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F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R W E R K Z E U G M A S C H I N E N U N D U M F O R M T E C H N I K I W U
JAHRESBERICHT 2017 / 2018 PROJEKTE UND ERGEBNISSE
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Die Fraunhofer-Gesellschaft
Forschen für die Praxis ist die zentrale Aufgabe der Fraunho-
fer-Gesellschaft. Die 1949 gegründete Forschungsorganisation
betreibt anwendungsorientierte Forschung zum Nutzen der
Wirtschaft und zum Vorteil der Gesellschaft. Vertragspartner
und Auftraggeber sind Industrie- und Dienstleistungsunter-
nehmen sowie die öffentliche Hand.
Die Fraunhofer-Gesellschaft betreibt in Deutschland derzeit
72 Institute und Forschungseinrichtungen. Mehr als 25 000
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, überwiegend mit natur-
oder ingenieurwissenschaftlicher Ausbildung, erarbeiten das
jährliche Forschungsvolumen von 2,3 Milliarden Euro. Davon
fallen knapp 2 Milliarden Euro auf den Leistungsbereich
Vertragsforschung. Rund 70 Prozent dieses Leistungsbereichs
erwirtschaftet die Fraunhofer-Gesellschaft mit Aufträgen aus
der Industrie und mit öffentlich finanzierten Forschungspro-
jekten. Rund 30 Prozent werden von Bund und Ländern als
Grundfinanzierung beigesteuert, damit die Institute Problem-
lösungen entwickeln können, die erst in fünf oder zehn Jahren
für Wirtschaft und Gesellschaft aktuell werden.
Internationale Kooperationen mit exzellenten Forschungs-
partnern und innovativen Unternehmen weltweit sorgen für
einen direkten Zugang zu den wichtigsten gegenwärtigen und
zukünftigen Wissenschafts- und Wirtschaftsräumen.
Mit ihrer klaren Ausrichtung auf die angewandte Forschung
und ihrer Fokussierung auf zukunftsrelevante Schlüsseltech-
nologien spielt die Fraunhofer-Gesellschaft eine zentrale
Rolle im Innovationsprozess Deutschlands und Europas. Die
Wirkung der angewandten Forschung geht über den direkten
Nutzen für die Kunden hinaus: Mit ihrer Forschungs- und
Entwicklungsarbeit tragen die Fraunhofer-Institute zur Wett-
bewerbsfähigkeit der Region, Deutschlands und Europas
bei. Sie fördern Innovationen, stärken die technologische
Leistungsfähigkeit, verbessern die Akzeptanz moderner
Technik und sorgen für Aus- und Weiterbildung des dringend
benötigten wissenschaftlich-technischen Nachwuchses.
Ihren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern bietet die Fraunhofer-
Gesellschaft die Möglichkeit zur fachlichen und persönlichen
Entwicklung für anspruchsvolle Positionen in ihren Instituten,
an Hochschulen, in Wirtschaft und Gesellschaft. Studierenden
eröffnen sich aufgrund der praxisnahen Ausbildung und
Erfahrung an Fraunhofer-Instituten hervorragende Einstiegs-
und Entwicklungschancen in Unternehmen.
Namensgeber der als gemeinnützig anerkannten Fraunhofer-
Gesellschaft ist der Münchner Gelehrte Joseph von Fraunhofer
(1787–1826). Er war als Forscher, Erfinder und Unternehmer
gleichermaßen erfolgreich.
www.fraunhofer.de
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VORWORT
AUS UNSERER FORSCHUNG
HIGHLIGHTS 2017/2018
DAS FRAUNHOFER IWU IM PROFIL
SERVICE
INHALT
2
5
47
55
64
2
VORWORT
Die Digitalisierung in der Produktion ist eines der zentralen
Zukunftsthemen unserer Zeit: 71 Prozent der deutschen
Industrieunternehmen sind laut einer aktuellen Studie des
Bundesverbandes für Informationswirtschaft Bitkom auf dem
Gebiet der Industrie 4.0 aktiv, Tendenz steigend. Doch was
bedeutet das konkret für die Produktion? Die Digitalisierung
ist ein Werkzeug. Wer Mehrwerte schaffen und wettbewerbs-
fähig bleiben will, muss es konsequent nutzen und dessen
Potenziale voll ausschöpfen. Das heißt, dass Einzelprozesse,
Technologien, Maschinen und Systeme miteinander verknüpft
werden müssen und die gesamte Prozesskette in den Fokus
rückt. Dieses interdisziplinäre Denken über die gesamte
Prozesskette hat am Fraunhofer IWU Tradition. Unser Ziel: die
ressourceneffiziente Wertschöpfung.
Exemplarisch für die mehrwertstiftende Umsetzung dieses
Denkens steht die »Maschine 4.0«, die in diesem Jahr auf
der Hannover Messe Premiere hatte und in deren Rahmen
mit dem Think Tank Award der Fraunhofer-Gesellschaft
ausgezeichnet wurde. Bei der »Maschine 4.0« handelt es sich
um eine funktionstüchtige, skalierte Umformpresse, mit der
die Maschinenbauer, Umformtechniker, Adaptroniker und
IT-Spezialisten unseres Instituts zeigen, dass die Digitalisierung
der Produktion nicht nur ein Konzept ist, sondern erfahrbare
Realität. Das vernetzte Produktionssystem überwacht sich
selbst sowie die zu fertigenden Bauteile – vom initialen Mate-
rialtest über Maschinenzustände bis zur optischen Qualitäts-
kontrolle am Auslaufband. Der Mehrwert von Digitalisierung
wird hier fassbar und so der Weg zur 100-Prozent-Produktion
aufgezeigt.
3
Trends aufgreifen, für Visionen begeistern und konkrete
Lösungen präsentieren lautet unser Anspruch, wenn wir zu
unseren Veranstaltungen einladen. Auch im zurückliegenden
Berichtszeitraum war das Fraunhofer IWU Gastgeber und
Initiator zahlreicher Workshops, Seminare und Tagungen.
So stand das 8. Chemnitzer Karosseriekolloquium CBC im
November 2017 unter dem Motto »Karosseriebau im Wandel«.
Präsentiert und diskutiert wurde die zentrale Frage nach
zukünftigen Fertigungskonzepten vor allem unter der Prämisse
der konsequenten Digitalisierung. Ein Jubiläum feierte im Juni
2018 das Chemnitzer Produktionstechnische Kolloquium CPK
mit seiner nunmehr 10. Auflage und über 200 Teilnehmern.
Für das Tagungsprogramm konnten wir Top-Manager
internationaler Global-Player in Chemnitz begrüßen und mit
einem hochrangig besetzten Fachprogramm die Zukunft der
Produktion in den Blick nehmen. Die gute Resonanz und
das positive Feedback unserer Teilnehmer sind uns zugleich
Ansporn für die Zukunft.
Unsere erfolgreiche Jahresbilanz 2017/2018 wäre jedoch nicht
möglich gewesen ohne unsere Projektpartner, Zuwendungs-
geber, Projektträger und natürlich unsere inzwischen über 600
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, denen wir an dieser Stelle
herzlich danken möchten.
Im vorliegenden Jahresbericht finden Sie einen Querschnitt
ausgewählter Forschungsergebnisse und Aktivitäten unseres
Instituts.
Prof. W.-G. Drossel Prof. R. Mauermann Prof. M. Putz
Institutsleitung
Zu einer ganzheitlichen Betrachtung gehört es aber auch,
beispielsweise Umweltdaten einzubeziehen. Diesen Ansatz
verfolgen die Wissenschaftler des Fraunhofer IWU mit der
nach sechsmonatigem Umbau neu in Betrieb genommenen
Klimazelle am Standort Chemnitz. In Ausstattung und Größe
weltweit wohl einzigartig, ermöglicht die Versuchshalle seit
Oktober 2017 die hochpräzise thermo-energetische Analyse
von Werkzeugmaschinen im Hinblick auf die Erhöhung der
Produktionsgenauigkeit und die Einsparung von Energie.
Vernetzung ist für die Produktion der Zukunft von entschei-
dender Bedeutung – in der digitalen Welt genauso wie in der
realen. Starke Kooperationen und effiziente Netzwerke mit
Industrie und Wissenschaft werden immer bedeutsamer –
am Standort und in der Region wie auch international. Einen
Meilenstein stellt hier die Eröffnung des »Fraunhofer Project
Center for Advanced Lightweight Technologies (ALighT)« in
Opole dar. Dieses in Kooperation mit der Technischen Uni-
versität Opole ins Leben gerufene erste Projektzentrum der
Fraunhofer-Gesellschaft in Polen bündelt seit September 2018
die Expertise beider Partner in der Entwicklung von Produktions-
prozessen, Designkonzepten und Kalkulationsstrategien für
die Produktion hybrider Leichtbaukomponenten insbesondere
für die Automobilindustrie.
Die Erfolge unserer guten Vernetzung sowohl am Standort,
innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft als auch auf internatio-
naler Ebene spiegeln sich darüber hinaus in den Ergebnissen
unserer gemeinsamen Projekte und Initiativen wieder. Eine
Auswahl finden Sie ebenfalls in diesem Jahresbericht.
