machine. Connecting the model to a virtual controller, allows virtual testing and evaluating of the developed PLC code within the digital twin. Furthermore, the development of a simulation model for the prediction of the electrode web tension, as a quality-critical parameter, is presented. This purpose requires relevant aspects of the machine, for example the unwinder drive behaviour, to be recognized and integrated. In order to enable near-real-time runability, this simulation model is converted into a reduced-order-model. This substitution can be validated by tracing and comparing the web tension during commissioning scenarios on the real machine. Therefore it is possible to virtually represent control-side kinematic processes while also making statements regarding the web tension of the electrode material. The resulting functional digital twin of the flexible stack formation machine will be used to optimize the process parameters as well as the current machine design.

Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells consist of hundreds of individual layers, which need to be precisely stacked onto each other in a pick-and-place process in order to ensure a functioning product. Common automated pick-and-place systems usually feature an external camera for position detection of the individual layers. However, an external position detection increases cycle time and reduces the overall efficiency of the assembly system. Thus, this approach presents a camera, which is integrated into a flat surface vacuum gripper to detect and measure the position of components on-the-fly while grasping. The camera makes use of the suction openings necessary for grasping itself. Incoming light is detected and an aperture photometry is being applied to the image. Different methods for the component position detection will be presented and compared to a precise stereo camera reference measurement for the components actual position. With the reference the measurement accuracy of the novel gripper configuration is derived.

Robot based remanufacturing of valuable products is commonly perceived as promising field in future in terms of an efficient and globally competitive economy. Additionally, it plays an important role with regard to resource-efficient manufacturing. The associated processes however, require a reliable non-destructive disassembly. For these disassembly processes, there is special robot periphery essential to enable the tasks physically. Unlike manufacturing, within remanufacturing there are End-of-Life (EoL) products utilized. The specifications and conditions are often uncertain and varying. Consequently the robot system and especially the periphery needs to adapt to the used product, based on an initial examination and classification of the part. State of the art approaches provide limited flexibility and adaptability to the disassembly of electric motors used in automotive industry. Especially the geometrical shape is a limiting factor for using state of the art periphery for remanufacturing. Within this contribution a new kind of flexible clamping device for the disassembly of EoL electrical motors is presented. The robot periphery is systematically developed

Durch ihre hohe gravimetrische Energiedichte, sowie die niedrigen Stückkosten ihrer namensgebenden Verpackung aus Pouchfolie sind Pouchzellen eine vielversprechende Zell-Bauweise. Als weiterer Vorteil der Pouchzelle gilt ihre vergleichsweise gute Flexibilität hinsichtlich unterschiedlicher Formate. Eine flexible Zellproduktion ermöglicht Herstellern eine Differenzierungsstrategie gegenüber dem stark formatgebundenen Markt. Um die Vorteile der Pouchzelle in der Formatflexibilität ausspielen zu können, muss neben Zellstapelbildung und Zellassemblierung auch die Herstellung der Pouchfolie-Halbschalen flexibilisiert werden. Es lassen sich drei relevante Aspekte für die Flexibilisierung der Halbschalenproduktion ausmachen: Das verwendete Folienmaterial, die Ziehtiefe und die Geometrie des Werkzeugs. Im Rahmen dieses Posters werden diese Aspekte diskutiert und ihre jeweiligen Limitationen aufgezeigt.

Since current battery cell production lines are not flexible regarding format and material, it is necessary to develop new production systems. It is also required to develop this production line as an agile system in order to be able to flexibly counteract unit-specific capacity fluctuations. In addition, only low scrap rates are allowed when integrating new material systems which requires a holistic in-process or in-line control and the associated quality assurance. Agile produc-tion systems open up new possibilities for developing the battery cell product. Therefore, this article will present a novel product-production co-design that can be specifically adapted to customer requirements.

Today among engineering materials, continuous fibre reinforced polymers (CFRP) show high stiffness and strength to weight ratios. To rival the traditional manufacturing methods of CFRP, many investigations have sought to combine the outstanding mechanical performances of these materials with the freedom in design and the economic benefits of additive manufacturing (AM). This paper focuses on a novel laser-sintering machine which enables the integration of continuous fibres into the laser-sintering process as well as the identification of influencing parameters for this new process. Firstly, the principle of fibre roving integration is presented. With the help of a heated nozzle, the already sintered layers are melted. A simultaneous motion sequence between the nozzle and the fibre feed is used to insert the fibre into the molten material. Secondly, machine- and process-related parameters are identified which have an influence on the fibre integration. By using an influence analysis, the parameters will be investigated and parameter sets for a successful fibre integration will be found. The identified parameters are to be used for future investigations. The results of this paper show the potential of continuous fibre integration in the laser-sintering process based on measured tensile properties.

Due to the complex process chain in battery cell production, effects of processes on subsequent processes must be evaluated. As challenge in calendering electrodes, corrugation can be observed depending on adjusted parameters. To evaluate the corrugation with regard to the subsequent stacking process accuracy, a concept for modelling the process chain calendering - separation - single sheet stacking is presented. First, an experimental approach for modelling the calendering impact on the electrode sheet geometry after separation is suggested. Finally, a FEM simulation approach for the single sheet stacking process is presented, which is suitable to model impacts from previous processes.

In today’s highly competitive manufacturing environment, process data monitoring continues to be of high priority, but often relies on modern communication interfaces being provided by PLC manufacturers. This paper proposes an alternative approach in which data is acquired automatically from various PLC models through available interfaces. Multiple Machine Learning algorithms are incorporated to identify machine parameters, which are then assigned to appropriate machine information models. All functionalities can be provided by a dedicated hardware module or as software modules on IPCs. The proposed approach can be integrated into existing Industry 4.0 efforts to accelerate digitalization in challenging environments.

Digitalization and connectivity trends in industrial plants and production equipment create vast and heterogeneous networks of data sources, data sinks and various communication protocols. Data fusion and evaluation of these resources result in high costs for data integration and maintenance. Therefore, we propose a new framework, called MyGateway, enabling effortless integration of heterogeneous data sources, their fusion within the framework and publication to data sinks as needed. For easy integration, deployment and expansion of the framework we provide an implementation in JAVA using open source adapters for common industrial protocols and a simple API for usage in user specified setups.

The increasing automation level of processes in production systems leads to new technical challenges, especially in the implementation and maintenance of software architectures. New requirements arise regarding the interface between Programmable Logic Controllers (PLC), robots, Human Machine Interfaces (HMI) and superordinate information systems (e.g. ERP). Industry 4.0 demands, among other things, an increase in flexibility, adaptability and transparency to achieve vertical and horizontal interoperability and a continuous integration. The innovative automation middleware is capable of replacing the heterogeneous interface landscape, which currently exists in many companies and institutions. The basic idea is the implementation of a modular and standardized middleware. Due to relevant characteristics, such as dataflow orientation and graphical programming interface, using LabVIEW as a programming language turned out to be the most suitable solution. The system deploys OPC Unified Architecture (OPC UA) to connect all required components across multiple enterprise levels. Moreover, the software solution controls the workflow and collects process data for further analysis. In contrast to software products available on the market, which usually come along with manufacturer dependencies, the established middleware based on the combination LabVIEW and OPC UA is transparent, extensible and independent.

An innovative winding process has been developed for the production of lightweight truss structures by autonomously joining composite profiles. The winding device consists of an open ring with a rotor-stator design and is moved by a vertically articulated robot. The robot allows a high degree of flexibility and design variety in the winding patterns. In order to achieve a high joint strength, however, it is necessary to provide a flange on the transverse profile which can be wound around to create a form-fit. This flange is very complex and expensive to manufacture and cannot be individually adapted. In order to provide a better flange to join these cost-effective pultruded profiles, 3D printed dual-curing epoxy joining elements are being developed. These elements are first manufactured using the digital light synthesis (DLS) printing process, which results in a semi-rigid, but only partially cured part. The printed joining elements can then be robotically wound with pre-impregnated fiber tows (towpreg). The assembly is then heated to activate the second curing reaction and co-cure the two materials, resulting in a permanent, void-free bond. Combining these two technologies enables the economic mass production of light-weight composite truss structures, aiding in an increase in resource efficiency in the corresponding fields of application such as the construction or transportation industries.

In machine tools, existing solutions for process monitoring and condition monitoring rely on additional sensors or the machine control system as data sources. For a higher level of autonomy, it becomes necessary to combine several data sources, which may be within or outside of the machine. Another requirement for autonomy is additional computing power, which may be hosted on edge devices or in the cloud. A seamless and modular architecture, where sensors are integrated in smart machine components or smart sensors, which are in turn connected to edge devices and cloud platforms, provides a good basis for the incremental realisation of autonomy in all phases of the machine life cycle.

