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Industrie 4.0 in der Textilindustrie*/Industry 4.0 - Integrated Industry in the textile industry: Smart factory approaches with a special focus on textile products and processes
Authors: Riedel R. , Göhlert N. , Müller E.
Published: June 2021

Industrie 4.0 bietet für die produzierende Industrie in Deutschland erhebliche Potentiale zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit. Die Anwendung und volle Ausnutzung der Möglichkeiten entsprechender Technologien sind jedoch an bestimmte Voraussetzungen gebunden. Der Fachbeitrag reflektiert vor diesem Hintergrund die Umsetzungspotentiale von Industrie 4.0 in der Textilindustrie.

 

Industry 4.0, also called Integrated Industry, provides considerable potential for the manufacturing industry in Germany to increase its competitiveness. However, the application and the full exploitation of the potential of those technologies depend on certain conditions. Against this background, the article reflects on the implementation potential of Industrie 4.0 in the textile industry.
Montagecluster in der Fahrzeugendmontage*/Assembly-Clusters in final car assembly
Authors: Weidemann U. , Schneider H. , Müller R. , Speicher C. , Kappel H.
Published: June 2021

Zunehmend variantenreichere Fahrzeuge führen zu aufwendigeren Automobil-Endmontagen. Damit verbunden sind komplexer werdende Montageplanungsprozesse. Dieser Fachbeitrag stellt einen Ansatz zur Vereinfachung der Endmontageplanung vor, bei dem basierend auf der Verbaureihenfolge und definierten Restriktionen eine Clusterung von Montageumfängen erzeugt wird. Mithilfe dieser Cluster kann eine effizientere Ausplanung der Fahrzeugendmontage und eine flexiblere Typenbelegung der einzelnen Werke erfolgen.

 

Increasing complexity in new cars has an extensive impact on final car assembly. Associated with this is the increased complexity of the planning process. This paper describes an approach to simplify final assembly planning. Based on the assembly sequence and defined restrictions, logical clusters of assembly processes are built. Thus, parts with the same parameters are consolidated into clusters for planning the assembly line more efficiently and improve the car plants’ flexibility.
Intelligente Werkzeugmaschinen/Intelligent tool machines
Authors: Ragg C. , Jungeblut T. , Jurke B.
Published: June 2021

Dieser Fachbeitrag beschreibt das optimierte Einrichten eines Bearbeitungsprozesses auf einer Werkzeugmaschine. Eine „intelligente“ Messtechnik erkennt die Spannsituation und bestimmt autonom den exakten Nullpunkt, gefolgt von einer realitätsnahen Simulation zum Validieren des auszuführenden NC-Programms. Dieser Ansatz steht im Fokus des Forschungsprojekts „Intelligente Werkzeugmaschine“ (iWZM) im Rahmen des Spitzenclusters „Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe“ (it’s OWL).

 

This technical paper describes an optimized set up of a machining process on a tool machine. An intelligent measuring method detects the clamping situation and determines autonomously the exact zero point followed by a realistic simulation that validates the NC program. This approach is focussed by the research project “Intelligent Machine Tool“ (iWZM), which is part of the government-financed project “Intelligent Technical Systems OstWestfalenLippe“ (it’s OWL).
Leistungsverzweigter Servopressenantrieb*/Power-split servo press drive - Control of a new servo press drive with mechanical power split
Authors: Behrens B.-A. , Krimm R. , Jocker J. , Nitschke T.
Published: June 2021

Am Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover wird zurzeit an einer neuartigen Antriebslösung für Servopressen gearbeitet, welche die Vorteile von Servopressen und Exzenterpressen mit Schwungradantrieb vereint. Ziel ist, sowohl bei der Anschaffung als auch im Betrieb Kosten einzusparen. Für die Ansteuerung der Antriebsmotoren wurde ein spezielles Regelkonzept erarbeitet, das sich deutlich von bestehenden Regelungssystemen heutiger Servopressen abgrenzt.

 

At the Institute of Forming Technology and Machines (Leibniz Universität Hannover), a new drive concept for servo presses is being developed which combines the advantages of servo presses with a high dynamic powertrain and flywheel based eccentric presses. This is intended to save acquisition and operating costs. To control the drive engines, a special control concept has been developed which is completely different from control systems of modern servo presses.
Externe Dämpfung bei Hochgeschwindigkeitsspindeln*/External damping in high speed spindles - Comparative investigation of the influence of a damping bush on the stability behavior during milling
Authors: Brecher C. , Fey M. , Falker J. , Möller B.
Published: June 2021

Die dynamischen Eigenschaften der Maschinenstruktur sowie der Hauptspindel bestimmen maßgeblich das dynamische Prozessverhalten von Werkzeugmaschinen. Über eine gezielte Dämpfung an den Lagerstellen der Spindel soll die stabile Schnitttiefe erhöht werden. In diesem Fachbeitrag wird der Einfluss einer Dämpfungsbuchse am Loslagersitz auf das statische, dynamische und das Bearbeitungsverhalten durch die vergleichende Untersuchung zweier Hochgeschwindigkeitsspindeln betrachtet.

 

The dynamic process behavior of machine tools depends on both the characteristics of the machine structure and the main spindle. By means of an additional damping of the bearing bushes, the stable cutting depth of the main spindle is to be increased. In this article, the influence of a damping bush at the floating bearing seat on the static, dynamic and stability behavior is investigated by comparing two high speed spindles.
Ultrapräzise Hochgeschwindigkeitsbearbeitung*/Ultra-precision high performance cutting – Part 2
Authors: Schönemann L. , Sassi N. , Krüger R. , Bloem A. , Denkena B. , Kuhfuß B.
Published: June 2021

Die ultrapräzise Fräsbearbeitung ist eine flexible Möglichkeit, um optische Freiformflächen herzustellen. Aufgrund der hohen Genauigkeitsanforderungen sind die anwendbaren Vorschub- und Schnittgeschwindigkeiten allerdings beschränkt. Deshalb werden hier zwei neue Ansätze zur Wirtschaftlichkeitssteigerung präsentiert: der Einsatz ultrapräziser Magnetführungen sowie die modellbasierte Vorhersage von Bahnabweichungen und deren Kompensation mithilfe der elektromagnetischen Führung (Teil 1: wt 6-2015, S. 366–370).