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AUS UNSERER FORSCHUNG
L E I TA RT I K E L
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D E R R O H S T O F F D AT E N
K O M P E T E N Z
S M A RT E FA B R I K U N D
P R O D U K T I O N S N E T Z W E R K E
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F Ü R H O C H L E I S T U N G S P R O D U K T E
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A U S U N S E R E R F O R S C H U N G
Vorhandene Ressourcen effizient zu nutzen und dabei die Wert-
schöpfung zu steigern, wird die Produktion auch in Zukunft
nachhaltig prägen. In den etablierten Handlungsfeldern der
Werkstoff- und Energieeffizienz sind dahingehend maßgebliche
Erfolge erzielt worden und es gilt, das weitere Optimierungs-
potenzial auszuschöpfen. Durch die fortschreitende digitale
Repräsentanz der Wertschöpfungsketten gewinnen Daten –
als fertigungsrelevante Ressource – zunehmend an Bedeutung.
Es ergeben sich neuartige Möglichkeiten, nahtlose Regelkreise
zu generieren, die individuell, echtzeitnah und flexibel die Pro-
zesse im optimalen Produktionsfenster halten. Damit ist ein neues
Level einer ressourceneffizienten Wertschöpfung erreichbar.
Das Fraunhofer IWU als Leitinstitut für Energie- und
Ressourceneffizienz nutzt die Kompetenzen auf dem Gebiet
des Leichtbaus und der Funktionsintegration, der effizienten
Fertigungstechnologien, der smarten Produktionssysteme
sowie der digitalisierten Produktion, um gemeinsam mit seinen
Partnern und Kunden Hochleistungsprodukte zu entwickeln
und deren Produktionsnetzwerke auf dieses neue Level zu
heben. Dabei entstehen sowohl innovative Einzellösungen als
auch neuartige, ganzheitliche Konzepte.
Smarte Fabrik und Produktionsnetzwerke
Autonome Prozesse in der Fabrik sind zunehmend nicht eine
Frage des technisch Machbaren, sondern des betriebswirt-
schaftlichen Nutzens. Deshalb stehen passgenaue digitale
Lösungen für eine resiliente Produktion im Fokus unserer
Forschungsarbeiten.
Unser Konzept »Presswerk 4.0« steht exemplarisch für eine
ressourceneffiziente, wertschöpfende Fertigung der Zukunft.
Auf Basis einer intelligenten Vernetzung von Mensch und
Produktionssystem werden modulare Bausteine für eine
schrittweise Digitalisierung kompletter Presswerke bzw.
Fertigungsstätten geschaffen.
Eine der größten Herausforderungen ist es dabei, die Kommu-
nikation zwischen Anlagen, Bedienern, Steuerungslogik und
Logistiksystemen zu realisieren. Im Projekt »SmARt Assistance
for Humans in Production (SmARPro)« wurden Lösungen
geschaffen, die eine Kopplung verschiedener Maschinen und
Sensoren zur Datenübertragung ermöglichen, Daten zentral
erfassen bzw. verarbeiten und anschließend den Mitarbeitern in
der Produktion adäquat als Informationen zur Verfügung stellen.
Dabei kommt der Gewinnung von nutzbaren Informationen aus
Daten durch die Prinzipien des Lernens und Verstehens eine
Schlüsselrolle zu. Hier arbeitet das Fraunhofer IWU im Forschungs-
zentrum »IoTCOMMs – Cognitive Internet Technologies«
daran, die Basistechnologien Vernetzung, Lokalisierung und
Informationssicherheit voranzutreiben und zu kombinieren.
Neben der Nutzung von fertigungsrelevanten Daten als Basis
für eine ressourceneffiziente Wertschöpfung bearbeitet das
Fraunhofer IWU Forschungsthemen, die sich der Nutzung von
erneuerbaren Energien für die Industrie widmen. Dabei geht
es um die verlässliche Einbindung dieser Energiequellen in die
Produktion und eine wirkungsvolle Synchronisation zwischen
Energiebedarf und Angebot. Im EU-Vorhaben »REEMAIN«
konnte dazu eine ganzheitliche Planungsmethode für eine
RESSOURCENEFFIZIENTE WERTSCHÖPFUNG:DER ROHSTOFF DATEN
7
ressourceneffiziente Fabrik entwickelt werden, die auch die
Einbindung lokaler Energiequellen wie Solarthermie- oder Photo-
voltaikanlagen unterstützt. In dem vom Bundesministerium für
Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Kopernikus-Projekt
»SynErgie« werden darauf aufbauend Lösungen erarbeitet, die
energieintensive Schlüsselproduktionsprozesse dazu befähigen,
mit dem immer volatileren Energieangebot operieren zu können.
Zur Erschließung von Optimierungspotenzialen für moderne
Produktionsanlagen werden zunehmend Methoden des
Maschinellen Lernens eingesetzt. Ziel ist es, datengestützt
unbekannte Zusammenhänge zu erfassen, Prozesse zu
modellieren sowie adaptive Mechanismen zu realisieren, mit
denen die Anlagen flexibilisiert werden können. Hierfür wurde
das Fraunhofer-Leitprojekt »ML4P – Machine Learning for
Production« initiiert, in dem das Fraunhofer IWU im Konsor-
tium ein toolgestütztes Vorgehensmodell entwickelt sowie
entsprechende interoperable Softwaretools realisiert.
Von der Maschine bis zum System: real und virtuell
Wie eine ressourceneffiziente, digitale Produktion ganzheitlich
gelingen kann, zeigt unser Konzept »Maschine 4.0« in Form
einer funktionsfähigen Umformpresse und eines integrierten
Sensorkonzepts, mit dem ein virtuelles Abbild der Maschine –
der digitale Zwilling – mit entsprechenden Informationen ver-
sorgt wird. Die zielgerichtete Informationsverarbeitung erlaubt
eine neuartige, lückenlose Überwachung von Prozess, Maschine
und Werkzeug. Damit ist es u. a. möglich, den Produktions-
prozess zu stabilisieren, die Verfügbarkeit von Maschinen
deutlich zu steigern, die Einarbeitungszeit von Werkzeugen
signifikant zu verkürzen und schlussendlich Ressourcen einzu-
sparen. Die Gesamtheit der Maschinen- und Prozessdaten wird
dazu in das derzeit einzigartige, softwarebasierte Analyse-Modul
»Smart Stamp« – eine Entwicklung des Fraunhofer IWU –
eingespeist und bildet das Fundament für die Generierung
des digitalen Maschinenabbildes. Alle Informationen zum
aktuellen Zustand der Presse können dadurch auf einen Blick
und in Echtzeit dargestellt werden. Grundlage hierfür ist die
ebenfalls am Fraunhofer IWU entwickelte »Linked Factory«,
mit der diese umfassenden produktionsrelevanten Daten
in ihrer Komplexität reduziert und somit für den jeweiligen
Mitarbeiter konkret nutzbar gemacht werden.
Effiziente Technologien:
Neue Werkstoffe fordern mehr Leistung
Neue Werkstoffe und Werkstoffverbunde bieten das Potenzial,
bestehende Produkte zu optimieren und Produktinnovationen
zu realisieren. Mit hoch- und höchstfesten Werkstoffen sowie
dem weiten Spektrum der Hybridbauteile lässt sich ressourcen-
effizienter Leichtbau realisieren. Neben Anwendungen für die
zukünftige Mobilität mit alternativen Fahrzeugantrieben geht
der Fokus weit darüber hinaus. Beispiele dafür sind die Energie-
erzeugung, der Schiff- und Flugzeugbau oder die Baumaschinen-
industrie. Voraussetzung für die Einführung ist allerdings, dass
die Produktionsketten befähigt werden, diese Hochleistungs-
materialien zu bearbeiten bzw. die Werkstoffverbunde überhaupt
herzustellen – und dies letztendlich mit möglichst geringem
Ressourceneinsatz.
Gerade im Bereich der Umformung ergeben sich dadurch
Herausforderungen und Möglichkeiten, die Fertigungslinien zu
revolutionieren. Das Potenzial der Blechumformung liegt vor
allem darin, dass die verschiedenen Materialien miteinander
verbunden werden können und dabei keine zusätzlichen
Fügeelemente erforderlich sind. Der kombinierte Füge- und
Formgebungsprozess führt zu einer Großserienfähigkeit und
wirtschaftlichen Bauteilkosten.
Ein Forschungsbeispiel aus dem Fraunhofer IWU behandelt die
Konstruktion eines temperierten Umformwerkzeugs, auf dem
verschiedene Prozessvarianten und Werkstoffkombinationen für
die Fertigung eines Pkw-Dachquerträgers untersucht werden.
8
A U S U N S E R E R F O R S C H U N G
Ressourceneffiziente Wertschöpfung:
Der Rohstoff Daten
Das Ergebnis: Eine umformende und gleichzeitig fügende Her-
stellung von Verbundbauteilen aus Faser-Kunststoff-Verbunden
und Metalldeckschichten ist möglich und wirtschaftlich vorteil-
haft. Das Bauteilgewicht kann damit bei gleichen Eigenschaften
um 25 Prozent gesenkt werden. Durch die Nutzung der dafür
weiterentwickelten etablierten Verfahren der Blechumformung
können Investitionskosten eingespart und aufgrund kürzerer
Prozessketten Produktionskosten gesenkt werden.
Im Bereich der Massivumformung waren die Realisierung und
umformtechnische Verarbeitung hybrider Werkstoffverbunde
sowie die Weiterentwicklung inkrementeller Umformverfahren
für die Fertigung von Großbauteilen im vergangenen Jahr
Schwerpunktthemen. Im Ergebnis des Projekts »Marget«
befindet sich derzeit eine Bohrungsdrückanlage im Aufbau,
die es ermöglicht, hohle, wellenförmige Bauteile mit einem
Stückgewicht von bis zu zwei Tonnen ressourceneffizient her-
zustellen. Ein immenses Anwendungspotenzial besteht u. a.
im Bereich Windkraftanlagen, Schiffsgetriebe oder Turbinen-
wellen.