The assembly of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is a complex process. The joint action of the assembly load and the working temperature causes an uneven stress distribution among the components and produces a certain degree of deformation. In addition, the assembly process is often related to load transfer, material transfer, energy exchange, multi-phase flow and electrochemical reaction. At present, the manufacturing cost of fuel cells is extremely high, and assembly cost accounts for a large proportion. Assembly techniques with low efficiency and accuracy further increase manufacturing costs. Therefore, there is an urgent need for further research on stack assembly theory and techniques to improve stack assembly efficiency and reduce costs. Based on a survey of the literature, the research status of assembly load, assembly load optimisation, assembly mechanism, and automatic assembly are summarised. Based on comprehensive analyses, this review proposes the development trends of assembly key techniques for fuel cell stacks, and provides a helpful reference for researchers and producers. In the future, the research of assembly technique should pay more attention to the assembly load of fuel cell under on-line conditions and the joint influence of assembly load and other stresses. The assembly mechanism should be designed according to the application scenario of fuel cell and be more convenient to dynamically adjust the assembly load. The review also points out that automation is the development direction of assembly technique. The design, manufacture and assembly of fuel cells need to be better coordinated.

Automation solutions in production represent a sensible and long-term cost-effective alternative to manual work, especially for physically strenuous or dan-gerous activities. However, especially for small companies, automation solutions are associated with a considerable initial complexity and a high effort in planning and implementation. The ROBOTOP project, a consortium of industrial compa-nies and research institutes has therefore developed a flexible web platform for the simplified, modular planning and configuration of robot-based automation so-lutions for frequent tasks. In this paper, an overview of the project?s scientific findings and the resulting platform is given. Therefore, challenges due to the scope of knowledge-based engineering configurators like the acquisition of nec-essary data, its description, and the graphical representation are outlined. Insights are given into the platform?s functions and its technical separation into different Microservices such as Best Practice selection, configuration, simulation, AML-data-exchange and spec-sheet generator with the focus on the configuration. Fi-nally, the user experience and potentials are highlighted.

In recent years, the manufacturing of stators by hairpin technology has proven its ability to fulfill the requirements on quality, productivity and robustness of traction drive applications in automotive industry. However, the uncertainty and necessity of rapid product development despite fuzzy target systems still cause that processes, machines and equipment - as well as the electric design - are often in an imperfect prototype stage at the start of production ramp-up. Due to the complex interdependencies between the stator components in combination with a high sensitivity of the overall process reliability to minor adjustments of stator design features, possible production-related weaknesses in design are often recognized first in the prototype stage of the production system. In order to reduce the economic risk resulting from these volatile technological conditions, production-oriented design based on numerical simulation methods can be applied from the beginning of product development. Therefore, several techniques for numerical process modeling are presented in this paper as possibilities to consider manufacturing constraints in an early stage of product development. For this purpose, the influence of wire dimensions on the forming process of hairpin coils is investigated using the example of rotary bending as well as the twisting process of a full stator by finite element simulations. Furthermore, a numerical approach to investigate the influence of heat input during laser welding of hairpin coils on the required stripping length is introduced.

Lightweight high-efficiency electric motors are beneficial for mobility systems providing higher range for automotive applications or longer flight time for aerial applications. The emerging ironless motors already outperform iron-cored motors on efficiency and peak torque capability but still have lower rated specific power and torque. To close this gap and develop the all-around best motor technology for the automotive and aerial applications new production methods for both the stator and the rotor have been developed. For the stator the patented FiberPrinting technology is presented, which is based on a weaving process with the help of a tailor-made machinery, followed by molding process. In the rotor the rotating back iron of the double airgap motor design is made from a soft magnetic compound, produced with an injection molding process. To enable highest lightweight potential, the back iron is designed as a 2-component-part with soft magnetic material in the magnetic active areas and PA6-GF30 for the structural integrity. The combination of both technologies shows extreme potential in terms of lightweight design and electrical and magnetic losses, which is validated by simulations and first experiments of the manufactured components.

An increase in the sales number of battery electric vehicles within the last year can be recorded. At the end-of-life these vehicles require a reliable disassembly for recycling or remanufacturing. On the one hand, drivetrain components of those vehicles contain valuable resources and thus are mainly relevant for recycling or remanufacturing. On the other hand, the automated disassembly of especially electric motors and Li-ion battery systems encloses major challenges. Especially the high number of variants and the unknown specifications and conditions of the components are challenging points for the disassembly system. Conventional automated disassembly systems provide limited flexibility and adaptability for the disassembly of these products. Within this contribution two robot-based flexible disassembly systems are systematically derived for Li-ion battery modules and supplementary electric motors. Both products are analysed and the product-specific challenges and requirements are identified. The state of the art regarding flexible disassembly systems is captured using the methodology of a morphological box. Four subsystems are identified: Kinematic, Tools, Workpiece fixation, Safety system. Based on the results, concepts for disassembly systems for both Li-ion battery modules and supplementary electric motors are developed and presented in detail. Especially the structure and functionality of both systems are explained. This is followed by an assessment of the approaches and an identification of limitations as well as possible optimization potentials.

The optimization of the effective winding in the stator to increase the performance represents a special challenge. The aim is to accommodate as many copper conductors as possible in the narrow stator groove in a reproducible manner, with a high quality and short production times without damaging the enameled copper wire. Therefore, the compact winding process, based on the manual trickle winding process and complying with these requirements, is introduced in this paper. The basic ideas of this novel method are described in detail. The developed compact winding process enables layer winding with higher fill factors in the stator grooves of the windings and new production steps like compressing and cementing of wires for contributed windings. In addition, this method was successfully implemented into a test stand. Finally, further potential investigations are discussed and with reference to released publications.

Intelligent IoT functions for increased availability, productivity and component quality offer significant added value to the industry. Unfortunately, many old machines and systems are characterized by insufficient, inconsistent IoT connectivity and heterogeneous parameter naming. Furthermore, the data is only available in unstructured form. In the following, a new approach for standardizing information models from existing plants with machine learning methods is described and an offline-online pattern recognition system for enabling anomaly detection under varying machine conditions is introduced. The system can enable the local calculation of signal thresholds that allow more granular anomaly detection than using only single indexing and aims to improve the detection of anomalous machine behaviour especially in finish machining.

Rare earth metals are particularly required as a basic component of permanent magnets in modern traction drives for electric vehicles. Due to the limited global resources of raw materials, the environmental impact of mining and the challenges of recycling, the development of resource-saving alternatives is an important research topic. One option is the use of a synchronous reluctance machine (SynRM), whose rotor does not require magnetic materials, aluminum or copper due to its operating principle. Besides the cost-effective manufacturing, the robust and resource-saving rotor design and high efficiency of SynRM, this machine type suffers from a low power factor, poor torque and power density and earlier power drop in the field weakening range in comparison to permanent-magnet synchronous motors. These disadvantages result from the fragile design of the rotor lamination stack and the resulting limited maximum permissible operating speed of current industrial motors, which are therefore not yet suitable for traction drive applications.This paper gives an overview of new rotor concepts and designs which aim to increase the maximum operation speed of SynRM by optimizing the structural design. Subsequently, a new rotor topology is discussed and evaluated, especially regarding its mechanic and electromagnetic properties as well as the suitability for series production.

An important aspect of the overall quality of machined parts is surface roughness, which depends on cutting parameters, tool condition, and machine vibrations. Online surface roughness prediction in milling operations can reduce set up time and assist in determining economic cutting parameters. However, the adoption of existing solutions in industrial production is inhibited by lacking integration in an open and retrofittable architecture. In this contribution, a solution for surface roughness estimation by vibration monitoring is developed as part of a retrofitting kit. Wavelet packet transform is used to filter the vibration signal, then the roughness of the generated surface is estimated. The approach is tested in milling experiments.

Within this paper the initial steps for the realisation of an agile automated system for battery module disassembly will be presented. The state of the art battery modules need to be analysed with regards to their structure, components and the relationship of the components to each other. In particular, the key challenges in battery module disassembly up to cell level are identified and classified in order to systematically derive the requirements for the disassembly system. The identified challenges for automated disassembly are twofold: process-related and product-related. The variety of battery modules can be seen as a product-related challenge, while non-detachable joints combined with the hazards posed by Li-ion batteries can be described as process-related challenge. An approach for capturing the variety of battery modules is done by using the methodology of a morphological box.

The combination of different types of plastics can be advantageous to obtain a good component performance at a reasonable price. For this, a compromise between mechanical properties and cheap manufacturing has to be found. In the research project GRK2078, the manufacturing of hybrid components consisting of long fiber reinforced thermoplastics (LFT) and unidirectional endless fiber reinforced material (UD-tapes) is researched. The LFT is the main constituent of the components. Local UD-tape reinforcements are added in areas with high load for a large effect or low geometric complexity to minimize preforming effort. To keep the cost low, a novel preforming process for the UD-tapes is in development at wbk Institute of Production Science. The aim is to enable the shape flexible, tool less forming of UD-tapes. To obtain this, the process is based on sequential bending of the UD-tape on several positions along its longitudinal axis during handling operations. To conduct the process, a supply unit and an industrial robot with a gripper with integrated heating devices are used. In this paper, the experimental examination of the process and the identification of suitable parameters on the shape of the preform are presented. The main influencing factors are the type of UD-tape, the heating of the tape and the movement of the robot. The processes are conducted with PA and PP carbon fiber tapes. The process quality with contact and radiation heating are compared and the respective heating duration is identified. For the robot movement, a kinematic description of the process is derived and compared to a circular bending movement. With the identified parameters, the process can be conducted reliably. The resulting accuracy limit and the process time with these parameters are described in this paper.