 

Ultra-precision milling is a flexible process for generating optical freeform surfaces. However, due to the tight tolerances of such parts, only low feedrates and cutting velocities are applied. This publication presents two novel approaches to increase the productivity of ultra-precision machining: the use of electromagnetic guideways and the model-based prediction of path deviations and their compensation using the electromagnetic guideway.
Ganzheitliche Bilanzierung – mit dem Lebenszyklusansatz zu ressourceneffizienten Produkten
Authors: Held M. , Albrecht S.
Published: June 2021

Das Thema Ressourceneffizienz ist in den letzten Jahren immer deutlicher in den Fokus von Industrie, Forschung und Politik gerückt. Es ist zudem längst kein alleiniges Thema mehr von energie- und rohstoffintensiven Branchen wie dem Bau-, Metall- oder Energiesektor, sondern hat den Weg in alle Arten von Unternehmen gefunden.
Potentiale der Mensch-Roboter-Kooperation in der Flugzeugproduktion*/Potential of the human-robot-cooperation in aircraft assembly
Authors: Müller R. , Vette M. , Geenen A.
Published: June 2021

Montageprozesse in der Flugzeugproduktion sind aufgrund von technischen und organisatorischen Rahmenbedingungen sehr komplex und unterliegen hohen technischen sowie wirtschaftlichen Risiken. Die Mensch-Roboter-Kooperation stellt einen Ansatz zur bedarfsgerechten, angepassten und gegebenenfalls temporären Automatisierung dar. Die Teilautomatisierung soll durch die Entwicklung einer neuen Bedienoberfläche unterstützt werden, welche eine intuitive Anpassung eines Robotersystems im Montageprozess ermöglicht.

 

The automation of assembly processes in aircraft production is, due to technological and organizational boundary conditions, very difficult and subject to technological challenges and economical risks. The human-robot-cooperation is an approach to a needs-based, adjusted and if necessary temporary automation. The semi-automation is based on a new developed user interface which allows for intuitive adjustments of a robot system in the assembly process.
Sensitivitätsanalyse des Fördergutverhaltens*/Sensitivity analysis of transported material – Physics simulation based analysis of bulk material related to the topology of vibratory bowl feeders
Authors: Stocker C. , Reinhart G.
Published: June 2021

Vibrationswendelförderer (VWF) sind die meistverwendeten Systeme zur automatisierten Vereinzelung und Zuführung von Schüttgut. Zur Verbesserung der derzeit manuellen Entwicklung, werden Methoden zur Simulation von VWF erforscht. Der Fachartikel stellt eine physiksimulationsbasierte Sensitivitätsanalyse des Förderguts bezüglich der Topologie im VWF vor. Die Ergebnisse dieser Analyse dienen als Basis für die Entwicklung eines Verfahrens zur automatischen Generierung von Ordnungsschikanen.

 

Vibratory bowl feeders (VBF) are the most frequently used systems for automated sorting and feeding of bulk material. To improve the current manual development process, methods for simulation of VBF are researched. The presented paper introduces a physics simulation based sensitivity analysis of the behavior of transported parts related to the topology of the VBF. These results provide a basis for the future development of an algorithm for the automated generation of orienting devices.
Hohl-Quer-Fließpressen mit geregelten Querstempeln*/Hollow lateral extrusion with controlled counterpunches - Improving the branches’ form accuracy by a superposition of a hydrostatic pressure on the forming zone
Authors: Wälder J. , Felde A. , Liewald M. , Napierala O. , Haase M. , Tekkaya A. E.
Published: June 2021

Als Beitrag zur Gewichtsreduktion von Komponenten im Antriebsstrang moderner PKWs wird am IFU Stuttgart und am IUL Dortmund ein neues Verfahren zur Herstellung hohler Bauteile mittels Querfließpressen entwickelt. Aufbauend auf ersten Machbarkeitsuntersuchungen werden in dieser Veröffentlichung Maßnahmen gezeigt, mit denen das herstellbare Geometriespektrum hinsichtlich der Verfahrensgrenze gegen Risse erweitert sowie eine Verbesserung der Formabweichung erreicht werden kann.

 

As a contribution towards a reduction in weight of automotive drive train components, a new process for producing hollow components by lateral extrusion is being developed at the Institute for Metal Forming Technology (IFU) in Stuttgart and the Institute of Forming Technology and Lightweight Construction (IUL) in Dortmund. Based upon first feasibility studies, methods are shown in this publication to extend the spectrum of the producible geometries and to achieve a high level of form accuracy.
Transparente Materialien optisch messen*/Measuring transparent materials by optical means - Consideration of influences of the materials under test
Authors: Dierke H. , Tutsch R.
Published: June 2021

Das Messen der Schichtdicke transparenter Materialien mit optischen Methoden ist eine Herausforderung, da das Material des zu messenden Objekts einen erheblichen Einfluss auf das Messergebnis hat. Im Rahmen der Normenreihe DIN 32567 werden systematische Einflüsse und Abweichungen für optische und taktile Messgeräte beschrieben sowie für einige dieser Geräte Verfahren festgelegt, mit denen die Materialeinflüsse bestimmt und korrigiert werden können.