Leichtbau bedeutet nicht nur ein geringeres Gewicht bewegter
Baugruppen, sondern ist darüber hinaus ein Synonym für den
optimalen, belastungsgerechten Einsatz von Werkstoffen und
Konstruktionsprinzipien. Dabei werden Bauweisen der Natur,
wie zellulare Strukturen, durch Metallschäume oder Verbund-
bauweisen, wie Sandwichstrukturen und Faserverbünde, für
eine bionische Auslegung mechanischer Baugruppen nach-
empfunden. Im Bereich der generativen Fertigungsverfahren
wie dem 3D-Laserstrahlschmelzen oder dem 3D-Drucken wer-
den am Fraunhofer IWU die neuen Spielräume bei Geometrie,
Werkstoff und Stückzahl ausgelotet und für die industrielle
Anwendung qualifiziert. Darüber hinaus ist das Institut Partner
im neu etablierten Fraunhofer-Fokusprojekt futureAM, in dem
technologische Voraussetzungen für die hochproduktive und
skalierbare additive Fertigung individualisierter Metallbauteile
erarbeitet werden.
Die Verarbeitung neuer Werkstoffe stellt auch neue Anfor-
derungen an die Zerspanung. Unsere Antwort sind hybride
Technologiekonzepte. Dabei geht es darum, Prozesse material-
sparender, energieeffizienter und sicherer zu gestalten und
gleichzeitig einen reibungsarmen Betrieb der gefertigten Kom-
ponenten zu ermöglichen. Ein Erfolgsbeispiel dafür ist das am
Fraunhofer IWU entwickelte Werkzeugsystem »PermaVib«.
Dabei handelt es sich um ein Ultraschall-Schwingsystem für
Bohr- und Fräswerkzeuge, das vor allem die Zerspanung von
Stahl und Aluminium perfektioniert, aber auch für Materialien
wie faserverstärkte Kunststoffe und Keramiken geeignet ist.
Das Werkzeug wird mit Ultraschall zum Schwingen angeregt
und sorgt so dafür, dass bis zu 40 Prozent weniger Bear-
beitungskräfte erforderlich sind. Dadurch werden geringere
Spangrößen, eine verbesserte Spanabfuhr und eine verbesserte
Bauteilqualität erzielt, gleichzeitig wird der Werkzeugverschleiß
um bis zu 50 Prozent reduziert.
Funktionsintegration für Hochleistungsprodukte
Der Philosophie »Produktion kommt vom Produkt« folgend,
müssen zukünftige Produktionsprozesse die aktuellen Trends
der Funktionsverdichtung und der steigenden Variantenvielfalt
von Produkten bedienen. Mehrere technische Funktionen sollen
in einer Komponente kombiniert werden, wobei sowohl die
Anzahl der Bauteile als auch die damit verbundenen Schnitt-
stellen und Montageschritte zum Zweck eines kompakten
Designs und geringen Gewichts reduziert werden sollen. Das
erklärte Ziel: eine höhere Werkstoffausnutzung als bisher. Pro-
duktionstechnisch gilt es, Technologien zu entwickeln, die eine
Funktionsintegration bis auf Werkstoffebene ermöglichen.
Im Rahmen des SFB / TR PT-PIESA »Großserienfähige Produk-
tionstechnologien für leichtmetall- und faserverbundbasierte
Komponenten mit integrierten Piezosensoren und -aktoren« hat
das Fraunhofer IWU die wissenschaftlichen Grundlagen für eine
ökonomische Herstellung aktiver Strukturbauteile erarbeitet.
9
Durch die Entwicklung einer serienfähigen Technologie
zur Integration von Piezomodulen in Blechbauteile können
Aktorkonzepte entwickelt werden, die in Robustheit sowie
Verträglichkeit von Schmutz, Feuchtigkeit, Temperatur und an-
deren Umwelteinflüssen herkömmlichen elektrodynamischen
Aktoren deutlich überlegen sind. Im Transferprojekt wurde
nachgewiesen, dass durch die Technologie der Piezo-Metall-
Verbunde bereits im Herstellungsprozess der Hinterachskom-
ponenten, wie z. B. Hinterachsträger, die Piezoaktorik direkt
ins Bauteil eingebracht werden kann und die angestrebte
Schwingungsbeeinflussung erzielt wird.
Eine weitere vielversprechende Antwort auf die Herausforde-
rung der steigenden Variantenvielfalt und gleichzeitiger Funk-
tionsverdichtung in Bauteilen entwickelt das Fraunhofer IWU
gemeinsam mit weiteren Instituten im Fraunhofer-Leitprojekt
»Go Beyond 4.0«. Mithilfe von schablonenlosen, digitalen
Druckverfahren werden Funktionselemente wie Leiterbahnen,
Bedienelemente und Sensoren direkt auf bestehende 3D-Kom-
ponenten gedruckt. Eine derartige Funktionalisierung ermög-
licht eine stückzahlunabhängige Produktivität, eine Erhöhung
der Funktionsdichte ohne Erhöhung der Bauteilanzahl und
die Einsparung von Kabelkonfektion und Montageschritten.
Damit werden derzeit die notwendigen technischen und
technologischen Voraussetzungen geschaffen, um durch
die Integration digitaler Fertigungsschritte in eine analoge,
werkzeuggebundene Prozesskette eine hochgradig individuelle
Fertigung funktional hochverdichteter Produkte in großen
Stückzahlen realisieren zu können.
Noch einen Schritt weiter gehen die Forschungsarbeiten des
Fraunhofer IWU im Fraunhofer Cluster of Excellence zum
Thema Programmierbare Materialien. Hier werden die
wissenschaftlichen und technologischen Grundlagen dafür
erarbeitet, dass Materialien durch ihre innere Strukturierung
die Funktion ganzer Systeme wahrnehmen können. Dies
ermöglicht kleinere Systemgrößen und reduziert die Abhän-
gigkeit von großen Infrastrukturen. Die Motivation ist, eine
steigende Funktionsintegration bei gleichzeitiger Abnahme der
Systemkomplexität zu realisieren und den Ressourceneinsatz
sowohl in der Herstellung als auch im Einsatz zu vermindern.
Programmierbare Materialien haben das Potenzial, einen Para-
digmenwechsel im Umgang mit Materialien einzuleiten, indem
sie technische Systeme aus vielen Bauteilen und Materialien
durch ein einzelnes, lokal konfiguriertes ersetzen. Heutige
Systeme bestehen meist aus einem Sensor, Regler, Aktuator
sowie mechanischen Komponenten und einer Energiever-
sorgung. Dagegen können programmierbare Materialien all
diese systemischen Funktionen durch das Design ihrer inneren
Struktur ersetzen und unterscheiden sich damit erheblich von
bisherigen technischen Lösungen.
Leistungszentrum Smart Production:
Der Schritt in die Anwendung
Im Leistungszentrum »Smart Production« wird Fraunhofer
Know-how mit universitärer Grundlagenforschung und indus-
trieller Praxiserfahrung zusammengebracht. Der Erfolg: ein
leistungsfähiges Innovationssystem mit internationaler Strahl-
kraft. Ausgehend von den am konkreten Produkt oder Prozess
formulierten Problemstellungen werden Lösungspfade definiert,
die aus dem Kompetenzportfolio des Leistungszentrums heraus
innovative und effiziente Ergebnisse hervorbrachten. Im ver-
gangenen Jahr wurden u. a. die Entwicklung und Integration
autarker Sensorsysteme zur Zustandsüberwachung von
Materialhybriden, die additive Fertigung von Multi-Material-
Systemen, die Gestaltung flexibler Umformprozesse durch
Nutzung prozess- und bauteilinhärenter Sensorinformationen
sowie die Bildung eines virtuellen Fabrikabbildes thematisiert.
Nicht zuletzt an diesen, im Leistungszentrum gebündelten
Themen zeigt sich, dass der Rohstoff »Daten« als Enabler für
effiziente Prozesse und Produkte eine herausragende Stellung
besitzt und sich mit der voranschreitenden Digitalisierung ein
neues Wertschöpfungslevel erreichen lässt.
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A U S U N S E R E R F O R S C H U N G
Smarte Fabrik und
Produktionsnetzwerke
Fraunhofer-Leistungszentrum
Smart Production
Das Leistungszentrum »Smart Production« wurde im
September 2017 unter Beteiligung der Fraunhofer-Institute
für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU und
für Elektronische Nanosysteme ENAS, der Technischen
Universität Chemnitz sowie der regionalen Industrie eröffnet.
Im Fokus steht die Entwicklung effizienter Wertschöpfungs-
ketten für funktionsoptimierte Produkte durch Werkstoff-
und Prozessinnovationen. Das Leistungszentrum stellt einen
interdisziplinären, transferfördernden und perspektivisch
weiter ausgestaltbaren Rahmen für die Produktionsforschung
in Sachsen dar, der die Passfähigkeit und Ausrichtung
der grundlagenorientierten Forschung sowie die zeitnahe
Überführung erfolgreicher Ansätze in die Produktionspraxis
wesentlich unterstützt.
Künftig wird das Technologieportfolio des Leistungszentrums
durch die Integration von Beteiligten der Exzellenzcluster-
initiative »Dresden Center for Materiomics« am Forschungs-
standort Dresden weiter ausgebaut. Auf die Weise kann eine
klare Stärkung der werkstoffbasierten Innovationsprozesse
erreicht werden. Das Zusammenführen der Standorte
Chemnitz und Dresden im Leistungszentrum »Smart
Production & Materials« festigt die bereits bestehenden
Kooperationen und fasst diese unter einem gemeinsamen
Dach zusammen.
www.leistungszentrum-smart-production.de
HZwo: Der sächsische Brennstoffzellen-Cluster
Dipl.-Ing. Sören Scheffler, [email protected]
In enger Zusammenarbeit mit der Professur Alternative
Fahrzeugantriebe der Technischen Universität Chemnitz wurde
im Jahr 2017 das strategische Projekt HZwo:Frame initiiert.