Die Prozesskette der Pouchzelle enthält eine Vielzahl vertikaler Bewegungen die hochpräzise Kraft-Weg Regelungen benötigen. Während Produktionsanlagen für Batteriezellen in Deutschland noch immer Sondermaschinen darstellen, besitzen viele Anlagenbauer umfangreiche Kompetenzen in der Produktionstechnik. Gerade Pressenhersteller besitzen umfangreiche Kompetenzen in der Kraft-Weg Regelung, sind in der Batterie-Produktion jedoch noch unterrepräsentiert. Möglichkeiten diese Kompetenzen zu übertragen werden in diesem Poster untersucht.

Autonomous systems, as found in autonomous driving and highly automated production systems, require an increased reliability in order to achieve their high economic potential. Self-aware sensors are a key component in highly reliable autonomous systems. In this paper we highlight a proof of concept (PoC) of a deep learning method that enables a LiDAR (Light detection and ranging) sensor to detect functional impairment. More specifically, a deep convolutional neural network (CNN) is developed and trained with labelled LiDAR data in the form of point clouds to classify the degree of impairment of its functionality. The results are statistically significant and can be regarded as a general classifier for objects within LiDAR data, applied to selected cases of sensor impairment. In detecting impairment and evaluating the correctness of the captured data, the sensor gains a basic form of self-awareness. The presented methods and insights pave the way for improved safety of autonomous systems by the means of more sophisticated self-aware neural networks.

Failures of production machines are often caused by wear and the resulting failure of components. Therefore, condition-based monitoring of machines and their components is becoming an increasingly important factor in industry. Due to the simple conversion of the motion of electric rotary drives into precision feed motion, the ball screw is an inherent element of many production machines. Thus, a failure of the ball screw often leads to costly production stops. This paper shows the determination and extraction of wear-describing image features, allowing an image-based condition monitoring of ball screws using hyperparameteroptimized machine learning classifiers. The features to train the algorithms are derived and extracted based on the deep domain knowledge of ball screw drive failures in combination with further developed state of the art feature extraction algorithms.

Collisions are a major cause of unplanned downtime in small series manufacturing with machine tools. Existing solutions based on geometric simulation do not cover collisions due to setup errors. Therefore a concept is developed to enable a sensor-based matching of the setup with the simulation, thus detecting discrepancies. Image processing in the spatial and frequency domain is used to compensate for harsh conditions in the machine, including swarf, fluids and suboptimal illumination.

Despite the wide range of applications and requirements, standardized cells are used for a lot of products. Standardized cells can’t fit all the different needs of the various battery driven products. Our hypothesis states that product manufacturers will demand batteries adapted to their requirements for electric properties and installation space. This will result in a growing variety of battery cells regarding dimensions, format and materials. This trend is already visible in batteries for consumer elec- tronics like smartwatches and smartphones. To keep up with varying customer requirements, cell manufacturers will need suitable, flexible machinery to avoid large reconfiguration costs for every new type of cell. As a solution, an agile type of cell production equipment will be developed at KIT. In a first step towards agile production, wbk is in the process of developing and building a robot cell for pouch cell assembly that covers the production steps stacking, contacting and sealing. It will feature a production modules to carry out the before mentioned processes, a simulated micro- environment and a robot for handling the cell (stack). Being part of the ongoing project “SmartBatteryMaker”, two material systems (NMC622/ graphite and LFP/ graphite) and two different cell formats (rectangular and trapezoidal) will be able to be processed in the robot cell without the change of tools. To achieve “plug & work” properties in the production modules, a service-oriented machine control will be adopted. After giving a detailed description of the “SmartBatteryMaker” equipment and processes, a first evaluation regarding produc- tivity, process capabilities and quality will be given. Finally, the novel production equipment will be rated via comparison with state of the art production lines to show potential improvements to be made in future adaptations of the agile production concept for battery cell manufacturing.

Current developments in the electric mobility sector and the need for the storage of energy from renewable sources lead to a growing demand for lithium-ion batteries (LIB). Although they provide high energy densities, the increasing requirements push this technology to its performance limits. Furthermore some of the commonly used electrode raw materials face alarming political, ecological and economic risks. The DFG-funded project POLiS Cluster of Excellence therefore aims to develop sustainable battery materials to produce safer batteries with higher performance properties. In addition to the choice of the material each process step has an impact on future cell performance. High energy densities are obtained by a properly adjusted calendering process. The compression of the electrode material leads among other improvements to an increase of the volumetric energy density. Hence, it is of great importance to understand the process of calendering to achieve satisfying electrochemical cell properties. This work investigates the influence of material characteristics on the calendering process. One promising post-lithium candidate is sodium with its corresponding anode material hard carbon. This study focusses on analysing the correlation between the particle size and morphology of hard carbon and the generated anode properties after calendering. Furthermore the slurry composition and drying conditions are taken into account. Line load, web tension and temperature are varied calendering process parameters. Resulting compaction rates and adhesive forces are presented and scanning electron microscopy images complete the analysis of the material behavior. A stereo camera system quantifies the distortions caused by calendering. Finally conductivity measurements rate the quality of the calendered anode material. These results contribute to building a tool for the prediction of the processability of future battery materials.

For a fault detection of machine tools, fixed intervention thresholds are usually necessary. In order to provide an autonomous anomaly detection without the need for fixed limits, recurring patterns must be detected in the signal data. This paper presents an approach for online pattern recognition on NC Code based on mean shift clustering that will be matched with drive signals. The intelligent fault detection system learns individual intervention thresholds based on the prevailing machining patterns. Using a self-organizing map, data captured during the machine?s operation are assigned to a normal or malfunction state.

This paper presents a method for machine component supervision with little to none prior knowledge of the machine, operating conditions and wear behavior. A hybrid approach based on unsupervised learning methods, consisting of an autoencoder network and clustering, to identify machine states and possible failure preceding anomalies is proposed. In order to cope with information sparsity, the model parameters of the unsupervised methods are derived automatically based on data distribution and a physical motivation. The approach was validated on a dataset of artificially introduced bearing faults. The gained clustering results show a general usability of the approach for condition monitoring with vibration data.

The transformation to electric mobility is a major challenge for automotive manufacturers and suppliers, as their research and development departments are mainly familiar with conventional combustion-based powertrains and the experience has grown over the last century, but electric machines and the corresponding technologies are often unknown. To meet these requirements, this paper is intended as a guideline for developers facing the new field of electric traction drives. First, the known winding technologies are resumed. Subsequently, the influences of design and manufacturing on the performance of electric traction drives are discussed, based on a previous literature research. Thereby, the focus of this paper is on state of the art winding technologies, traction drive designs and powertrains, so some simplifications are made for these cases of application.

A bending based approach for the preforming of carbon fiber reinforced thermoplastic (CFRTP) tapes has been implemented at wbk Institute of Production Science. In early experimentation, it became evident that the process requires regular adaption of process parameters in order to meet the desired quality level. To limit the manual effort, the parameter variation and process characterization should be automated. In this paper, an approach for the automatic parameter identification and tuning through systematic variation combined with optical process measurement is presented. The functionality of the measurement system as well as the parameter identification and error compensation are described.

In times of ever increasing performance requirements imposed on newly developed products, fiber reinforced plastics have become essential for lightweight applications. While mass related stiffness and strength are huge advantages, automatic handling of the raw materials, such as fabrics, can be very challenging. Low-pressure suction grippers have been proven to be capable of handling fragile air-permeable materials in a non-destructive manner, giving them a clear advantage over potentially damaging competing gripping technologies such as needle grippers. However, they also consume large amounts of energy to ensure successful handling operations. This research aims to estimate disturbance forces applied to the manipulated workpiece by monitoring its internal suction pressure, which will in turn allow for running the grippers at a bare minimum power while still being able to react to disturbances enabling safe handling operations.

Metal powder injection molding is a manufacturing technology that is characterized by the near-net-shape production of geometrically complex components with outstanding mechanical properties. In this process, green bodies are molded with an injection molding machine, which are then debound and sintered. Due to the necessary tool form, an economic production is only reasonable from correspondingly high quantities. Additive manufacturing processes offer the possibility of economic production from piece number one. ARBURG plastic freeforming represents an additive manufacturing process which uses commercially available plastic granulate for the production of components. This molding process offers the potential to use feedstocks from the metal powder injection molding sector to manufacture green parts. This makes it possible to economically produce metal components with comparable properties to metal powder injection molding from a quantity of 1 piece. In this presentation, the process and the interrelationship between the process parameters and the mechanical properties of the component are presented. The temperature of the nozzle, temperature of the build volume and printing speed are optimized regarding mechanical properites. The second presented goal of optimization is to increase the service life of the nozzle. An increase by 255% could be achieved by tempering and plasma nitriding the nozzle.