 

Measuring the film thickness of transparent materials with optical methods is a challenging task because the material of the measuring object has a strong influence on the measuring result. Within the scope of the series of standards DIN 32567, systematic influences and deviations for tactile and optical measuring devices are described. Additionally, for some of these devices procedures are determined to identify and correct the material influences.
Mitarbeiterorientierte Mensch-Roboter-Kollaboration*/Employee-oriented human-robot collaboration - A participatory design of human-robot collaboration leading to accepted and productive working conditions
Authors: Bauer W. Prof. , Bender M. , Rally P.
Published: June 2021

Die Gestaltung kollaborativer Mensch-Roboter-Arbeitsplätze wird entscheidend beeinflusst von den Kriterien Sicherheit, Wirtschaftlichkeit sowie Belastungsreduzierung für den Menschen. Um zu akzeptierten und damit produktiven Arbeitsplätzen zu kommen, bedarf es zusätzlich eines mitarbeiterorientierten und partizipativen Einführungsprozesses, in dem auch die wichtigen Elemente Arbeitsinhalt sowie Arbeitsorganisation gestaltet werden.

 

The design of collaborative human-robot workplaces is strongly influenced by aspects of security, cost-effectiveness and workload reduction for humans. It takes an additional employee-oriented and participatory implementation process to achieve accepted and productive working conditions. In this process, it is mandatory to design the ccrucial elements of work content and work organization.
Integration standorteigener Energiequellen in die Produktionsplanung*/Integrating on-site energy generation into production planning
Authors: Keller F. , Fröschl G. , Braunreuther S. , Reinhart G. Prof.
Published: June 2021

Die Energiewende in Deutschland betrifft nicht nur das Stromsystem. Unternehmen investieren ebenso vermehrt in standortspezifische Eigenerzeugung für mehr Flexibilität im Energiebezug und somit für Kostenvorteile. Durch Energieflexibilität ist es möglich, eine Produktion auf den schwankenden Energieverbrauch optimal auszurichten. Wesentlich ist hierbei die Produktionsplanung, in der Energiebedarfe mit verfügbaren Mengen oder Preissignalen in Einklang gebracht werden. Hierzu ist auch die Eigenerzeugung am Standort zu integrieren und für ein Planungssystem beschreibbar zu machen.

 

The energy turnaround in Germany makes energy costs rise year by year. Thus, industrial companies are investing in on-site generation, preferably from renewable sources like photovoltaic. For companies to profit from an on-site usage to hedge price volatility, fluctuating on-site and public energy supply need to be efficiently synchronized with the production demand. Fluctuating renewable on-site generation requires to adapt production organization and production planning systems to the concept of energy flexibility.
Potenziale der Mehrmaschinenbedienung*/Potentials of multiple-machine operation
Authors: Thurm M. , Horler S. , Oehme D. , Opitz A. , Müller E. Prof.
Published: June 2021

Die prozess- und kostenorientierte Auslegung der Mehrmaschinenbedienung soll mithilfe eines neuen analytischen Modellansatzes die Ressourcennutzung effizienter gestalten. Dabei steht die Integration von Mitarbeiterqualifikation und Maschinenpriorität im Fokus. Durch die später geplante Implementierung des neu entwickelten Ansatzes in das Softwaretool SmartPlanner der CAPPcore GmbH gelingt es, die Planung und Optimierung von Produktionssystemen zu verbessern.

 

A new approach for process and cost-related designing of multiplemachine operation is developed to optimize the resource input. Skills of employees and priority of machines have to be considered in the analytical model. The new analytical approach of multiple machine operation will be integrated in the software tool Smart Planner of the enterprise CAPPcore GmbH later on to improve the planning and optimization of the production system as a whole.
Laminated-Object-Manufacturing*/Laminated object manufacturing - A method for the production of topological optimization parts
Authors: Mottahedi M. , Zahn P. , Lechler A. , Verl A, Prof.
Published: June 2021

Topologisch optimierte Bauteile gestatten maximale Steifigkeit bei minimalem Materialeinsatz. Für die Erzeugung solcher Topologien werden meist Algorithmen eingesetzt, die Fertigungseinschränkungen auf Kosten von optimalen Ergebnissen berücksichtigen und keine variablen Materialdichten zulassen. Dieser Fachartikel stellt ein additives Herstellungsverfahren zur Fertigung global optimaler Topologien vor. Als Ergebnis können mittels der ausgewählten Algorithmen Bauteile mit höherer Steifigkeit hergestellt werden.

 

The optimal topology of components leads to maximum stiffness with minimum material use. To generate these topologies, normally algorithms are employed that tackle manufacturing limitations at the cost of the optimum. This article introduces an additive manufacturing method to enable the production of global topology optimization results. The findings show that by implementing the selected algorithm the stiffness of the components are higher than what could have been produced by conventional techniques.
Automatisiertes Verpacken von Bestellungen*/Automated packaging of mail-order consignments - Analysis, potential and physical simulation for automating the packaging process
Authors: Klein T. , Krotil S. , Reinhart G. Prof.
Published: June 2021

Infolge des Anstiegs im E-Commerce sind deutsche Versandhändler darauf angewiesen, die Vielzahl variantenreicher Kundenbestellungen durch innovative, digitale und technische Lösungen abzuwickeln. Ein vielversprechender Ansatz zur Senkung von Distributions- und Verpackungskosten ist, das Versandvolumen zu reduzieren und den Prozess zu automatisieren. Hierfür sind Voruntersuchungen erforderlich, welche die Optimierung von Packstrategien sowie die simulative Prozessabsicherung adressieren.