Ziel ist der Aufbau einer sächsischen Zulieferindustrie für
elektrische Antriebe auf Brennstoffzellenbasis. Gefördert durch
die Sächsische Aufbaubank wurde eine fünfzehn Verbundpro-
jekte umfassende Netzwerk-Struktur geschaffen. Das Bündnis
bereitet die bereits mit umfassenden Kompetenzen in der
Fahrzeugtechnik ausgestattete Wirtschaft und Wissenschaft
in Sachsen auf den Technologiewandel von konventionellen
Fahrzeugantrieben hin zu Antrieben der Zukunft vor.
Jedes einzelne Verbundprojekt hat dabei ein eigenständiges
Produkt zum Inhalt, das unter Führung eines potenziellen
Herstellers, mehreren Zulieferern und einer Forschungsstelle in
den kommenden drei Jahren die Grundlage für die Produktion
von Brennstoffzellen-Komponenten »Made in Saxony« legt.
Die Verbundprojekte ergänzen sich inhaltlich und strategisch
gegenseitig und werden koordiniert durch das sächsische
Innovationscluster HZwo e.V., das im Dezember 2017 gegründet
wurde.
– Sicherung des vorhandenen und Aufbau von neuem
Know-how
– Stärkung der sächsischen Innovations- und Wirtschafts-
kraft
– Etablierung umweltfreundlicher Antriebstechnologien
13
– Verringerung des CO2-Fußabdrucks industrieller
Produktion
– Größere Unabhängigkeit von stark schwankenden
Energiepreisen
– Profitchancen als aktiver Teilnehmer eines intelligenten
Stromnetzes
Erneuerbare Energiequellen in der Industrie
Dr.-Ing. Andreas Schlegel, [email protected]
Am Fraunhofer IWU entstehen Lösungen zur Einbindung er-
neuerbarer Energien in die industrielle Fertigung. Interdiszipli-
näre Teams entwickeln Methoden für die sichere Prognose und
bessere Synchronisation des Energiebedarfs der Produktion mit
dem entsprechenden Angebot. Zur Entwicklung, Optimierung
und Demonstration der Lösungen dienen beispielsweise die
Photovoltaik-Anlage und das Blockheizkraftwerk der E³-For-
schungsfabrik des Fraunhofer IWU sowie virtuelle Fabrik- und
Anlagenmodelle auf Basis von eniBRIC, einer Eigenentwick-
lung eines Simulations-Framework für Energie- und Material-
flüsse auf Basis der Software »Plant Simulation«.
Highlight-Projekte waren bzw. sind das EU-Vorhaben »REEMAIN«
sowie das Kopernikus-Projekt für die Energiewende »SynErgie«.
Der Fokus in REEMAIN lag auf Lösungen für unterschiedliche
Industriezweige. Gemeinsam mit Partnern aus der Textil-,
Lebensmittel- und Metallbranche entstanden Technologie-
demonstratoren und eine ganzheitliche Planungsmethode für
ressourceneffiziente Fabriken, welche die Einbindung lokaler
Energiequellen wie Solarthermie- oder Photovoltaikanlagen
unterstützt. Hierfür wurden auch innovative Funktionen und
neue Objekte in die Energie- und Materialflusssimulation ein-
geführt, beispielsweise virtuelle Energiespeicher. Die Ergebnisse
von REEMAIN wiederum werden innerhalb von »SynErgie«
gezielt weiterentwickelt, um mit einer auf das Energieangebot
orientierten Fabriksteuerung eine maximale Flexibilisierung des
Energiebedarfs in der Produktion zu erreichen.
Kopernikus-Projekt
SynErgie
In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung
(BMBF) geförderten Verbundforschungsvorhaben wollen
Partner aus Industrie und Wissenschaft Lösungen erarbeiten,
die energieintensive Schlüsselproduktionsprozesse dazu
befähigen, mit dem immer volatileren Energieangebot
operieren zu können. Mithilfe moderner IuK-Ansätze soll die
Energieverteilung zwischen Industrieprozessen verschiedener
Branchen geregelt werden, um so das schwankende Ange-
bot erneuerbarer Energien zu berücksichtigen.
Das Fraunhofer IWU verantwortet im Projekt die gesamte
Branche des Maschinen- und Anlagenbaus. Die Kernfrage bei
dem Großprojekt: Wie können energieintensive Branchen der
Produktionstechnik, wie die sächsischen Automobilzulieferer,
ihren Verbrauch auf Zeiten mit einem großen Angebot an
Energie aus Sonnenstrom, Wasser- oder Windkraft ausrich-
ten? Dafür müssen Fabriken, Maschinen, Fertigungsprozesse,
Arbeitszeit- und Geschäftsmodelle flexibler gestaltet werden.
Durch diese Maßnahmen könnten die Energieversorgungs-
kosten der Industrie bis 2020 um schätzungsweise mehr als
10 Milliarden Euro verringert werden.
Mit den »Kopernikus-Projekten für die Energiewende«
treten Wissenschaft, Wirtschaft und Zivilgesellschaft an, um
technische und wirtschaftliche Lösungen für den Umbau
des Energiesystems zu entwickeln. Die Forschungsinitiative
widmet sich vier Schlüsselbereichen: der Entwicklung von
Stromnetzen, der Speicherung überschüssiger erneuerbarer
Energie, der Neuausrichtung von Industrieprozessen auf
eine fluktuierende Energieversorgung sowie dem verbesser-
ten Zusammenspiel aller Sektoren des Energiesystems.
www.kopernikus-projekte.de/synergie
14
A U S U N S E R E R F O R S C H U N G
Fraunhofer Cluster of Excellence
Cognitive Internet Technologies
Mit diesem Cluster will Fraunhofer die Prinzipien des Lernens
und Verstehens auf der Basis vertrauenswürdiger Daten
direkt in das Systemdesign des Netzes integrieren, um aus
Daten kontrolliert nutzbare Informationen zu generieren.
Es verknüpft die physische mit der digitalen Welt, erarbeitet
Schlüsseltechnologien und letztlich die Technologieführer-
schaft für das kognitive Internet mit Fokus auf Industrie 4.0
und Mobilität. In drei Forschungszentren konzentriert sich
die Kompetenz: im IoTCOMMs (vertrauenswürdige Sensorik),
im Fraunhofer Data Space (souveräner Datenraum) und im
Maschinellen Lernen (informed Machine Learning).
Im Forschungszentrum IoTCOMMs arbeitet das Fraunhofer
IWU daran mit, die Forschung in den Basistechnologien
Vernetzung, Lokalisierung und Informationssicherheit voran-
zutreiben und zu kombinieren, um die Entwicklung auf
zwei Schlüsselbranchen für IoT zu fokussieren: agile und
mobile Produktionssysteme im Umfeld der Industrie 4.0
sowie Mobilitätswendungen und autonomes Fahren. Im
Fokus stehen insbesondere Robustheit, Störsicherheit und
kurze Verzögerungszeiten sowie Informationssicherheit und
Authentizität.
Fraunhofer-Leitprojekt
ML4P – Machine Learning for Production
Modernen Produktionsanlagen wird aufgrund ihrer
Komplexität ein Optimierungspotenzial unterstellt, das mit
den Methoden des Maschinellen Lernens (ML) erschlossen
werden kann. Mit ML lassen sich datengestützt unbekannte
Zusammenhänge lernen, Prozesse modellieren sowie adap-
tive Mechanismen realisieren, die Anlagen flexibel und
schnell wandelbar machen.
In diesem Leitprojekt will das Fraunhofer IWU im Konsortium
mit den Instituten IAIS, IFF, IOSB, ITWM sowie IWM ein tool-
gestütztes Vorgehensmodell entwickeln sowie entsprechende
interoperable Softwaretools realisieren. Damit sollen die Daten
einer Produktionsanlage erfasst, formalisiert und für die
Nutzung des ML-Methodenspektrums aufbereitet werden, um
vorhandene Optimierungspotenziale aufzuspüren. Darüber
hinaus soll es möglich werden, das je nach Anwendung best-
geeignete ML-Verfahren auszuwählen und dieses dann unter
Nutzung von Prozessdaten und Expertenwissen nutzbringend
einzusetzen. Außerdem wird untersucht, wie intelligente
Anlagenkomponenten schon im Engineering-Prozess neuer
Anlagen systematisch berücksichtigt werden können und wie
sich dadurch das Anlagenengineering verändern könnte.
Smarte Fabrik und
Produktionsnetzwerke
1 Der »Mobilbaukasten Digita-
lisierung« vernetzt Daten vom
Sensor bis zum Menschen und
passt diese individuell an die
jeweilige Herausforderung an.
15
SmARPro: Virtuelle Techniken für die Fabrik der Zukunft
Dipl.-Inf. Ken Wenzel, [email protected]
Eine der größten Herausforderungen der vernetzten Produktion
ist die Kommunikation zwischen Anlagen, Bedienern, Steue-
rungslogik und Logistiksystemen. Im Projekt SmARt Assistance
for Humans in Production (SmARPro) haben Wissenschaftler des
Fraunhofer IWU gemeinsam mit verschiedenen Projektpartnern
hierfür eine Lösung geschaffen: Eine zentrale Datenplattform
erfasst standardisiert Betriebsdaten, arbeitet sie zu Informa-
tionen um und stellt sie den Mitarbeitern in der Produktion
maßgeschneidert für deren jeweilige Aufgabe zur Verfügung.