An innovative production processes for manufacturing rotationally symmetric FRP-metal components, such as drive shafts or tie rods, is the rotational molding process. In the course of this process, a dry fiber preform and metallic load-introduction elements are inserted into a two-piece mold and subsequently clamped into a spindle. The matrix is injected directly into the rotating mold. Due to the arising centrifugal forces, the preform is impregnated and the component cures under rotation. In comparison to conventional joining processes, such as adhesive bonding or bolt connections, the metallic components as well as the FRP part are intrinsically joined during the forming process. A downstream joining process is not required. The joint is based either on the adhesive property of the matrix system or on a form-fit geometry with undercuts. The paper addresses the production and tensile testing of tie rods. Different rod geometries and different surface treatments, including sandblasting, knurling, and arc spraying, are compared and evaluated.

Among engineering materials today continuous fiber reinforced polymers (FRP) show some of the highest stiffness and strength to weight ratios. To rival the traditional manufacturing methods of continuous FRP many investigations have sought to combine the outstanding mechanical performances of these materials with the freedom in design and the economic benefits of additive manufacturing (AM). This paper focuses on the fiber placement strategies and their interaction with Selective Laser Sintering (SLS) specific machine features. The goal is to develop and conduct test series to gain a deeper understanding of how the process, the polymer, and the reinforcement fibers interact. For this investigation different patterns of glass fiber rovings are embedded into specimens made from PA 12 on a Sintratec Kit printer. The rovings are put up onto a frame in varying patterns to be able to relate fiber tension and curvature as well as the stack height of intersecting rovings to the quality of embedding. Additionally the time of placement, the clamping and the interaction of the fibers with the recoater have been investigated. Based on these results an SLS printer with automated continuous fiber implementation will be developed in the future.

In addition to the current challenges in production technology due to the shift from conventional powertrains towards electrified drive technologies, the disruptive transformation of mobility confronts OEMs and suppliers with major personnel challenges, which include new requirement profiles for prospective skilled workers. In order to meet the personnel requirements of industry and ensure the high quality of vocational training in Germany nonetheless, the current training concepts must be strengthened by the targeted integration of specific contents and be geared holistically to the needs of new occupational profiles. This paper presents a methodological approach for deriving current deficits in vocational education and training through the systematic analysis of framework curricula and the targeted survey of teachers working at German vocational schools as well as the derived training program to support the qualification of trainees. In order to obtain a training concept of high didactic quality, the approach is based on pedagogical methods to provide the best possible support and to convey the learning objectives related to professional, social, methodical, and personal skills. With the newly conceived “Training Factory Stator Production” at the wbk Institute of Production Science of the Karlsruhe Institute of Technology, a program for the training and further education of trainees, skilled employees and engineers will be introduced using the example of producing stators with hairpin technology, to support especially small and medium-sized companies in the personnel transformation process.

One innovative production process for manufacturing rotationally symmetric FRP-metal components, such as drive shafts or tension and pressure rods, is the rotational molding process. In comparison to common joining processes, such as bonding or screwing, the metallic components and the fiber-reinforced plastic part can be intrinsically joined during the forming process. This saves production time and cost compared to conventional joining processes. In the past, only components with a form fit for radial loads such as polygon shafts have been studied using rotational molding. This paper examines the pro-duction of a hybrid FRP-metal tension and compression rod with an axial form fit. To this end, a production approach will be designed and presented more de-tailedly further below. Furthermore, it is investigated whether the impregnation pressure is sufficient enough to produce hybrid FRP-metal tension and compres-sion rods with good laminate quality and a form fit by rotational molding. To de-termine the quality of the obtained component, computer tomography and micros-copy analyses are conducted.

The international competition leads manufacturers in high-wage countries to focus more on high-value products, which often come at the disadvantage of small batch sizes. To remain competitive, the plant engineering for should be time and cost effective. One approach to achieve this are modular production lines. In the presented contribution, a product orientated web-service for the configuration of a modular production plant is investigated. The resulting model then is interpreted by a code generator to generate a PLC line control. The approach is validated with a plant of metal hybrid carbin fiber seat rests.

Electric mobility is of core importance for the German automotive industry. The development of the German economy strongly depends on activities in battery production and on their integration into the process chain - from material to final battery system. On the one hand, further development of the material systems is necessary and on the other hand, progress is needed in production. Both aspects influence the energy density of the battery cell and thus determine the range of electrically driven vehicles or the available capacity for stationary applications. The aim of a high energy density can be achieved by finding the ideal material composition or by using the right manufacturing process. The decisive process step is calendering, in which the volumetric energy density is increased by compressing the active material. Residual stresses are induced into the material, which become visible at high densities through wrinkling at the boundary between the coated and uncoated areas. The characteristics of the wrinkles allow a conclusion to be drawn about the strength of the residual stresses. These effects in the electrode constitute a hindrance for further process steps and thus prevents the maximum possible density. In the single sheet stacking process, this is expressed through the tolerance of dimensional accuracy. Due to excessive residual stresses, the shape can no longer be guaranteed after cutting. First, the poster presents results that show which deviation is to be expected at what calendering degrees. Investigations into the cause of wrinkle formation are to be carried out by detecting the residual stresses induced. The residual stresses are determined by recording the distortions of the material. For this purpose, a pattern is printed on the electrode before calendering. A picture is taken before and after calendering, allowing the strain of the electrode to be known through the displacement of the color points. Therefore, results are presented which show the material behavior for different parameter settings at the calender for high volumetric densities. The described undertaking reveals which calender parameter is responsible for the wrinkle development. This in-line quality assurance forms the basis for modelling the relationships between the calender parameters and the properties of the material in particular residual stresses. In addition, it is the starting point for an additional module on the calender, which enables wrinkle-minimized processing of current and future material systems allowing for better qualities also in further process steps, as exemplified by the stacking process.

Despite the wide range of applications and requirements, standardized cells are used for a lot of products. Standardized cells can’t fit all the different needs of the various battery driven products. Our hypothesis states that product manufacturers will demand batteries adapted to their requirements for electric properties and installation space. This will result in a growing variety of battery cells regarding dimensions, format and materials. This trend is already visible in batteries for consumer electronics like smartwatches and smartphones. To keep up with varying customer requirements, cell manufacturers will need suitable, flexible machinery to avoid large reconfiguration costs for every new type of cell. As a solution, an agile type of cell production equipment will be developed at KIT. Inspired by modern combustion engine manufacturing, the production system will consist of redundant robot cells of different types. Every type of robot cell will be responsible for a defined set of production steps and will be equipped with easily exchangeable production modules accordingly. Thus, the robot cell consists of the robot as a central handling, various production modules that execute the production processes and a microenvironment casing that ensures optimal climatic conditions for each production step. The production modules will be designed to use kinematic, tool-independent processes if possible and quick tool change if necessary to ensure flexibility. By adding or removing robot cells, the production system is scalable in ramp-up and ramp-down of products. Since a wide range of cells can be manufactured by the flexible equipment, the investment costs can be recovered over multiple product lifecycles.

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Geringe Kosten, verkürzte Produktionszeiten, flexible und kundenindividuelle Produktion – die additive Fertigung bietet Forschung und Industrie viele Möglichkeiten. Im Vergleich zu bisherigen Technologien können Verfahren wie der 3D-Druck selbst komplexe Bauteile schneller und auch in geringen Stückzahlen günstig produzieren. Obwohl viele Unternehmen ihre Dienstleistungen im Bereich der additiven Fertigung bereits online anbieten, ist bisher keine Plattform verfügbar, welche die Prozesskette ganzheitlich von der Konstruktion über die Simulation und die Fertigung bis zur Nachbearbeitung betrachtet und die Dienstleistungen verschiedener Firmen vereint. Im Projekt 3D-Print-Cloud Baden-Württemberg entsteht eine offene Online-Plattform für die Gesamtprozesskette der additiven Fertigung. Diese soll bis zum Jahr 2020 die vielen aktuellen und zukünftigen Spezialprozesse, die Hochschulen und Unternehmen in Baden-Württemberg entwickelt haben, bündeln, die Akteure vernetzen und deren Prozesse und Technologien als Dienstleistungen interessierten Kunden anbieten. Das Projekt befasst sich ganzheitlich mit der Prozesskette – von der Konstruktion über die Simulation und Fertigung bis zur Nachbearbeitung. Diese Prozesskette existiert zunächst in der digitalen Welt. Eine besondere Herausforderung liegt hierbei in der Aktualität der Gesamt-Thematik „additive Fertigung“. Durch die immer weiter anwachsende Anzahl an Verfahren, Verfahrensvariationen und unterstützenden Prozessen ist es besonders wichtig, vorausschauend zu planen und zukunftsfähige Lösungen zu ermitteln und umzusetzen. Die Umsetzung der 3D-Print-Cloud wird jedoch erst durch die weitreichende Digitalisierung der Prozesskette ermöglicht. Von der Konstruktion über die Simulation bis zur Nachbearbeitung liegen alle Prozesse digital vor, was den Aufwand innerhalb der Prozesskette reduziert sowie die Vernetzung zwischen Kunden und Dienstleistern fördert und stark vereinfacht. Erst in der Fertigung und Nachbearbeitung wird die Prozesskette aus der digitalen in die reale Welt überführt. Die Online-Plattform 3D-Print-Cloud BW soll somit die technologische und wirtschaftliche Erschließung der gesamten Prozesskette um additive Fertigungsverfahren und deren unterstützende Prozesse wie Simulationen unternehmensübergreifend fördern.