 

Due to the rise in e-commerce, Germany’s mail-order companies need flexible data processing and technical solutions for dealing with the enormous variety in sales orders. To contain the distribution and packaging costs, reduced shipment volumes and new automation solutions should be realized. To achieve this, preliminary studies are required, dealing with new packing strategies and physic-based simulations of the packaging process.
Aktuelle Forschungsansätze für den Sondermaschinenbau*/Research on special purpose machinery - Scope and definition
Authors: Pöschl S. , Helbig T. , Jacobi H.-F. , Bauernhansl T. Prof.
Published: June 2021

Der Sondermaschinenbau ist in Deutschland ein beachtlicher Innovationsmotor. Er beeinflusst zudem die Produktindividualisierung – einen der maßgeblichen Trends im Maschinenbau. In der wissenschaftlichen Literatur werden die aktuellen Herausforderungen im Sondermaschinenbau nur an wenigen Stellen thematisiert. Eine Aufarbeitung dieses Forschungsgebiets ist insbesondere mit Blick auf das weltweite Kundenverlangen, in immer kürzeren Zeitabständen individualisierte, qualitativ hochwertige und kostengünstig hergestellte Produkte oder Systemlösungen bereitzustellen, dringend geboten. Nach einer Kategorisierung des Sondermaschinenbaus werden Forschungsfelder vorgestellt, in den Produktentstehungsprozess eingeordnet und anschließend drei Forschungsansätze veranschaulicht.

 

The industry of special purpose machinery is a significant driving force for innovation in Germany. Additionally, it has an impact on one of the key trends in engineering, the product individualization. In scientific literature current challenges in special machinery are rarely considered. A workup of the field is urgently required, in particular due to global customer demand. Customers demand a supply of individualized, high quality and inexpensive products or system solutions in continuously decreasing intervals. Following, a categorizing of special machinery and specific research fields are presented. Concluding, three research approaches are presented and classified in the product development process.
Klassifikation von Selbstoptimierungsansätzen für Fertigungssysteme*/Classification of self-optimization approaches for manufacturing systems for discrete goods production
Authors: Müller F. , Röber T. , Bauernhansl T. Prof.
Published: June 2021

Einen Ansatz zur Reduktion der Dilemmata der Produktion stellen Werkzeuge zur Selbstoptimierung von Fertigungssystemen dar – basierend auf cyber-physischen Systemen (CPS), die im Kontext von Industrie 4.0 in die Fertigung Einzug halten. Intelligente vernetzte Systeme sollen einen Übertrag der Skaleneffekte durch automatisierte Datenanalyse, Modellbildung und Ableitung von Optimierungspotenzialen auf die variantenreiche Produktion möglich machen [1]. Inhalt des Fachartikels ist die Definition der Selbstoptimierung im Kontext von Fertigungssystemen und die Klassifikation von Ansätzen zur kontinuierlichen Produktionsoptimierung als Bestandteil der Fertigungs- beziehungsweise Montagesystemplanung.

 

Self-optimization methods are considered a potential solution of the polylemma of production in high wage countries. Industrie 4.0 approaches based on cyber-physical systems (CPS) enable a transfer of economies of scale to manufacturing systems producing a high number of product variants by automated data analysis, model creation and deduction of optimization potential. Subject matter of this article is the definition of self-optimization in the context of manufacturing systems, the classification of existing production optimization approaches and the development of a method for use-case-specific selection of an appropriate approach. The paper also depicts the interaction between initial manufacturing system planning and continuous automated optimization.
Effiziente Montagesysteme ohne Band und Takt*/Efficient assembly systems with dissolved line and takt - Are modular production structures a competitive alternative to the classical assembly line?
Authors: Foith-Förster P. , Eising J.-H. , Bauernhansl T. Prof.
Published: June 2021

Zunehmende Variantenvielfalt und schwankende Stückzahlen führen zu hohen Effizienzverlusten in abgetakteten starr verketteten Linien. Eine flexible Alternative sind modulare Produktionsstrukturen aus frei anfahrbaren Prozessmodulen. Der Fachartikel ergründet, wie leistungsfähig diese Strukturen für die personalisierte Serienproduktion im volatilen Marktumfeld sind und zeigt, unter welchen Bedingungen sie eine konkurrenzfähige Alternative zur Linienmontage darstellen.

 

Increasing numbers of product variants and changing production volumes cause high losses of efficiency in rigidly linked synchronized assembly lines. Modular production structures of flexibly linked process modules present an alternative to such lines. This paper explores the ability of such modular structures to produce personalized products in high volumes with high performance and determines the conditions for their competitiveness compared to the classic line.
Automatisierungsgerechte Montageplanung*/Good automation practice in assembly planning - Guideline for an agile planning of innovative assembly lines
Authors: Klein T. , Berg J. , Backhaus J. , Reinhart G. Prof.
Published: June 2021

Produzierende Unternehmen setzen zunehmend auf den Einsatz von Automatisierungstechnik, um dem Trend der Produktindividualisierung und den kürzer werdenden Produktlebenszyklen zu begegnen. Der Fachbeitrag stellt hierzu eine Vorgehensweise für die automatisierungsgerechte Montageplanung vor, die es Unternehmen erlaubt, sowohl das Produkt als auch den Prozess bei der zielgerichteten Investition in skalierbare, innovative Montagelinien zu berücksichtigen.

 

Manufacturing companies increasingly invest in automation in order to cope with the trends of individualized products as well as shorter product life-cycles. This contribution presents a novel approach for agile planning of scalable, innovative assembly lines, enabling companies to systematically improve products and processes by a good automating practice.
Fräsen partikelverstärkter Titanmatrix-Verbundwerkstoffe*/Milling of particle-reinforced titanium metal matrix composites
Authors: Uhlmann E. Prof. , Kaulfersch F.
Published: June 2021

Partikelverstärkte Titanmatrix-Verbundwerkstoffe erlauben erhebliche Leistungssteigerungen im Bereich hochtemperaturbeanspruchter Struktur- und Funktionsbauteile. Die durch die Partikelverstärkung gesteigerte Verschleißbeständigkeit, Festigkeit und Härte bedeuten eine große Herausforderung an die spanende Bearbeitung derartiger Hochleistungswerkstoffe. Mittels Zerspanuntersuchungen beim Fräsen konnten unter Variation der Werkzeuggeometrie, der Schneidstoffe und der Prozessstrategie Parameterbeiche identifiziert werden, mit denen die prozesssichere Zerspanung partikelverstärkter Titanmatrix-Verbundwerkstoffe möglich ist.