Mithilfe mobiler Endgeräte wie Datenbrillen oder Tablets werden
den Mitarbeitenden kontextbasiert und abhängig von deren
aktueller Position Informationen in Form einer Augmented-
Reality-Darstellung angezeigt. So können Arbeitsanweisungen
vom Menschen aufgenommen werden, ohne dass dieser seine
Tätigkeit unterbrechen muss. Welche Endgeräte im konkreten
Fall genutzt werden, kann individuell entschieden werden.
Möglich ist dies, weil sich die Logik auf der SmARPro-Plattform
befindet und nicht auf dem Tablet, der Datenbrille oder dem
Smartphone, wodurch sie auf verschiedenstem Equipment zur
Anwendung kommen kann.
Um auf Maschinendaten zugreifen zu können, entwickelten
die Wissenschaftler flexible »SmARPro SmartDevices«. Als
Schnittstellen-Elemente ermöglichen sie die Ankopplung
verschiedener Maschinen und Sensoren und gewährleisten
die Datenübertragung zur SmARPro-Plattform.
– Zeitersparnis durch schnelle Erstellung von
Assistenzlösungen
– Einfache Beherrschung komplexer Produktionsvorgänge
– Hohe Flexibilität durch Anbindung unterschiedlicher
Maschinen und Anlagen zur Datenerfassung
– Konkrete Umsetzungsempfehlung zur digitalen
Transformation
– Gezielt gesteigerte Transparenz und Effizienz der Wert-
schöpfung durch modulare Digitalisierungsbausteine
Mittelstand 4.0 – Potenziale der Digitalisierung erkennen
und modular umsetzen
Dipl.-Inf. Ken Wenzel, [email protected]
Durch die zunehmende digitale Durchdringung aller Lebens- und
Arbeitsbereiche gewinnt die Ressource »Daten« immer mehr
an Bedeutung. Aber wie lassen sich relevante Daten mit Bezug
zur Produktion erfassen, verarbeiten und als Informationen so
zur Verfügung stellen, dass diese auch wertschöpfend wirken?
Wissenschaftler des Fraunhofer IWU unterstützen Unternehmen
bei der Entwicklung und Umsetzung einer nachhaltigen Digi-
talisierungsstrategie. Dazu nutzen sie ein eigens entwickeltes
KMU-fokussiertes »Industrie-4.0-Reifegradmodell« und einen
»Modulbaukasten Digitalisierung«. In einem ganzheitlichen
Konzept werden die Potenziale der Digitalisierung schrittweise
und gewinnbringend realisiert – unabhängig vom aktuellen
Grad der digitalen Transformation betrieblicher Strukturen. Die
Basis dafür ist die Analyse des bestehenden digitalen Reifegrades
eines Unternehmens entlang der betrieblichen TOP-Funktions-
bereiche Technik, Organisation und Personal. Produkte, Strate-
gien, Kennzahlen, Kompetenzen und Technologien werden
auf den Prüfstand gestellt und auf ihre Durchdringung von
Industrie-4.0-Know-how untersucht. Darauf aufbauend erfolgt
die strategische Definition eines gewünschten Sollzustandes
entlang aller betrachteten Bereiche. Die erarbeiteten Handlungs-
empfehlungen lassen sich direkt nutzen, um die modulare Digi-
talisierung auch technologisch voranzutreiben. Eine flexible
Verwaltung von Daten und Informationen, Schnittstellen-
Engineering an Maschinen, Sensoren und Steuerungen,
kontextbezogene Informationsbereitstellung, fabrikweite
Objektidentifikation und -ortung durch Auto-ID oder skalierbare
IT-Infrastrukturen sind die Basistechnologien auf dem Weg
zum virtuellen und echtzeitfähigen Abbild der Produktion.
1
18
A U S U N S E R E R F O R S C H U N G
Intelligente Maschinenkomponenten:
Grundbausteine des Presswerks 4.0
M.Sc. Robin Kurth, [email protected]
Ob hochproduktives Bearbeitungszentrum, komplexe Montage-
anlage oder verkettete Pressenstraße – das Zusammenspiel
simpler Maschinenkomponenten und komplexer Baugruppen
bildet die Funktionsbasis produktionstechnischer Anlagen.
Bereits der Ausfall einer Komponente oder eine unbemerkte
Parameteränderung kann zu Produktionsausfällen und daraus
resultierenden Kosten in Millionenhöhe führen. Eine Nach-
rüstung dieser Komponenten und Baugruppen, hin zu sich
selbst überwachenden und einstellenden Bausteinen, steigert
die Maschinenverfügbarkeit und Prozessqualität. Noch einen
Schritt weiter gedacht, kann man sie im Systemverbund auch
als Informationsquellen nutzen, wodurch sich die positiven
Auswirkungen vervielfachen.
Wissenschaftler des Fraunhofer IWU arbeiten gemeinsam mit
Partnern aus Forschung und industrieller Praxis an Industrie-4.0-
Lösungen auf Komponenten- und Baugruppenebene. Ihr Fokus
liegt dabei auf Schlüsselkomponenten, also systemrelevanten
Bauteilen. Ein Beispiel dafür ist die Hybridisierung ausfallge-
fährdeter Gleitlager mechanischer Pressen. Deren intelligente,
zustandsabhängige Beölung ermöglicht künftig die Funktions-
erweiterung der Maschinen. Mechanische Servopressen lassen
sich so u. a. für das Presshärten oder schnellere Taktzeiten
qualifizieren. Ein weiteres Projekt widmet sich der Sammlung
von Informationen über Prozess und Maschine mithilfe eines
intelligenten Werkzeugspannsystems für Umformpressen. Mit
seiner Hilfe lassen sich Fremdkörper detektieren und Wissen
über den Umformprozess generieren.
– Vermeidung von Maschinenausfällen
– Steigerung der Prozesstransparenz durch Schnittstellen-
überwachung
– Flexible Nachrüstung von Maschinen durch modulare
Anbindung der intelligenten Komponenten
3
1 Mit intelligenten Antriebs-
strangkomponenten kann das
Einsatzspektrum von Maschinen
erheblich erweitert werden.
2 Durch Digitalisierung lässt
sich eine lückenlose Überwa-
chung von Prozess und Maschine
erreichen.
3 Bedienoberfläche des Soft-
ware-Moduls »Smart Stamp«
Von der Maschine bis zum System:
Real und virtuell
1
19
3
»Smart Stamp« – intelligente Überwachung von
Umformmaschinen
Dipl.-Ing. Jochen Fischer, [email protected]
Kommt es an Umformpressen zu einem Schaden an Hauptan-
trieb, Ziehkissenhydraulik oder Pressentransfer, führt dies zum
Stillstand der Maschine. Hohe Kosten durch Reparaturen und
Produktionsausfälle sind die Folge. Um ungeplante Stillstände
zu vermeiden, werden zunehmend digitale Systeme zur
Zustandsüberwachung von Pressen eingesetzt. Das Software-
Modul »Smart Stamp« ist Teil eines solchen Systems und dient
dem Monitoring des Pressenhauptantriebs.
»Smart Stamp« verarbeitet u. a. Sensordaten zu Presskraft
und Kippmomenten und wandelt diese in ein virtuelles Abbild
des Stößels. Eine ungleichmäßige Verteilung der Prozesskräfte
lässt sich auf diese Weise schnell erkennen, eine Überlastung
der Maschine vermeiden. Umformwerkzeuge, die die Presse
unzulässig belasten und damit einen erhöhten Verschleiß
hervorrufen, können identifiziert werden. Gleichzeitig ist
»Smart Stamp« ein »Fingerprint« des Umformprozesses für
das spezifische Umformwerkzeug auf einer definierten Presse.
Damit werden Veränderungen bei den Presseneinstellungen
bzw. Verschleiß am Umformwerkzeug als Trend erkennbar.
– Vermeidung von Pressenschäden
– Reparaturen werden planbar
– Nachrüstung an bestehenden Pressen möglich
Maschine 4.0 – Mehrwert vernetzte Produktion
Dr.-Ing. Thomas Päßler, [email protected]
Wie Digitalisierung in der Produktion ganzheitlich gelingen
kann, zeigen die Wissenschaftler des Fraunhofer IWU mit
dem Konzept »Maschine 4.0« in Form einer funktionsfähigen
Miniatur-Umformpresse und ihrem digitalen Zwilling. Der zwei
Meter hohe und 1,5 Tonnen schwere Pressen-Demonstrator
mit einer Presskraft von 15 Tonnen kann Bauteile lochen,
tiefziehen und beschneiden. Neben diesen technologischen
Funktionalitäten wird durch die Digitalisierung eine lückenlose
Überwachung von Prozess, Maschine und Werkzeug erreicht.
Dadurch kann die Maschinenverfügbarkeit deutlich gesteigert,
die Lebensdauer erhöht und auch die Einarbeitungszeit der
Werkzeuge signifikant verkürzt werden. Dies gelingt durch
Sensoren, die eine umfassende Selbstüberwachung der
Maschine garantieren. An verschiedenen Stellen der Maschine
angebracht, messen diese z. B. Kräfte, Wege und Dehnungs-
raten. Da nicht an jeder erforderlichen Position Sensoren
integrierbar sind, fehlen mitunter relevante Maschinendaten.