The global demand for carbon saving and green mobility is changing propulsion systems from combustion engines to electric motors. Today, battery capacities are still low and the range of automotive vehicles needs to be improved. In this context, high-performance electric motors of high energy efficiency as well as low weight are gaining in importance. In the present paper, two approaches for reducing weight of electric motor rotors shall be presented. First, a lightweight approach comprising of a hybrid shaft made of carbon reinforced plastic and stainless steel shall be outlined. It is manufactured by a novel process chain where dry filament winding is combined with centrifugal casting. The steel inlays are joined in-mold during centrifugal casting. The second approach shall demonstrate the replacement of electric sheets by soft magnetic compounds (SMC, iron filled polyamide compound). These SMC parts are produced in an innovative two-component injection molding process. The paper concludes with a concept for the assembly of the hybrid shaft with the SMC parts and the mechanical testing of the assembled lightweight rotor.

The integration of sheet molding compound (SMC) as discontinuous fiber reinforced plastics (DiCoFRP) and unidirectional fiber reinforced tapes (UD-Tape) as continuous fiber reinforced plastics (CoFRP) aims to provide a novel cost-effective hybrid material with better mechanical properties. For the handling of the combined CoDiCo-semi-finished part, the reliable gripping during the overall process chain is important. For complex 2.5D contours, the combination of preforming technology and handling technology is worthwhile. In order to combine both technologies, the separately consideration of handling and preforming technology is necessary. This study considers on one hand the necessity of the preform step for CoDiCo-semi-finished parts, on the other hand the possibility to integrate the UD-tape with SMC. Moreover, the quality of the preformed semi-finished parts effects directly on mechanical properties of final parts, the quality assurance system is therefore necessary, in order to ensure a defect free product during preforming step and to guarantee fast reaction, in case any defects are detected. One objective of this project is to generate methods for holistic quality assurance during manufacturing of 3D SMC parts with integrated unidirectional-fibers. Therefore, sensor systems, thermography, ultrasound and acoustic methods will be used.

Bei der Montage einer Lithium-Ionen-Zelle stellt der Aufbau des Zellstapels einen kritischen weil kostenintensiven Prozessschritt dar. Bei der Stapelbildung mit Einzelblättern werden die Elektrodenbahnen, die in einem vorhergehenden Schritt beschichtet und kalandriert wurden, zusammen mit einer Separatorbahn zunächst zu Einzelblättern konfektioniert und anschließend mittels Pick&Place-Prozessen in einer abwechselnden Abfolge wiederkehrend und mit hoher Präzision übereinandergestapelt. Das Zusammenspiel aus hohen Qualitätsanforderungen, sensiblen Materialien und hohen, geforderten Taktraten hat zur Folge, dass in heutigen Fertigungsanlagen oftmals keine wirtschaftliche Produktion möglich ist. Das Ziel des wbk Institut für Produktionstechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist deshalb die Entwicklung einer Maschine zur Herstellung des Zellstapels einer Lithium-Ionen-Zelle mit niedrigen Investitions- und Betriebskosten. Den Kern der Forschungsarbeit, die das wbk innerhalb des Projekts „Competence E“ durchführt, stellt sowohl die Modularisierung als auch die Konzeption und Konstruktion der Maschine dar. Begleitend zu den theoretischen Arbeiten findet die Realisierung, Erprobung und Optimierung der Maschine statt. Das Poster beschreibt den Grundgedanken und die bisherigen Ergebnisse des Entwicklungsansatzes, welcher ein funktionsintegriertes Stanzwerkzeug zur Erzeugung der Einzelblätter einer Lithium-Ionen-Zelle darstellt, die mit integrierten Vakuumgreifern gleichzeitig gehandhabt und präzise auf einem Stapel abgelegt werden können. Im Vergleich zu anderen Maschinen aus dem Stand der Technik ist hierzu keine aufwändige und taktratenreduzierende Bildverarbeitung nötig um die Orientierung der Einzelblätter zu detektieren und anschließend auszurichten. Stattdessen kommt lediglich ein kostengünstiger Sensor zur Detektion der Aktivmaterialkante auf den Elektrodenbahnen zum Einsatz, der ebenfalls im Rahmen der Forschungsarbeiten am wbk entstanden ist. Sein Aufbau basiert auf einer einfachen Zeilenkamera die mithilfe eigens entwickelter Elektronik und einem Auswertealgorithmus auf einer Mikrocontrollerplattform arbeitet, dessen Funktionsweise ausführlich dargelegt wird. Abschließend sollen die Potentiale hinsichtlich der erreichbaren Zellqualität und der Produktionsgeschwindigkeit diskutiert werden. Zudem sollen Optimierungspotentiale für die Gesamtmaschine und Möglichkeiten für zukünftige Arbeiten erläutert werden.

Cell manufacturing is unmistakably the main cost driver of the current production process of lithium-ion cells. For achieving a breakthrough in lithium-ion technology in stationary applications and electro-mobility, it is fundamental to reduce costs in cell manufacturing. This reduction can be achieved through cost efficient assembly processes and by increasing the production yield. A significant process in cell manufacturing is the stacking of electrodes and separator foils. State of the art stacking and assembly processes are either complex and time-consuming or they have a lower energy density. Therefore, the development of an advanced cell stacking technology is required.

In Germany, we are currently experiencing a change of climate policy, mainly driven by cabinet decisions of the Federal Government of 6 June 2011 regarding the energy transition law. For this reason, the electrification of the powertrain and the establishment of stationary battery storage devices to complement wind turbines and photovoltaic systems are increasingly moving into the focus of German companies and research facilities. The biggest challenge in both application fields is the development of powerful and cost-effective battery cells [1]. In order to reach the cost objectives demanded by the industry, it is necessary to improve the technologies used to assemble the battery cells. Regarding the whole assembly process for lithium-ion pouch-cells, building up the cell stack by using single sheets represents the most critical process step. Thereby, the material web for the anodes and cathodes which were coated in a previous step are processed to become single sheets by mechanic or laser cutting. Afterwards, they are stacked on top of each other with separator sheets in a repetitive sequence by pick and place processes [2]. In response to this task, the wbk Institute of Production Science at KIT (Karlsruhe Institute of Technology) is working on an approach for developing a functional integrated machine tool (Figure 1) with low investment and running costs which cuts and deposits single electrode sheets with high precision. The core of this machine module is a stamping tool with an integrated vacuum gripper. At the moment of cutting, the orientation of the electrode is retained by the gripper and the sheet is guided to the bottom of the machine module where it is deposited with high accuracy inside a shaft magazine for the subsequent stacking process. In contrast to other state of the art machines, no expensive sensors for the detection of the electrode?s position and no aligning of the sheets by additional machine axis is necessary, due to the integrated vacuum handling system. Furthermore, one reason for low running costs is the fact that the cutting residue is removed after leaving the stamping tool by separating the valuable part from the waste that needs to be disposed at the operators expense (Figure 2). This is done by using circular blades, which are arranged directly at the outlet orifice of the tool. Contemporary, the above described machine module is used to fill shaft magazines which later have to be transported manually to the subsequent cell assembly steps. In the future, two machine modules, one for the anodes and one for the cathodes, may be connected and supplemented with a separator machine to produce complete cell stacks automatically.

Viele der Mikrosystemtechnik zugänglichen Fertigungstechnologien haben ihren Ursprung in der Halbleiterindustrie. Die mit diesen Verfahren strukturierbaren Werkstoffe weisen aber häufig nicht die konstruktiv notwendigen Eigenschaften auf, um komplexe mikrosystemtechnische Bauteile und Baugruppen zu fertigen. Bei der Strukturierung mittels Fräsen ist man prozessbedingt auf Werkstoffe mit Härtegraden kleiner als 62 HRC beschränkt. Daher gewinnen abtragende Fertigungsverfahren in der Mikrofertigung zunehmend an Bedeutung. Die Verfahren Mikrofunkenerosion (oder EDM: Electrical Discharge Machining) und Laserablation eignen sich beide zum berührungslosen und damit prozesskraftfreien Materialabtrag, unabhängig von mechanischen Werkstoffmaterialeigenschaften wie der Härte oder der Festigkeit. Klassisches Anwendungsgebiet ist der Werkzeug- und Formenbau, dort werden die benötigten Formeinsätze oft über abtragende Verfahren hergestellt, da diese Verfahren in hochfesten, gehärteten und damit meist verschleißfesten Materialien kleinste Strukturen realisieren können. Hierbei werden einzelne und kombinierte Fertigungsverfahren eingesetzt, die Drahterosion beispielsweise zur Herstellung der Formelektroden für die Senkerosion und die Laserbearbeitung zur Herstellung von Kavitäten oder zum Schneiden und Bohren.