 

Particle-reinforced titanium matrix composites ensure significant performance improvements of structural and functional high-temperature components. However, the high wear resistance, toughness and hardness due to particle reinforcement is a major challenge in machining these high performance materials. By conducting milling experiments with a variation of tool geometry, cutting material and process strategy, process parameters could be identified that enable efficient machining of particle-reinforced titanium matrix composites.
Bewertung der Standortqualität in Metropolregionen*/Location assessment in metropolitan regions
Authors: Richter L. , Utermöhlen T. , Nyhuis P. Prof.
Published: June 2021

Mit der Entstehung von Metropolregionen gewinnt die betriebliche Standortplanung auf regionaler Entscheidungsebene an Bedeutung. Der Fachartikel zeigt anhand einer kennzahlbasierten Studie intraregionale Unterschiede in der Ausprägung betriebswirtschaftlich relevanter Standortfaktoren am Beispiel einer deutschen Metropolregion. Darauf aufbauend werden Anforderungen formuliert und ein Ansatz zur reifegradbasierten Standortauswahl anhand regionaler Standortfaktoren vorgestellt.

 

The emergence of metropolitan regions raises the importance of corporate location planning on a regional level. In this article, a study reveals intraregional differences in the characteristics of business-relevant location factors, using the example of a German metropolitan region. Based on this, requirements for planning approaches are formulated and an approach for location assessment via regional location factors is presented.
Produktionskennlinien für Arbeitssysteme mit Rüstzyklen*/Increasing output by setup optimized sequencing
Authors: Engehausen F. , Lödding H. Prof.
Published: June 2021

Viele Unternehmen nutzen Rüstzyklen, um Rüstaufwände bei besonders reihenfolgeabhängigen Rüstzeiten zu verringern und nehmen dafür höhere Bestände und Durchlaufzeiten in Kauf. Rüstzykluskennlinien gestatten es, diesen Zielkonflikt zu modellieren und übersichtlich darzustellen. Dieser Fachartikel erklärt, welche Größen einen besonderen Einfluss auf den Verlauf der Kennlinien haben und wie diese in die Modellierung integriert werden.

 

In the case of sequence-dependent setup times many companies use setup cycles to reduce setup costs accepting higher WIP levels and throughput times. Logistic operating curves for setup cycles enable the illustration of this trade-off and a logistic positioning. This article explains which variables have a particular influence on the characteristics of the operating curves and how they are integrated into the modeling.
Energieflexibel durch bivalente Produktionsanlagen*/Energy flexibility through bivalent production facilities - Using bivalent production processes to reduce energy costs and stabilize the electricity grid
Authors: Köse E. , Sauer A. Prof. , Pelzel C.
Published: June 2021

Aufgrund der fluktuierenden Energieerzeugung aus regenerativen Energiequellen sind die Strompreise an der Börse zum Teil enormen Schwankungen unterworfen. Die hier modellierte bivalente Spritzgussmaschine kann bei Bedarf zwischen zwei Energieträgern wechseln. Die Berechnung des Instituts für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) auf Basis der modellierten bivalenten Spritzgussmaschine zeigt, wie sich die Energiekosten durch einen Energieträgerwechsel verringern lassen, ohne die Produktion zu unterbrechen.

 

Due to the fluctuating energy generation from renewable sources, electricity prices on the stock exchange are often subject to strong fluctuations. The bivalent injection molding machine modeled here can switch between two energy sources, if required. EEP‘s calculation based on the modeled bivalent injection molding machine shows how energy costs could be reduced by changing the energy supply without interrupting the production.
Ökologische Investitionen fundiert bewerten
Authors: Reisinger M.
Published: June 2021

Die meisten Unternehmen konzentrieren sich bei ihren Investitionsentscheidungen auf ökonomische Aspekte. Allen voran kommt die Energie- und Ressourceneffizienz hingegen oft zu kurz. Mit „EcoOption“ hat das Fraunhofer IPA ein Tool mitentwickelt, das dem Anwender alle relevanten Kriterien wie Kosten, Amortisationszeit oder Förderprogramme übersichtlich anzeigt.
Basis für den industriellen 3D-Druck in Stahl/Basics for industrial 3D printing for steel - Contribution to additive manufacturing of complex products in multi-variant and functional skeleton construction
Authors: Hillebrecht M. , Uhlenwinkel V. , Hehl A. von , Zapf H. , Schob B.
Published: June 2021

Mithilfe laserbasierter generativer Fertigungsverfahren (Laser Additive Manufacturing – LAM) ist es möglich, potentiell komplexe Bauteilgeometrien variantenreich herzustellen. Damit kann Gewicht eingespart werden und Funktionen sind integrierbar. In Kombination mit Automatisierungs- und innovativer Lasertechnik in der Schweiß- und Schneidapplikation lässt sich dieser Prozess wirtschaftlich nutzen. Durch pulverbettbasierte Lasergenerierverfahren können metallische Bauteile schichtweise aufgebaut werden, jedoch ist die Auswahl der Werkstoffe limitiert. Im Forschungsprojekt StaVari (Additive Fertigungsprozesse für komplexe Produkte in variantenreicher und hochfunktionaler Stahlbauweisen) vereinen sich die neuesten Erkenntnisse in Material-, Laser-, Füge- und Automatisierungstechnik, um modernen Anforderungen der Automobilbranche in der Massenfertigung sowie bei der Medizintechnik in der Kleinserie gerecht zu werden.