Hier wurden virtuelle Sensoren entwickelt, die auf Grundlage
eines speziellen Algorithmus die notwendigen Werte errech-
nen können. Die Gesamtheit dieser Daten wird in das neu
entwickelte, softwarebasierte Analyse-Modul »Smart Stamp«
eingespeist und bildet das Fundament für die Generierung
des digitalen Abbildes bzw. virtuellen Zwillings der Presse. Alle
Informationen zum aktuellen Zustand der Presse können auf
einen Blick und in Echtzeit dargestellt werden, z. B. unter Nut-
zung von Augmented / Virtual Reality. Verschiedene Bausteine
des Konzepts »Machine 4.0« sind bereits bei diversen OEMs
und Tier-1 der Automobilindustrie im Einsatz.
– Lückenlose Überwachung von Prozess, Maschine und
Werkzeug
– Steigerung der Maschinenverfügbarkeit
– Erhöhung der Maschinenlebensdauer
– Signifikante Verkürzung der Werkzeugeinarbeitungszeit
2
20
A U S U N S E R E R F O R S C H U N G
1 Simulationsmodell des
Maschinenbetts mit Kühlkanälen
und dem daraus resultierenden
Temperaturfeld
2 Piezoelektrisches Oberflächen-
hämmern auf einem Versuchs-
träger am Fraunhofer IWU
Von der Maschine bis zum System:
Real und virtuell
Maschinen optisch vermessen, Bauteile präzise fertigen
Dr.-Ing. Arvid Hellmich, [email protected]
Temperaturbedingte Maßabweichungen sind eine der größten
Herausforderungen für die Präzision von Werkzeugmaschinen.
Durch den Betrieb erhitzte Antriebsmotoren oder durch das
Hallendach fallende Sonnenstrahlen erwärmen eine Maschine
und lassen deren Genauigkeit erheblich leiden: Infolge des
wärmebedingten Verzugs der Maschinenstruktur sind beispiels-
weise Bohrer oder Fräskopf nicht mehr exakt positioniert. Im
Fokus von Industrie und Forschung steht deshalb die Analyse
derartiger temperaturbedingter Verlagerungen. Sind diese im
Detail bekannt, lassen sich gezielte Gegenmaßnahmen ergreifen.
Die Wissenschaftler des Fraunhofer IWU setzen hierbei auf die
Erfassung des Maschinenzustandes durch optische Sensoren.
Speziell ermitteln die Forscher mit Photogrammetriesystemen
die Verlagerung und Neigung des Werkzeugs sowie lokale
Verformungen der Maschinenbaugruppen. Bei einem exem-
plarischen Messvolumen konnten dabei Unsicherheiten im
niedrigen zweistelligen Mikrometerbereich erreicht werden.
Die Untersuchung thermischer Effekte auf Werkzeugmaschinen
erlangt durch den Trend, bei deren Bau Komponenten aus unter-
schiedlichsten Materialien zu verwenden, besondere Bedeutung.
Daher wird eine Methode zur Bestimmung des thermischen
Ausdehnungskoeffizienten komplex geformter Bauteile benötigt.
Auch hierfür hat das Fraunhofer IWU eine Lösung: Mit einem
Mehrkanal-Laserinterferometer wird in einer Klimakammer bei
unterschiedlichen Temperaturen die Längendehnung ermittelt.
Ausdehnungskoeffizienten lassen sich so mit einer Unsicherheit
von weniger als einem Mikrometer bestimmen.
– Hochgenaue, berührungslose Vermessung von Maschinen
– Vermeidung von Ausschuss, wenn thermisch bedingte
Verlagerungen des Werkzeugs bekannt sind
– Hohe Flexibilität durch Anwendbarkeit auf eine Vielzahl
von Werkzeug- und Produktionsmaschinen
21
1
Optimal temperierte Werkzeugmaschinen
Dr.-Ing. Janine Glänzel, [email protected]
Die thermische Empfindlichkeit von Werkzeugmaschinen
lässt sich u. a. auch durch eine gezielte Temperierung der
Maschinenkomponenten umgehen, was gleichzeitig den
Energiebedarf für die Kühlung senkt.
Dazu werden Kühlmittelkreisläufe in Maschinenbetten aus
Hochleistungsbeton integriert. Betrieben werden müssen sie
mit angepassten Regelstrategien. Auf diese Weise lässt sich
beispielsweise eine aktive Kühlung in der Nähe bestehender
Wärmequellen umsetzen, etwa an den Motoren der Förder-
bänder für die Spanabfuhr.
Um derartige Kühlkonzepte zu realisieren, ermitteln die
Wissenschaftler des Fraunhofer IWU gemeinsam mit Kollegen
von der Technischen Universität Dresden, wie die Kreisläufe
bestmöglich positioniert und gestaltet sein müssen. Darüber
hinaus erstellen sie modellbasiert Methoden zum Aufbau
einer optimalen Regelung des Temperierungssystems. Dazu
werden FEM- und CFD-Simulationen eines Maschinenbetts in
ein schnell berechenbares Modell des Kühlsystems überführt.
Es umfasst alle notwendigen Komponenten und Einflüsse, um
stets die optimale Kühlung zur richtigen Zeit am richtigen Ort
zu gewährleisten.
– Vermeidung von Ausschuss
– Hohe Flexibilität durch Anwendbarkeit auf eine Vielzahl
von Werkzeug- und Produktionsmaschinen
2
Effizientes Finishing mit piezoelektrischem
Oberflächenhämmern
Dipl.-Ing. Markus Wabner, [email protected]
Das maschinelle Oberflächenhämmern (OFH) ist ein
inkrementelles Umformverfahren zur Glättung, Verfestigung
und Verdichtung von Oberflächen. Dabei wird mit einem
kugelförmigen Hammerkopf kontinuierlich auf die Werk-
stückoberfläche geschlagen. Das OFH lässt sich als Finishing
einer Vielzahl von Werkstücken einsetzen, beispielsweise bei
Umform- und Spritzgießwerkzeugen, 3D-gedruckten oder
gesinterten Bauteilen, Turbinenschaufeln, Gleitlagern und
Vakuumkammern.
Die Wissenschaftler des Fraunhofer IWU entwickeln mit dem
piezoelektrischen Oberflächenhämmern ein Verfahren, das
im Vergleich zu konventionellen, pneumatisch und elektro-
magnetisch betriebenen OFH-Systemen deutlich effizienter
und vielfältiger einsetzbar ist. Eine simulationsgestützte
System- und Prozessauslegung sowie experimentelle Analysen
konnten zeigen: Piezoelektrische OFH-Werkzeuge können die
Hämmerfrequenz auf deutlich über 1 000 Hertz erhöhen – das
entspricht mindestens einer Verdopplung der Produktivität
gegenüber dem aktuellen Stand der Technik.
Darüber hinaus wollen die Wissenschaftler das piezoelektrische
OFH auf Industrierobotern einsetzen. Damit lässt sich eine
signifikante Senkung der Maschinenstundensätze erreichen,
insbesondere im Vergleich zum Einsatz klassischer Großbear-
beitungszentren im Großwerkzeugbau.
– Um das Zwei- bis Dreifache reduzierte Finish-Zeit
aufgrund der höheren Hämmerfrequenz
– Erhöhung der Wirtschaftlichkeit durch Einsatz auf
Industrierobotern
22
A U S U N S E R E R F O R S C H U N G
1 HoverLIGHT-Platte:
Aluminiumschaum mit partikel-
gefüllten Metallhohlkugeln
2 Zyklus des Formwandlers
(links: Formprogrammierung;
Mitte: Formerhaltung; rechts:
Relaxation)
3 Promess Measuring Device –
die flexible Bestimmvorrichtung
– Erhöhung der Bearbeitungsqualität durch starke
Schwingungsdämpfung
– Energieeinsparung und hohe Dynamik durch Leichtbau
– Gute Wiederverwertbarkeit, da in Kombination mit
Stahldeckblechen klebstofffrei fügbar
HoverLIGHT – Hochdämpfende Verbundwerkstoffe für
den Leichtbau
Dr.-Ing. Jörg Hohlfeld, [email protected]
Schwingungen sind in der Fertigung allgegenwärtig und für
die Bearbeitungsqualität sehr nachteilig. Um Schwingungspro-
bleme in den Griff zu bekommen, wird häufig auf die passive
Schwingungsdämpfung mit Elastomeren gesetzt. So bestehen
beispielsweise die sogenannten Dämpfungsschlitten von Werk-
zeugmaschinen-Führungen oft aus speziellem Gummi. Ein
neuer werkstofftechnischer Ansatz wird mit dem Verbund-
material HoverLIGHT verfolgt. HoverLIGHT – zu Deutsch etwa:
schwebend leicht – ist ein Werkstoff, der aus Aluminiumschaum
und partikelgefüllten Metallhohlkugeln besteht und der unter-
schiedliche Dämpfungsmechanismen in sich vereint: Zum einen
ermöglicht er den Abbau von Schwingungsenergie durch mikros-
kopisch kleine Verformungen und die Reibung der Oberflächen
von Mikrorissen in den Zellwänden. Zum anderen werden die
im Aluminiumschaum enthaltenen Kugeln in periodische Bewe-
gungen versetzt, wodurch sich deren Impulse auf die losen
Partikel im Kugelinneren übertragen – auf diese Weise wird der
Umgebung Schwingungsenergie entzogen. Zusätzlich wandelt
die Reibung der Partikel bei Stößen untereinander und mit den
Kugelwänden die Bewegungsenergie der Partikel in Wärme um.