Unternehmen stehen seit einiger Zeit vor der Herausforderung, sich nach Jahren umfangreicher Kostenreduzierungs- und Restrukturierungsbemühungen verstärkt wieder um ihre Innovationsfähigkeit zu bemühen, um im internationalen Wettbewerb dauerhaft bestehen zu können. Es stellte sich jedoch in Untersuchungen von Berth heraus (vgl. Berth in Geisinger (1999)), dass bei der Umsetzung dieser Bemühungen z.T. massive Probleme auftreten können. Nur ein relativ geringer Teil von Ideen führt zu wirklich erfolgreichen Produkten. Den größten Umsatzanteil erwirtschaften Unternehmen oft mit bestehenden Produkten, gefolgt von deren Anpassungen und Erneuerungen. Radikale Innovationen sind ? obwohl als hochrentabel eingestuft ? hier eher unbedeutend. Auch wenn diese Situation nicht auf alle Branchen und Unternehmen übertragen werden darf, so stellt sich jedoch die Frage nach den Ursachen. Verschiedene Untersuchungen haben ergeben, dass die Markt- und Kundenorientierung zwar als wesentlicher Erfolgsfaktor erkannt wurde, aber auch hier in der Umsetzung Defizite bestehen (vgl. Arthur D. Little (1994), Grabowski/Geiger (1997), Geisinger (1999), von der Oelsnitz (2002)). Um hier mögliche Lösungswege aufzuzeigen, müssen folgende Punkte näher betrachtet werden: ? Was ist eine markt- und kundenorientierte Innovation? ? Was ist unter innovationsrelevantem Kundenwissen zu verstehen? Welche Möglichkeiten zur Erfassung, Nutzung und Entwicklung bestehen? ? Wie können markt- und kundenorientierte Innovationsprozesse erfolgreich gestaltet und durchgeführt werden? Wie kann Kundenwissen hier integriert werden? Welche Rahmenbedingungen spielen hierbei eine Rolle? Im folgenden wird ein Überblick über die in der Literatur vorhandenen Ansichten zu diesen Fragen gegeben. Darauf aufbauend sollen die Handlungsbedarfe aufgezeigt werden, die für das Management von Kundenwissen in Innovationsprozessen bestehen.

The abstract is published online only. If you did not include a short abstract for the online version when you submitted the manuscript, the first paragraph or the first 10 lines of the chapter will be displayed here. If possible, please provide us with an informative abstract. One of the main advantages of additive manufacturing by fused filament fabrication is its wide variety of materials and cost-effective production systems. However, the resolution and tightness of the produced structures are limited. The following article describes a novel approach of the functional integration of stereolithographic produced subcomponents into the fused filament fabrication process and the challenges during integration in terms of adhesion, taking into account different surface pre-treatments. With the help of these investigations, it is aimed to extend the field of application of additive manufactured plastic components.

Für die Herstellung von leichten Wellen, Rohren, Profilen oder Zug-Druck-Streben werden häufig Hohlstrukturen mit einem geschlossenen Querschnitt eingesetzt, da diese ein günstigeres Verhältnis von Steifigkeit zu Masse aufweisen als entsprechende Vollmaterialvarianten. Im modernen Leichtbau kommen Grundprinzipien zum Einsatz, die sich auch in der Natur wiederfinden lassen. An Orten hoher Belastungen ist oft eine Materialanhäufung und an Orten geringer Belastung eine Materialabnahme zu beobachten. Aus diesem Grund sind in Flora und Fauna dünnwandige Stabprofile bzw. geschlossene rohrförmige Profile weit verbreitete Strukturen. An solchen natürlichen Geometrien lassen sich Leichtbauprinzipien wie die direkte Kraftleitung, die Realisierung eines hohen Widerstandsmomentes und die natürliche Stützwirkung von gekrümmten Strukturen ableiten

Als initiales Werkzeug zur Identifikation konkreter Digitalisierungsprojekte sowie zur regelmäßigen Einordnung des bereits erreichten Ist-Zustandes versteht sich der Leitfaden „Antriebstechnik 4.0“ als kontinuierlicher Wegbegleiter und Impulsgeber im Zuge der digitalen Transformation der Branche. In Zeiten des disruptiven technologischen Fortschritts mit ebenso großen Handlungsbedarfen soll der Leitfaden „Antriebstechnik 4.0“ Unternehmen als Anstoß und Orientierung auf ihrem spezifischen Weg hin zur „antriebstechnischen Exzellenz“ dienen.

Die Automobilindustrie steckt in einem Transformationsprozess un-geahnten Ausmaßes und Ausgangs. Ob durch striktere europäische Abgasgrenzwerte, den Zwang lokaler Emissionsfreiheit oder den Druck des chinesischen Marktes beim Kampf um eine neue Vorherrschaftsrolle - die Gründe deutscher Automobilisten zur Elektrifizierung sind vielschichtig und die Folgen kaum abschätzbar. Die Frage, ob neue Antriebstechnologien in den Markt eingeführt wer-den, stellt sich mittlerweile kein Automobilhersteller mehr, stattdessen verbleibt die Frage nach dem ?wie?. Mit der diesjährigen wbk Herbsttagung ?Auf dem Weg zur Elektromobilität ? Wettbewerbsfaktor Produktionstechnik? wollen wir die vorhandenen Chancen im Bereich der Produktionstechnik für die Elektromobilität aufzeigen und einen Beitrag dazu leisten, dass diese auch genutzt werden. Hochkarätige Impulsvorträge aus Industrie und Forschung schaffen die Diskussionsbasis für einen Informationsaustausch zur Elektromobilität. Die wbk-Herbsttagung bietet dabei eine Plattform für den Dialog zwischen Politik, Anwendern, Produzenten, Anlagenbauern sowie dem wbk als Forschungspartner vor Ort.

Hybrid material concepts provide a high variability in the resulting part properties, and thus are often applied to satisfy multiple component demands. Fibre-metal laminates (FML) are widely spread in aerospace applications and are being used for decades as they show a high lightweight potential and a good fatigue behaviour. However, a broad conventional use of hybrid laminates in the automotive sector is not existing until today. The high manufacturing costs, caused by the surface pre-treatment of the metal layer, as well as long process cycles and a limited formability of current laminates are not suitable for automotive applications. This paper presents an approach, which allows the processing of hybrid laminates for high-volume applications and enables high forming degrees of the manufactured parts. As an additional elastomer layer is used to separate the metal from the fibre reinforced layer, carbon fibre reinforced polymers (CFRP) can be used instead of conventional glass fibres, preventing a galvanic corrosion between carbon and the metal. In addition to the manufacturing process itself, the influence of the formability will be discussed with regards to the distribution of the laminate layers, determining achievable forming degrees of the manufactured fibre-metal-elastomer laminate (FMEL) specimen. The laminate behaviour during the forming of the uncured laminate will be described by analysing micro sections. Furthermore, the results of an experimental modal analysis will be presented in order to determine the damping properties of the investigated hybrid laminates.

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.

Anhand von vier sehr unterschiedlichen Anwendungsbeispielen aus der industriellen Praxis wird in diesem Kapitel auf Potentiale vernetzter Anlagen für die spanende Fertigung im Kontext von Industrie 4.0 eingegangen. Dabei werden zunächst die unterschiedlichen Problemstellungen und Randbedingungen erläutert, die den verschiedenen Fertigungsaufgaben zugrunde liegen. Diese reichen von einer flexiblen Kleinserienfertigung bis hin zur Massenproduktion im Automobilbau. Darauf aufbauend werden dann die umgesetzten Lösungskonzepte dargestellt, welche dem aktuellen Umsetzungsgrad Industrie 4.0 in den Unternehmen entsprechen. Hierbei wird deutlich, dass der Vernetzungsgrad je nach Problemstellung unterschiedlich ausgeprägt sein kann.