 

Laser Additive Manufacturing LAM has the potential to generate complex geometries. Through this weight reduction, functional integration and multi-variant production is possible. In combination with automation and innovative laser technology applicated in welding and cutting, this process can be used economically. With powderbed based laser additive manufacturing metal parts can be built up layer by layer. However selection of available metals is limited. In the project StaVari latest findings in material-, laser-, joining and automation technology are joint by qualified partners to meet modern automotive demands in mass production and medicine technology for small batch series.
CO2-Reinigung vor dem Impulsmagnetischen Schweißen*/CO2 cleaning as pretreatment prior to pulse magnetic welding - Combination of cleaning via CO2-snow blasting and joining via pulse magnetic welding
Authors: Uhlmann E. Prof. , Drieux S. , Jaczkowski R.
Published: June 2021

Impulsmagnetisches Schweißen (IMS) gestattet das Fügen elektrisch leitfähiger Werkstücke unterschiedlicher Materialarten. Verunreinigungen auf den Oberflächen der Fügestellen verhindern jedoch oft die stoffschlüssige Verbindung der Fügepartner. Durch die Kombination des IMS mit der Vorbehandlung der zu fügenden Oberflächen durch CO2-Schneestrahlen wurde eine neuartige Methode entwickelt, mit welcher Werkstücke verschiedener Materialarten miteinander und reproduzierbar verschweißt werden können.

 

Pulse magnetic welding enables the joining of workpieces of different metallic materials. However, surface contaminations impede materially bonded connections of components. An innovative procedure was developed by combining the pulse magnetic welding with the CO2-snow blasting as a pretreatment process for parts to be joined, allowing a reproducible welding of workpieces of various material types.
Variantenreiche Fabrikplanung*/Variant-based factory planning - Automatically generated simulation models to support factory engineering
Authors: Jaensch J. , Neyrinck A. , Lechler A. , Verl A. Prof.
Published: June 2021

Maschinen und besonders Anlagen werden meist in individuellen Prozessen entwickelt. Bereits in der Angebots- und Konzeptionsphase werden im direkten Austausch mit dem Auftraggeber unterschiedliche Varianten diskutiert und iteriert. Zur Bewertung der Varianten sind neben den Anschaffungskosten unter anderem laufzeitabhängige Größen wie Taktzeiten und Energieeffizienz zu untersuchen. Der Beitrag stellt einen Ansatz zur simulationsbasierten Untersuchung für die automatisierte Variantengenerierung von Anlagen vor.

 

The development of machines or plants is a very individual process. Within the conceptual design phase, many different variants have to be discussed with customers and adapted to their needs. For a decent evaluation of the different variants, many parameters beyond static values such as costs are important. Term-dependent values like cycle times and energy efficiency also have to be investigated. This paper presents a method for the automated generation of plant variants based on simulation.
Ansätze zur verbesserten Umformung von Papier*/Approaches to improved forming of paper
Authors: Groche P. Prof. , Franke W. , Ackermann A.
Published: June 2021

Ein breiterer Einsatz von Papier könnte sich auf die Umweltbilanz zahlreicher Branchen zum Beispiel der Verpackungsindustrie positiv auswirken. Allerdings stehen der Umsetzung zahlreiche Herausforderungen im Wege. Bei der umformtechnischen Herstellung dreidimensionaler Produkte aus Papier erfordern insbesondere die anisotropen Werkstoffeigenschaften geeignete Maßnahmen. Dieser Fachbeitrag zeigt, wie durch gezielte, lokal angepasste Werkzeugtemperierung die Maßhaltigkeit der Produkte zu verbessern ist.

 

A broad use of paper could improve the life cycle assessment of industry sectors like the packaging industry. However, there are many obstacles to the application. Especially the anisotropic material properties need suitable measures to the forming manufacturing of three-dimensional products made of paper. This article presents how to improve the size accuracy of products made of paper by the use of targeted, locally heated tools.
Entwicklung der Produktions-IT*/Roadmap for production planning and control
Authors: Vollmer T. , Zhou B. , Heutmann T. , Kiesel R. , Schmitt R.
Published: June 2021

Automatisierung, intelligente Produktionsplanung und Monitoring sind gängige Anwendungen – daher sind Informationstechnologie (IT)-Systeme aus der Produktion nicht mehr wegzudenken. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen und Innovationen im Bereich der Produktions-IT (zum Beispiel Enterprise Resource Planning ERP, Manufacturing Excecution Systems MES und Computer Aided Quality Assurance CAQ), nennt Anwendungsgebiete und beleuchtet deren Potenziale anhand konkreter Fallbeispiele. Es werden darüber hinaus die Herausforderungen diskutiert, welche es im Rahmen von Industrie 4.0 zu meistern gilt.

 

IT systems nowadays are common in manufacturing environments for applications such as automation, intelligent production planning or monitoring. This article provides an overview about current developments and innovations in production planning and control (e.g. ERP, MES; CAQ), mentions promising areas for application and evaluates their potential referring to case studies. Based on this, challenges coming along with changes within the broad field of Industry 4.0 are discussed.
Graphitpartikel als Additiv in Kühlschmierstoffen*/Suitability of graphite particles as an additive in cooling lubricants for machining CFRP
Authors: Schneider M. , Beckenlechner R. , Iglisch B.
Published: June 2021

Der Beitrag behandelt experimentelle Untersuchungen zum Einsatz von Graphitpartikeln in Kühlschmierstoffen (KSS). Zunächst wird das Schwebeverhalten von Graphit-KSS-Dispersionen im Labormaßstab analysiert. Anschließend wird der Schmiereffekt von Graphit anhand von Fräsversuchen an kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) untersucht. Hierzu wird die Verschleißentwicklung an den Umfangsschneiden der eingesetzten Schaftfräser als Bewertungskriterium herangezogen.