Beide zellulare Werkstoffe weisen eine geringe Dichte auf. Ein
Verbund aus beiden kann damit auch beim Gewicht punkten
und bietet sich als Leichtbaumaterial an. So kann HoverLIGHT
im Kern von Sandwich-Konstruktionen gleich mehrere Auf-
gaben übernehmen: Es dämpft Schwingungen und hält die
tragenden, hochsteifen Deckbleche, z. B. aus Stahl, zuverlässig
auf Abstand.
Von der Maschine bis zum System:
Real und virtuell
1
23
2
– Passive Verstellmöglichkeit je nach Wirtschaftlichkeit
der Aufgabe
– Hohe Steifigkeiten, kleiner Bauraum, geringe Komple-
xität
– Anwendbar für höchste Anforderungen an eine
Bauteiloberfläche
Formwandler zur Bauteilfixierung
Dipl.-Ing. Jeannette Böhme, [email protected]
Bisher galt im Karosseriebau: eine Montagelinie für ein Modell
bzw. für eine Modellvariante. Zukünftig sollen verschiedene
Modelle und Modellvarianten auf einer Linie gefertigt werden
können. Das ist wesentlich platz-, material-, zeit- und kosten-
sparender. Flexibilität heißt also das Ziel. Seine Erreichung ist
oft von scheinbar kleinen Details abhängig: So müssen nicht
nur die für das Handling nötigen Vorrichtungen, sondern auch
deren Schnittstellen zum Bauteil – die Spannstücke – flexibel
gestaltet werden.
Im Rahmen des von der SAB geförderten Forschungsprojekts
»Flexible Spannbacken« haben Wissenschaftler des
Fraunhofer IWU gemeinsam mit der Schicktanz GmbH
formwandelbare Bauteilauflagen entwickelt. Die Basis dafür
bilden Formgedächtnispolymere. Diese besitzen die Fähigkeit,
eine aufgeprägte Kontur unter Einsatzbedingungen stabil
zu erhalten und bei Wärmeeinwirkung die ursprüngliche
Form wieder anzunehmen. Solche Formwandler eignen sich
daher beispielsweise zur Bauteilfixierung im Karosseriebau als
sogenannte Spannbacke. Bei einer Produktänderung lässt sie
sich ohne Zerspanung in kurzer Zeit mithilfe einer Masterkon-
tur an die neue Kontur anpassen. Auf diese Weise können
geometrisch komplexe Spannflächen effizient, kostengünstig
und vor allem schnell erzeugt werden, so dass die Bauteile für
eine anschließende Bearbeitung sicher fixiert sind. Darüber
hinaus ermöglicht diese Lösung eine sanfte Bauteilspannung,
wodurch die Oberflächenqualität hochwertiger Bauteile nicht
beeinträchtigt wird.
– Hohe Flexibilität, eine einzige Messvorrichtung für alle
Einzelteile
– Zeitersparnis beim Rüsten
– Kostenersparnis bei Konstruktion, Beschaffung,
Lagerung und Rüsten
Eine für alles: die flexible Messvorrichtung für den
Karosseriebau
Dipl.-Wi.-Ing. (FH) Patrick Ackert, [email protected]
Im Karosseriebau müssen die Maße von Einzelteilen und Bau-
gruppen auf Zehntelmillimeter exakt gearbeitet sein, damit sie
den heute geforderten Qualitätsstandards entsprechen. Um dies
zu garantieren, werden die Komponenten immer wieder vermes-
sen. Unabhängig vom Messverfahren müssen sie dafür in eine
Vorrichtung gespannt werden, die sie definiert in Position hält.
Nach aktuellem Stand der Technik wird für jedes zu messende
Objekt eine spezifische Vorrichtung entwickelt und beschafft.
Aufgrund der Teilevielfalt bei modernen Karosserien stellt dies
einen großen Kostentreiber in der Qualitätssicherung dar. Zwar
gibt es am Markt Lösungen, die flexible Aufnahme- und Spann-
konzepte auf Baukastenbasis anbieten. Ihr Auf- und Abbau ist
jedoch so zeitaufwendig, dass große Teile dieser Spannkon-
zepte nach einmaliger Montage als Einheit eingelagert werden.
Flexibler ist das von Fraunhofer IWU und Promess Montage
gemeinsam entwickelte Promess Measuring Device (PMD).
Diese Vorrichtung ist in der Lage, sich selbstständig in weniger
als zwei Minuten für eine neue Messaufgabe umzurüsten. Die
kompakte Bauweise ermöglicht es, die Bauteilanbindungen
sehr nahe zusammenzufahren, um auch kompakte und kleine
Bauteile aufzunehmen. Dadurch ist bei der Maßhaltigkeits-
analyse zukünftig keine längerfristige Planung für die Mess-
aufnahmen mehr erforderlich. Mit dem PMD steht zu jeder
Zeit ein Betriebsmittel bereit, das schnell und bedarfsgerecht
für das entsprechende Bauteil und Prüfkriterium gerüstet
werden kann.
3
24
A U S U N S E R E R F O R S C H U N G
1 Untersuchung des mensch-
lichen Bewegungsverhaltens mit
einem Motion Capture System
2 3D-Zonenmodellierung für die
Mensch-Roboter-Kollaboration
3 Flexibler Greifer in der Karos-
seriebaulinie des Fraunhofer IWU
1
Mensch und Roboter in perfekter Choreografie
M.Sc. Ann-Kathrin Harsch, [email protected]
Mensch und Industrieroboter schutzzaunlos zusammenarbeiten
zu lassen, bietet viele Vorteile – vor allem wenn es darum geht,
große Lasten und komplexe Prozesse zu handhaben: Sowohl
die Tragfähigkeit und Präzision des Roboters als auch die
Auffassungsgabe und Feinfühligkeit des Menschen können
effizient genutzt werden. Allerdings steigen die Anforderungen
an die Sicherheitsmaßnahmen, um den Menschen nicht zu
gefährden. Die Sicherheitsarchitektur muss bereits im Planungs-
prozess festgelegt werden. Die Herausforderung dabei: Im
Gegensatz zur Bewegung des Roboters lässt sich menschliches
Bewegungsverhalten nicht immer durch exakt gleiche Bahnen
beschreiben, vielmehr variiert es individuell. Dies kann zur
Folge haben, dass der Roboter aus Sicherheitsgründen häufig
stoppt und die Produktion ruht. Vermeiden ließe sich das, indem
die Maschine eine Bahnkorrektur ausführt statt anzuhalten.
Um dies zu verwirklichen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer
IWU das Bewegungsverhalten von einhundert Probanden bei
der Mensch-Roboter-Kollaboration analysiert. So können
statistisch abgesicherte Aussagen zum Bewegungsverhalten
getroffen und ein mathematisches Modell der menschlichen
Bewegungsvarianz für unterschiedliche Tätigkeiten abgeleitet
werden. Dieses Modell wird künftig in der Planung genutzt,
um einen Layout-Vorschlag des Prozesses auszugeben, womit
sich die Anpassung der Roboterbahn und eine geschickte
Anordnung der Sicherheitssensoren umsetzen lassen. Die
Kollision von Mensch und Roboter wird so vermieden.
– Individuelle, situative Roboterregelung für eine unein-
geschränkte, natürliche Bewegung des Menschen bei
der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK)
– Effiziente Gestaltung von MRK-Prozessen bereits in der
Planung
– Schnelle Prozessplanung und Auslegung der Sicherheits-
technik
EU-Projekt
Share-Work
Im Projekt geht es um die Schaffung komplett neuer und vor
allem intelligenter Arbeitssysteme in der industriellen Ferti-
gung. Diese sollen eine für den Menschen sichere und für die
Produktion effiziente Arbeitsteilung zwischen Mensch und
Roboter (MRK) bei schutzzaunloser Fertigung garantieren.
Dazu werden dem Robotersystem zusätzliche technische
Komponenten hinzugefügt. Die Komponenten ermöglichen
die Verarbeitung und Analyse von Informationen aus der
Produktionsumgebung in Echtzeit. Die Informationen fließen
ein in eine Datenbank, in der grundlegende Charakteristiken
des Arbeitssystems sowie deren Zusammenhänge hinterlegt
sind. In Abhängigkeit dieser Informationen werden einzelne
Bestandteile des Arbeitssystems, z. B. der Roboter mit seinen
Parametern, angepasst. Zudem ist das System in der Lage,
neue Zusammenhänge zu erlernen und somit die Datenbank
zu erweitern. Eine Kommunikation zwischen Mensch und
Roboter wird durch innerhalb des Projekts entwickelte
Interfaces optimal gewährleistet.
Diese Herangehensweise ermöglicht es dem System, die
menschlichen Handlungen zu erfassen und zukünftige
Handlungen vorauszusehen, um auf diese Weise mögliche
Gefährdungen oder andere Störeinflüsse zu minimieren. Die
entwickelte Methodik wird anhand von vier industriellen
Anwendungsfällen validiert.
Von der Maschine bis zum System:
Real und virtuell
25
– Steigerung der Produktionseffizienz am
MRK-Arbeitsplatz
– Flächenersparnis durch Ausnutzung des Arbeitsraums
– echtzeitfähige Überwachung der Sicherheitssituation
im 3D-Arbeitsraum
– situative Bahnanpassung in Echtzeit
Sicherheit, Effizienz und Flexibilität – Schlüssel zur
erfolgreichen Mensch-Roboter-Kollaboration
Dipl.-Ing. Shuxiao Hou, [email protected]
Drei wichtige Schlüssel zur erfolgreichen Einführung der
Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) in der Industrie sind
Sicherheit, Effizienz und Flexibilität.