Industrie 4.0 umfasst unter anderem intelligente Anlagenkomponenten, Maschinen und Anlagen sowie IT-Systeme, die miteinander vernetzt und über die relevanten ?Partner' mit ihren Fähigkeiten informiert sind. Bei einem Neuaufbau oder Umbau von Anlagen, Maschinen und Komponenten können alle Partner auf die Veränderung entsprechend reagieren. Änderungen sind beispielsweise in der eingebetteten Software der Feldgeräte, im Programmcode der Steuerungen, aber auch in überlagerten IT-Systemen wie bspw. MES nötig. Diese Veränderungen werden heute häufig manuell durchgeführt und sind daher zeitintensiv und fehleranfällig. Im Rahmen von Industrie 4.0 sollen die Änderungen (teil-)automatisiert ablaufen, ähnlich wie bei einer USB-Schnittstelle und USB-Geräten am PC. Die Situation im Umfeld der Produktion ist allerdings erheblich komplexer. Alle Änderungen sollen »secure« erfolgen. SecurePLUGandWORK betrachtet verschiedene Anwendungsszenarien auf unterschiedlichen Hierarchie- und Komplexitätsebenen. ˙ Anwendungsszenario Integration Komponente - Maschine (z. B. Kugelgewindetrieb wird in Werkzeugmaschine integriert): Werkzeugmaschine, Spindel, Mehrspindelkopf, Kugelgewindetrieb. ˙ Anwendungsszenario Integration Maschine - Anlage (z. B. Einzelmodule werden zu Waschmaschine vereinigt): Waschmaschinen, Greifer, Werkzeugmagazin. Das Projekt ermöglicht die Plug-and-Work-Fähigkeit in den produktionsnahen Softwarekomponenten durchgängig über die verschiedenen Ebenen der Fertigungshierarchie. Dies geschieht unter Nutzung offener Standards, die bereits heute in der Industrie eingesetzt werden. Unter anderem sollen Maschinen und Anlagen so schneller in Betrieb genommen werden. In der SecurePLUGandWORK-Architektur werden auch nicht-I4.0-kommunikationsfähige Komponenten mit I4.0-Eigenschaften ausgestattet. Diese Funktionalität wird mit im Projekt entwickelter Software basierend auf den Standards OPC UA und AutomationML, sowie Hardware in Form eines Produktgedächtnisses nachgerüstet.

Der Schlüssel zur automatisierten Fertigung von hochbelasteten faserverstärkten Kunststoffen im RTM-Prozess liegt im reproduzierbaren Preforming von textilen Halbzeugen. Zur systematischen Planung der Preformingtechnologien und somit zur Realisierung von industriell umsetzbaren Abläufen ist die Anwendung von Technologieplanungsansätzen erforderlich.

Werkzeugmaschinen sind nach DIN 69651 „… mechanisierte und mehr oder weniger automatisierte Fertigungseinrichtungen, die durch relative Bewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück eine vorgegebene Form oder Veränderung am Werkstück erzeugen“. Typische Vertreter von Werkzeugmaschinen sind beispielsweise Drehmaschinen, Fräsmaschinen oder Räummaschinen. Die Weltproduktion von Werkzeugmaschinen, unterteilt nach produzierenden Ländern, ist in Abbildung 5.166 dargestellt. Deutschland verbucht damit 16,4 % Anteil am Weltproduktionsergebnis. Der Werkzeugmaschinenbau in Deutschland ist damit ein bedeutender Industriezweig des Maschinen- und Anlagenbaus. Die Montage stellt in der Wertschöpfung eines Unternehmens einen wichtigen Teil dar. Abhängig von der Fertigungstiefe des Unternehmens und je nach Berechnungsgrundlage sind ein Drittel bis fast die Hälfte der Kosten, die für die Produktion anfallen, auf die Montage zurückzuführen (VDMA 2007). Bei der Montage von Werkzeugmaschinen ergeben sich dabei auf Grund der gegebenen Randbedingungen der Werkzeugmaschinen Besonderheiten. So handelt es sich bei Werkzeugmaschinen in vielen Fällen nicht um Standardprodukte, sondern um hochspezialisierte, kundenspezifische Lösungen, wodurch flexible Produktions- und Montagestrukturen gefordert sind. Die produzierten Stückzahlen sind gering, die Größe und das Gewicht der Maschinen hoch. Die Montage ist deshalb durch viele manuelle Schritte und einen geringen Automatisierungsgrad geprägt. Im Folgenden soll auf die Montageprozesse von Werkzeugmaschinen eingegangen werden. Dafür werden zunächst die wesentlichen, zu montierenden Komponenten einer Werkzeugmaschine vorgestellt und der Einfluss einer modularen Bauweise auf die Montage der Maschinen aufgezeigt. Anschließend werden die Wertschöpfungsprozesse und der Montageablauf im Detail beschrieben.

Derzeit erfolgt in der Industrie die Steuerung von technischen Anlagen in der Regel noch drahtgebunden oder über Glasfasern. Um Produktionsabläufe flexibler zu machen, hat das KIT ein Systemkonzept entwickelt, das sowohl eine drahtlose Steuerung als auch eine Positionsbestimmung von Transportsystemen, mobilen Robotern und Fertigungsanlagen mittels Ultrabreitband-Technologie ermöglicht.

Gerundete Aluminium-Strangpressprofile für leichte Tragwerksstrukturen produktflexibel und automatisiert zu bearbeiten, ist mit derzeitiger Maschinentechnik nur unter hohem technischen Aufwand möglich. Zur Flexibilisierung des Bearbeitungsprozesses wurde im Rahmen des Sonderforschungsbereiches Transregio 10 ein neuartiges Maschinenkonzept entwickelt und prototypisch umgesetzt. Der Schwerpunkt liegt dabei in der Integration von Handhabung und Bearbeitung in einem ganzheitlichen Ansatz. Um eine komplette, präzise und automatisierte Bearbeitung von dreidimensionalen Aluminium-Strangpressprofilen darstellen zu können, liegt der Fokus der bestehenden Arbeiten auf der Genauigkeitssteigerung der Maschinentechnik, der Integration ausgewählter Zusatzprozesse sowie dem Aufbau einer einfachen und effizienten Programmierumgebung. [3] Tekkaya, A.E.; Baier, H.; Biermann, D.; Fleischer, J.; Schulze, V.; Zäh, M.F.; Pietzka, D.: Integration von Urformen, Trennen und Fügen für die flexible Fertigung von leichten Tragwerksstrukturen - Der SFB/TR10, Ergebnisbericht der Phase II, Fortschritt - Berichte VDI, Reihe 2, Nr. 678, Düsseldorf: VDI Verlag 2011, ISBN 978-3-18-367802-0

Die flexible Herstellung dreidimensional gerundeter Strangpressprofile ist mit standardisierten Herstellverfahren für kleine Serien nicht umsetzbar. Im Sonderforschungsbereich Transregio 10 werden daher, basierend auf dem flexiblen Verfahren des Rundens beim Strangpressen, im Teilprojekt A4 Methoden und die erforderliche Maschinentechnik erarbeitet, um während des Run-dens eine rückwirkungsfreie Unterstützung des Profils im Raum, das Abtrennen desselben und die Übergabe an weitere Bearbeitungsstationen darzustellen. Eine zentrale Herausforderung ist dabei die Gewährleistung einer hohen Profilkonturgenauigkeit. Ausgehend von dem erarbeiteten Prototyp zum fliegenden Abtrennen soll ein Verfahren entwickelt werden, um die prozess- sowie temperaturbedingten Einflüsse auf die Konturgenauigkeit auszugleichen.

One of the main challenges within the SFB/TR 10 process chain consists in handling and precise machining of variable formed profiles without changing over the jigs and fixtures. For this the profile contour as well as the spatial position and orientation of the profile have to be known. To provide this information, a component-specific scale for contour detection and precision posi-tioning of multi-dimensionally formed extrusion profiles was developed and realised. The scale is scribed onto the surface of the profile by a laser. To determine the contour, the scale is scanned using digital image processing and the profile contour is measured by a laser triangulation sensor. This article describes the general approach, the achieved measurement accuracies as well as the implementation of this approach within an automated process chain for the flexible production of space-frame structures.

Zur genauen Bearbeitung räumlich gekrümmter Strangpressprofile ist die exakte Kenntnis der räumlichen Lage und Orientierung des zu bearbeitenden Profils innerhalb der Bearbeitungsmaschine zwingend notwendig. Zusätzlich erschweren Abweichungen der Ist- von der Soll-Profilkontur eine präzise Bearbeitung. Dieser Artikel stellt eine auf bauteil-immanenten Markierungen aufbauende Vorgehensweise zur Positionierung und Konturerfassung nahezu beliebig gekrümmter Profile vor. Ausgehend von der Zielsetzung werden die am Institut für Produktionstechnik (wbk) der Universität Karlsruhe (TH) erarbeiteten Ansätze und der daraus resultierende messtechnische Versuchsaufbau beschrieben. Der Aufbau einer anforderungsgerechten Markierungsgeometrie zur Positionierung und Konturerfassung wird hergeleitet. Abschließend werden erste Versuchsergebnisse vorgestellt. Spatially curved extrusion profiles can only be processed in accordance with high quality standards if the spatial position and orientation of the profile inside the machine tool are known. Any deviations of the profile geometry may also cause processing inaccuracies.Against this background, the article describes a procedure for the positioning and contour detection of almost any spatially curved tube profile based on component-specific markings. Beginning with the objective, the approaches elaborated at the Institute of Production Science (wbk) of the University of Karlsruhe (TH) and the procedure developed on the basis of these results are described. Subsequently, the first empirical results of segmential contour detection are illustrated. The article explains a method for the derivation of a marking geometry particularly suitable for the requirements of this application.