 

Subject of this paper is the investigation of the use of graphite particles in cooling lubricants (CL). First, the floating behavior of the graphite-CL-dispersions is analyzed on a laboratory scale. Then, the lubricating effect of graphite is investigated by milling tests on carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP). For this purpose, the wear development on the peripheral cutting edges of the used end mills is used as a criterion for evaluation.
JUMP 4.0/JUMP 4.0. Mobile job scheduling support for the master craftsman in production
Authors: Gering P. , Oertwig N. , Kayser M. , Schweizer H. , Rimmelspacher S. ,   Soler Perez Olaya. S.
Published: June 2021

Das Forschungsprojekt „JUMP 4.0“ entwickelt ein interaktives Prozessmanagementsystem, das auf die Bedürfnisse der Meisterinnen und Meister zugeschnitten ist, um Prozesse zu planen, überwachen und abzusichern.

 

The research project „JUMP 4.0“ develops an interactive process management system that is tailored to the needs of master craftsmen in order to plan, monitor and secure processes.
Potenzial von Echtzeitdaten für die Produktion*/Potential benefits of real-time data for production systems - Results of a study conducted by WZL of RWTH Aachen University
Authors: Schuh G. , Prote J. , Luckert M. , Schmidhuber M.
Published: June 2021

Der Schritt hin zur digitalen Fertigung ist mit einer Ausweitung der auf dem Shopfloor befindlichen Sensorik und somit der verfügbaren produktionsnahen Echtzeitdaten verbunden. Die vermehrte Nutzung von Echtzeitdaten eröffnet Unternehmen vielseitige neue Potenziale. Vor diesem Hintergrund hat das Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen eine Studie durchgeführt mit dem Ziel, ein aktuelles Bild zum Stand und Ausblick der Echtzeitfähigkeit von Unternehmen zu erheben.

 

The step towards digital production goes along with a larger number of sensors on the shop floor, making production-related real-time data available. The increased use of real-time data opens up many new opportunities for companies. Against this background, the Laboratory for Machine Tools and Production Engineering (WZL) of RWTH Aachen University carried out a study aiming to provide an up-to-date picture of the status and an outlook on the real-time capabilities of companies.
Streuung des dynamischen Verhaltens baugleicher Maschinen*/Scattering of the dynamic behavior of identically designed machines
Authors: Brecher C. , Christoffers D. , Fey M.
Published: June 2021

In diesem Fachartikel soll die Streuung des dynamischen Verhaltens baugleicher Maschinen anhand ausgewählter Schwingungsmoden beurteilt werden. Zur Bestimmung der Streuung wird anfänglich die Messmethodik vorgestellt und dann mögliche messtechnische Fehler erörtert. Schließlich wird das erlangte Wissen zur Sensitivität des Messvorgangs genutzt, um die benannte Streuung baugleicher Maschinen zu bestimmen und zu quantifizieren.

 

This article evaluates the dynamic scattering of identically designed machines based on selected vibration modes. Initially, the measurement methodology for determining the scattering is presented. Then, the metrological errors are discussed. Finally, the knowledge gained on the sensitivity of the measuring process is used for determining and quantifying the scattering of the dynamic behavior of identically designed machines.
Ressourceneffizienz durch Digitalisierung*/Resource efficiency through digitisation. Potentials for SMEs in the manufacturing industry
Authors: Bogdanov I. , Nuffer A. , Sauer A.
Published: June 2021

Der vorliegende Beitrag behandelt den Themenkomplex Ressourcen-effizienz und digitale Transformation im verarbeitenden Gewerbe sowie die dabei entstehenden Wechselwirkungen. Neben dem aktuellen Stand der Technik werden die im Rahmen einer aktuellen Studie durchgeführte Fallbeispielanalyse und die entwickelte Methodik zur Ermittlung der Ressourceneffizienzpotenziale vorgestellt. Diese Potenziale und die eingesetzten digitalen Maßnahmen sind zentrale Bausteine des vorliegenden Beitrags.

 

This article deals with the topic complex of resource efficiency and digital transformation in the manufacturing sector as well as the resulting interactions. In addition to the current state of the art and perspectives, the case study analysis carried out as part of a current study, as well as the developed method for establishing the resource efficiency potentials will be presented. The resultant potential and the digital measures are central components of this article.
Mit Einzelzähnen schneller zum Verschleiß*/Faster to wear with single teeth
Authors: Möhring H.-C. , Eisseler R. , Ghassemi H. ,   Weiland. S.
Published: June 2021

Standzeittests an Kreissägewerkzeugen sind in der Regel zeit- und materialintensiv. Am Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) der Universität Stuttgart wird der Aufwand mithilfe von Einzahnversuchen deutlich verringert. Die Versuche basieren auf einem Leistendrehtest, der sich an die ehemalige VDI-Richtlinie VDI 3324 anlehnt und auf Drehmaschinen durchgeführt werden kann. Durch einfach gestaltete, wechselbare Leisten entsteht eine für das Sägen typische Schnittunterbrechung und es können beliebige Werkstoffe berücksichtigt werden.

 

Live time tests on circular saw tools are usually time-consuming and material-intensive. At the Institute for Machine Tools (IfW) of the University of Stuttgart, the required effort can be significantly reduced by conducting single tooth tests. The tests are based on a block turning test which adopts the former VDI guideline VDI 3324 and can be used on lathes. Simply designed and exchangeable blocks allow the typical cut interruption for sawing and consider any materials.
Einbringen von Gewinden in SLM-Bauteile*/Insertion of threads into SLM components – Reliable strategy for inserting threads into additively manufactured components
Authors: Abele E. , Scherer T. , Geßner F. , Weigold M.
Published: June 2021

Additive Fertigungsverfahren zeichnen sich durch große Gestaltungsfreiheit aus, welche die Herstellung komplexer Bauteile ermöglicht. Angesichts hoher Fertigungskosten ist die Prozesssicherheit nachgeordneter Bearbeitungsschritte (wie zum Beispiel die Gewindefertigung) von großer Bedeutung. Der Artikel stellt die Ergebnisse einer Untersuchungsreihe vor, die unterschiedliche Ansätze der Gewindefertigung in Bauteilen aus Stahl behandelt, die mittels Selektivem Laserschmelzverfahren gefertigt wurden.