Beim Runden beim Strangpressen müssen Aluminiumprofile von einer Fliegenden Abtrennvorrichtung abgestützt und abgelängt werden. Die Konturgenauigkeit der Profile liegt derzeit außerhalb der geforderten Genauigkeiten im Bereich von wenigen Zehntel mm. Die beim Fliegenden Abtrennen dafür verantwortlichen Einflüsse werden im Artikelvorgestellt. Sie betreffen einerseits die Berechnung der Bahnen für die Säge und die Übergabeeinrichtung. Andererseits beziehen sie sich auf die Bahngenauigkeit des realisierten Prototyps. Die Versuche zur Quantifizierung dieser Einflüsse, deren Aufbau und Resultate werden beschrieben und daraus Ansätze zur Kompensation der Fehlerursachenabgeleitet. Schließlich werden die weiteren Aufgaben und Herausforderungen zur Verbesserung der Konturgenauigkeit der Profile präsentiert. Curved Profile Extrusion requires the aluminum profiles to be supported and cut to length by a flying cutting device. Currently, profile contour accuracy is out of accuracy specifications in the range of a few tenths of a mm. This article presents the influences in the flying cutting process causing these deviations. They partly result from the calculation of the path for the saw and the transfer device and are partly caused by the path accuracy of the prototype. The trials leading to the quantification of these influences,their structure and results are described, followed by the derivation of possible approaches to the compensation of the afore mentioned sources of fault. Finally, pending tasks and challenges to be performed and overcome to improve profile contour accuracy are presented.

Die Trockenbearbeitung von Fahrzeugkomponenten aus Grauguss steht und fällt mit der Beherrschung des Prozesses. Die Werkzeug- und Maschinentechnik ist zumeist für den Einsatz der Trockenbearbeitung, auch mit Minimalmengenschmierung, geeignet. Allerdings entfällt durch den Verzicht auf KSS die Temperierung des Prozesses, wodurch ein zeitlich begrenzter, ungerichtet mehrdimensionaler Verzug des Bauteils resultiert, der bei Kenntnis der Wärmedichte des Prozesses mit FE‑,Methoden quantitativ simuliert werden kann. Die Wärmedichte kann in aufwendigen Versuchsreihen für einzelne Werkzeuge messtechnisch bestimmt werden. Ziel dieses Beitrags ist es, erste mathematische Modelle zur Berechnung des Wärmeeintrags vorzustellen. Basierend auf diesen Modellen kann die Wärmedichte als Eingangsparameter für die Simulation berechnet werden. Dies erlaubt die thermische Simulation und damit auch die Optimierung des Bearbeitungsprozesses.

Die Produktionsforschung leistet einen substantiellen Beitrag zur Steigerung der Innovations- und Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen des produzierenden Gewerbes. Dies wird auch durch gezielte und zukunftsweisende produktionstechnologische Fördermaßnahmen erreicht. Auf nationaler Ebene werden durch das BMBF-Rahmenkonzept „Forschung für die Produktion von morgen“ (ProMorgen) kooperative vorwettbewerbliche, anwendungsnahe Forschungsprojekte zur Stärkung der industriellen Produktion - insbesondere auch in KMU-dominierten Wirtschaftszweigen - gefördert, die dazu beitragen, Deutschlands internationale Wettbewerbsfähigkeit zu sichern und zu verbessern. Da die industrielle Produktion und ihr Umfeld enormen Veränderungen (Technologien, globale Entwicklung etc.) innerhalb kurzer Zeiträume unterworfen sind, wurde das Rahmenkonzept für neue Themen offen gehalten. Zuletzt wurden im Februar 2007 mit der unter Federführung des IUL der Universität Dortmund (Prof. M. Kleiner) ausgearbeiteten Untersuchung zur Aktualisierung der Forschungsfelder für das Rahmenkonzept ProMorgen aktuelle prioritäre Forschungsthemen aufgezeigt. Die Voruntersuchung „Fertigungsbedingte Produkteigenschaften“ (FePro) greift direkt die Erkenntnisse dieser Studie zum Handlungsfeld 2 „Technologien und Produktionsausrüstungen“, Themenfeld 5 auf: Durch eine fundierte Prozesskenntnis und eine gezielte Fertigungsprozesssteuerung müssen sekundäre Produkteigenschaften zusätzlich zu den primär geforderten Bauteileigenschaften hergestellt werden können. Dadurch kann die Bauteilfunktion verbessert bzw. die Bauteilfunktionsdichte erhöht werden. Dies erfordert eine prozessgetriebene Produktentstehung, die neue Bauteilvarianten und Anwendungsspektren eröffnet und die Herstellung multifunktioneller und maßgeschneiderter Eigenschaften zum Ziel hat. Zur Wahrung der Wettbewerbsfähigkeit produzierender Unternehmen ist es notwendig, effektiv und effizient innovative Produkte zu generieren. Damit diese Produkte ihre Leistungen erfüllen können, müssen sie mit bestimmten Funktionalitäten ausgestattet sein. Diese können nur durch Fertigungsverfahren hergestellt werden.

Durch die Fortschritte, die in den letzten Jahrzehnten im Bereich der Steuerungs- und Regelungstechnik gemacht wurden, hat sich die Möglichkeit eröffnet, völlig neue Maschinenstrukturen für den W erk:zeugmaschinenbereich zu entwickeln. Durch eine parallele Anordnung der traditionell seriell angeordneten Maschinenachsen wird es möglich, Belastungen auf mehrere Maschinenachsen zu verteilen, die die Belastung wirkstellennah ins Maschinenbett ableiten können, was zu einer sehr hohen Steifigkeit der Maschinenkonzepte führt. Weiterhin ist es auch möglich, die bewegten Bauteile von W erk:zeugmaschinen wesentlich kleiner zu dimensionieren, was aufgrund der geringeren zu bewegenden Masse zu einer erheblichen Erhöhung der Maschinendynamik führt. Neben diesen Vorteilen bergen parallele Maschinenkonzepte aber auch eine ganz wesentliche Herausforderung gegenüber seriellen Werkzeugmaschinen. Die parallele Anordnung der Maschinenachsen hat zur Folge, dass die Position des Endeffektors über teilweise recht komplexe geometrische Transformationen aus der Stellung der Vorschubachsen berechnet werden muss. Stimmt diese in der Maschinensteuerung hinterlegte Transformation nicht vollständig mit der Realität überein, so ziehen diese Unterschiede über nichtlineare Zusammenhänge Fehler in der Endeffektorposition nach sich, die die Genauigkeit der Bearbeitung wesentlich reduzieren. Handelt es sich bei den Ursachen ilir diese Fehler um geometrische Ungenauigkeiten, wie sie beispielsweise bei der Fertigung und Montage von Maschinenkomponenenten entstehen, so können diese mit Hilfe von Kalibrierungsalgorithmen in der Maschinensteuerung noch recht einfach kompensiert werden. Neben diesen Fehlern ist die Maschine im Betrieb allerdings auch noch statischen, dynamischen und thermischen Lasten ausgesetzt, so dass sich eine vollständige Abbildung des aktuellen Maschinenzustandes in der Steuerung als äußerst schwierig gestaltet.

ProactAS steht für Proaktive Anlaufsteuerung entlang der Wertschöpfungskette. Es handelt sich um eine modulare Softwareplattform, die die Beteiligten eines Produktionsanlaufs vom Zeitpunkt der Planung der Anlagentechnik bis über das Erreichen der Kammlinie hinaus dabei unterstützt, Störungen frühzeitig zu erkennen und effiziente Maßnahmen zur Störungsbeseitigung einleiten zu können. Hierdurch soll einerseits ein früherer Markteintritt und andererseits eine Kostenreduktion realisiert werden. Oberste Prämisse ist der zielgerichtete und effiziente Einsatz der begrenzten Ressourcen, um bei aktuellen und prognostizierten Planabweichungen schnell undaufwandsarm gegensteuern zu können und damit eine signifikante Verkürzung des Anlaufs zu erreichen. Eigentlich für die Automobil- und Automobilzulieferindustrie entwickelt, ist jedes Softwaremodul für sich einsetzbar, so dass alle Module auch für andere Branchen nutzbar sind. Basis der Idee ist es, den Produktionsanlauf mit den neuen Anlagen, den Materialien und der Inbetriebnahmemannschaft als Regelkreis zu verstehen und das Personal zu befähigen, zu jeder Zeit sowohl die aktuelle als auch die zukünftige Situation des Anlaufes zu erkennen und ursachengerecht zu analysieren. Der Begriff „Produktionscockpit“ veranschaulicht plastisch die Gesamtfunktion. Zur Realisierung der Proaktiven Anlaufsteuerung wurden im Rahmen von ProactAS verschiedene Kern- und Unterstützungskomponenten entwickelt.

Assuring constantly high machine availability is a central challenge for production. Increasingly, manufacturers get involved in respective tasks by taking over warranties on specified availability targets. The compliance with a specified availability target can be accomplished by a suitable configuration of additional equipment elements in line width product-accompanying services. However, varying boundary conditions across the machine life require an adaptation of these additional measures, especially of the services. The article presents a method for planning a lifecycle-adapted service configuration in order to achieve availability targets at lowest cost. It focuses on the measurement of availability contribution.