 

Additive manufacturing processes are characterized by a high degree of design freedom to enablet the production of complex components. To reduce manufacturing costs, the process reliability of downstream processing steps (e. g. thread production) is of great importance. This article presents the results of a series of investigations dealing with different approaches to thread production in steel components manufactured by selective laser melting
Unterstützung für erfolgreiche Bauprojekte*/Support of successful construction projects – Combining planning and control in construction projects
Authors: Kloß C. , Tawalbeh M. , Schultz S.
Published: June 2021

Der Bau von Gebäuden setzt permanente Wechselwirkungen zwischen den initialen Planungsaktivitäten und den späteren Steuerungsmaßnahmen voraus. Diese Rückkopplung wird oftmals unterschätzt. Zur Steigerung der Transparenz von Informationen und aktuellen Entwicklungen auf der Baustelle wird ein mobiles, softwaregestütztes Funktionsmuster entwickelt. Dieses orientiert sich an Erfolgsfaktoren von Bauprojekten und unterstützt die Projektstakeholder orts- sowie zeitunabhängig.

 

The construction of buildings involves permanent interdependencies between initial planning processes and subsequent control activities. These circumstances are often underestimated. To make information and current developments on construction sites more transparent, a mobile functional model has been developed, based on critical success factors of factory construction projects. Moreover, it supports project stakeholders regardless of time and place.
Fabrikplanung für die additive Fertigung*/Factory planning for additive manufacturing
Authors: Jacob A. , Hillermeier M. , Lanza G.
Published: June 2021

Additive Fertigung verändert die Produktion der Zukunft und hat durch seine technischen und organisatorischen Anforderungen auch Einfluss auf die Fabrikplanung. In diesem Fachbeitrag wird ein neues Konzept für die Integration von additiver Fertigung unter Berücksichtigung von Industrie 4.0 in der Fabrikplanung diskutiert. Es werden Erkenntnisse über Spezifika entlang des Fabrikplanungsprozesses nach VDI 5200 auf Basis von Experteninterviews vorgestellt.

 

Additive Manufacturing will change the future of manufacturing. Therefore, it will affect the factory planning process with its new requirements. A new concept for the integration of additive manufacturing in consideration of industry 4.0 in factory planning will be discussed in this paper. Furthermore, specifics of additive manufacturing along the VDI 5200 factory planning process will be displayed based on interviews with experts.
Ressourceneffizienz inspiriert von der Natur
Authors: Sauer A.
Published: June 2021

Neben der Digitalen Transformation erlebt die industrielle Wertschöpfung zurzeit einen weiteren massiven Umbruch, gemeint ist die rasant zunehmende Integration biologischer Prinzipien, Prozesse und Organismen in die Technik. Dieser Trend wird durch die Fortschritte in der Biotechnologie, der synthetischen Biologie und der Informationstechnologie beschleunigt. Die zunehmenden Möglichkeiten in diesen Bereichen ebnen den Weg einer Biologischen Transformation mit der Vision biointelligenter Produkte und Prozesse.
Berechnung von Planetenrollengewindetrieben*/Calculation of Planetary Roller Screws – Calculation methods for the analytical description of roller contacts of planetary roller screws
Authors: Brecher C. , Frenken T. , Hildebrand M. , Fey M.
Published: June 2021

Planetenrollengewindetriebe finden aufgrund ihrer hohen Tragfähigkeit Anwendung in Bereichen, in denen Kugelgewindetriebe an ihre Lastgrenzen stoßen. Durch ihren durchschnittlich geringeren Wirkungsgrad ist die übertragbare Leistung jedoch begrenzt. Um ein Berechnungsmodell für Planetenrollengewindetriebe zu entwickeln, wurden die Kontaktflächen des Gewindetriebes analytisch angenähert und die Zusammenhänge der in den Kontaktpunkten herrschenden Bedingungen untersucht.

 

Due to their high load carrying capacity, planetary roller screws are used in areas where ball screws reach their load limits. However, due to their lower average efficiency, the transmittable power is limited. In order to develop a calculation model for planetary roller screws, the contact surfaces of the screw drive were analytically approximated and the relationships between the conditions prevailing at the contact points were investigated.
Nutzenpotenziale von DC-Smart-Grids in der Industrie*/Benefits of DC smart grids in the industry
Authors: Laribi R. , Schaab D. , Sauer A.
Published: June 2021

Das DC-Smart-Grid bietet Lösungsansätze, um den externen Herausforderungen des Energiemarktes sowie den internen Herausforderungen der Produktion zu begegnen. Grundlegende Eigenschaft des DC-Smart-Grids ist die kommunikationslose Kopplung unterschiedlicher dezentraler Versorger, deren Einspeiseverhalten über eine konfigurierbare Impedanzcharakteristik geregelt wird. Der Nutzen wird zunächst technologisch hergeleitet und anhand eines Beispiels quantifiziert. Im Ergebnis lassen sich, im Vergleich zur Wechselstromtechnologie, bei etwa gleichen Hardwarekosten zusätzliche Potenziale für eine robustere und effizientere elektrische Versorgung erschließen.

 

The DC Smart Grid offers a solution that overcomes both the external challenges of a changing energy market and the internal challenges of an industrial production plant. The DC Smart Grid features the parallel connection of various decentral generators without data transmission by utilizing configurable impedance characteristics in the form of droop curves. The benefits are characterized on a technological level and quantified by an example, comparing AC to DC. It will be shown that with approximately the same hardware costs, additional benefits regarding a more robust and efficient supply can be achieved with a DC Smart Grid.