Auf Basis der praktischen Erfahrung in der Umsetzung von
MRK-Technologien für Schwerlastroboter haben Wissen-
schaftler des Fraunhofer IWU das von ihnen entwickelte
Sicherheitssystem nun erweitert: Ausgehend von konkreten
Fertigungsszenarien werden unterschiedliche dynamische
Überwachungszonen flexibel definiert. Jede von ihnen
besteht aus mehreren virtuellen 3D-Geometriekomponenten
und kann sich in beliebiger Lage im Arbeitsraum befinden.
Weiterhin werden die Zonen hinsichtlich Form, Größe und
Lage automatisch an die Geschwindigkeit des Roboters
angepasst. Für jede Überwachungszone sind zudem das
zulässige Verhalten des Roboters und des Menschen wie z. B.
Anwesenheit, Robotergeschwindigkeit und durchzuführende
Aufgabe festgelegt. Während der Produktion wird das
menschliche Verhalten mithilfe eines 3D-Kamerasystem
erfasst und analysiert, so dass der Roboter sicher auf dieses
reagieren und seine Bahn situativ in Echtzeit anpassen kann.
Dank der dreidimensionalen dynamischen Aufteilung des
gemeinsamen Arbeitsraums können Roboter und Menschen
den zur Verfügung stehenden Raum effizient ausnutzen.
Sie können enger zusammenarbeiten ohne sich gegenseitig
einzuschränken. So wird die Produktionseffizienz am MRK-
Arbeitsplatz wesentlich gesteigert.
Technologien für den flexiblen Karosseriebau
Dipl.-Ing. Rayk Fritzsche, [email protected]
Das Fraunhofer IWU entwickelt gemeinsam mit der
Volkswagen AG neue Strategien, Methoden, Funktions-
muster und Prototypen für den flexiblen und wandelbaren
Karosseriebau. Der Fokus liegt dabei auf Betriebsmitteln wie
beispielsweise Robotergreifern oder Spannsystemen, die sich
automatisiert und innerhalb des vorgegebenen Fertigungs-
taktes an ein neues Fahrzeugmodell anpassen. Neben Analysen
und Konzeptentwicklungen entstanden bereits 2016 erste
Funktionsmuster für Handling-Werkzeuge und Geometrie-
spannsysteme. Bei den Handling-Werkzeugen sind 2017
weitere Funktionsmuster und Prototypen dazugekommen, die
neben den Labortests im Fraunhofer IWU bereits erfolgreich in
Serienanlagen bei Volkswagen in Wolfsburg getestet wurden.
Eines von ihnen ist der Saug-Cluster-Greifer. Als Komponente
eines Montage-Roboters kann er die Montagelinie mit
unterschiedlichsten Türinnenblechen bestücken, ohne dass ein
Wechsel des Greifers notwendig wird.
Ein anderes Element der Flexibilisierung im Karosseriebau
sind Module für das Positionieren und Spannen von Bauteilen
unterschiedlicher Fahrzeugmodelle. Eine Geometrie-Spannvor-
richtung, ausgestattet mit einer Vielzahl dieser Module, kann
innerhalb von fünf Sekunden automatisch auf ein anderes
Fahrzeugmodell eingestellt werden. Volkswagen plant, Ende
2018 die erste komplette Vorrichtung in der Serienfertigung
im Werk Wolfsburg zu testen und anschließend das Konzept
weltweit auszurollen.
– Fertigung von mehr als sechs Modellvarianten auf einer
Karosseriebaulinie
– »Wilder Mix« im Fertigungstakt
– Entkopplung der Modell-Laufzeit von der Laufzeit der
Montage-Anlage (Weiternutzung für Folgemodelle)
32
28
A U S U N S E R E R F O R S C H U N G
1 Testfahrt mit angetriebener
Walze und sensorbestücktem
Messdreieck zur Erfassung ver-
schiedener Lasten und Beiwerte
2 Auf einer Laserstrahlschmelz-
anlage gefertigte Gitterstruktur
mit unterschiedlichen Stabstärken
– Vermeidung der Bodenschadverdichtung durch
Leichtbau für nachhaltige Landwirtschaft
– Wirtschaftliche Fertigung kleiner Stückzahlen
– Landwirtschaftliche Anforderungsprofile und Markt-
zugang
Der Wachstumskern Feldschwarm®
Dipl.-Ing. Markus Werner, [email protected]
Die enorme Produktivität der modernen Landwirtschaft wird
u. a. durch die hohe Effizienz der Bodenbearbeitungs- und
Erntemaschinen erreicht. Leider führt der Einsatz der schweren
Maschinen zu einer schädlichen Bodenverdichtung, die die
Ertragskraft senkt. Im Wachstumskern Feldschwarm® bündeln
regionale Partner daher ihre Kompetenzen, um einen Beitrag
zur Lösung dieses gesellschaftlich relevanten Problems zu
leisten, und etablieren eine Technologieplattform. Ziel des
Großprojekts ist es, nicht einzelne große Maschinen einzuset-
zen, sondern mehrere kleine, leichte Einheiten, die autonom
und automatisiert als Schwarm auf den Feldern agieren.
Aufgabe des Fraunhofer IWU innerhalb des Wachstumskerns
ist es, die Tragwerkstrukturen dieser Einheiten so zu gestalten,
dass eine wirtschaftliche Fertigung unter Berücksichtigung des
Leichtbaus und landwirtschaftlicher Anforderungen ermöglicht
wird. Dazu sollen neue Material- und Strukturkonzepte unter-
sucht und geeignete Entwicklungsmethoden für zukünftige
landwirtschaftliche Geräte bereitgestellt werden.
Zur Verbesserung der Bodenbearbeitungsqualität werden die
entsprechenden Werkzeuge mit geeigneten Sensoren und
Aktorik bestückt, um lokale Bedingungen besser berücksich-
tigen zu können. Ein Ansatz, den Zugkraftbedarf zu senken,
besteht darin, die Bodenbearbeitungswerkzeuge anzutreiben
und so den Bearbeitungseffekt selbst zu beeinflussen sowie
gleichzeitig einen Teil des Vorschubs erzeugen zu können.
1
Effiziente Technologien:
Neue Werkstoffe fordern
mehr Leistung
29
2
– Gewichtsreduktion
– Definierte Anpassung der Bauteilsteifigkeit bzw.
-belastbarkeit
– Senkung der Herstellungskosten gegenüber additiv
gefertigten massiven Bauteilen
– Höhere Leistungsdichte bei der Wärmeübertragung
Additive Fertigung auf den Punkt gebracht – metallische
Gitterstrukturen
Dipl.-Ing. Hannes Korn, [email protected]
Beim industriellen Einsatz des 3D-Drucks stößt man oft an
Grenzen hinsichtlich der Bauzeit und der Herstellungskosten.
Eine Möglichkeit, diese Grenzen zu überwinden, bietet
die Optimierung hochkomplexer Bauteile mithilfe von
Gitterstrukturen. Diese lassen sich schneller fertigen und sind
deutlich leichter als massiv gefüllte, additiv gefertigte Bauteile.
Gleichzeitig sinken Materialverbrauch und Herstellungskosten.
Bei der Bauteilkonstruktion kann das Verhältnis von Steifigkeit
zu Gewicht entsprechend dem Anforderungsprofil optimiert
werden. Erste Untersuchungen zur mechanischen Belastbarkeit
und zur punktgenauen Einstellung der gewünschten Steifigkeit
zeigen für die bisher entwickelten Gitterstrukturen sehr gute
Ergebnisse. Am Fraunhofer IWU konnte demonstriert werden,
dass die Fertigung hochkomplexer Bauteile mit integrierten
Gitterstrukturen auf konventionellen Laserstrahlschmelzanlagen
möglich ist; eine aufwendige Umrüstung oder kostenintensive
Neuanschaffung entfallen.
Ein weiteres Forschungsziel ist der Einsatz von Gitterstrukturen
in wärmeübertragenden Bauteilen, um eine größere Wärme-
übertragung bei gleichem Volumen und verringertem Gewicht
gegenüber dem Stand der Technik zu erreichen.
Fraunhofer-Fokusprojekt
futureAM – Additive Fertigung der nächsten Generation
Mit dem Fokusprojekt treibt Fraunhofer die Weiterentwick-
lung der Additiven Fertigung metallischer Bauteile systema-
tisch voran. Dazu sind das Fraunhofer IWU sowie die
Institute IFAM, IGD, ILT, IWS und IAPT eine strategische
Projektpartnerschaft eingegangen. Die Partner wollen eine
übergreifende Kooperationsplattform für die hochintegrative
Zusammenarbeit aufbauen und dabei dezentral verteilte
Ressourcen von Fraunhofer im Bereich Additive Manufactu-
ring (AM) nutzen. Zudem wollen sie die technologischen
Voraussetzungen schaffen für eine praxisrelevante Steigerung
von Skalierbarkeit, Produktivität und Qualität von AM-
Prozessen für die Fertigung individualisierter Metallbauteile.
Die Nachbearbeitung additiv gefertigter Komponenten ist
integraler Bestandteil der Prozesskette, um die geforderten
Material- und Oberflächeneigenschaften einzustellen. Das
Fraunhofer IWU entwickelt im Projekt einen modularen
Demonstrator zur autonomen mechanischen Nachbehand-
lung additiv hergestellter Bauteile basierend auf einem
wandlungsfähigen, sich entsprechend der Prozessanforde-
rungen selbstkonfigurierenden Maschinenkonzept.
www.futuream.fraunhofer.de
30
A U S U N S E R E R F O R S C H U N G
1 Fertigungsabläufe können
mit neuartigen, klebfreien
Towpreg-Halbzeugen effizienter
gestaltet werden.
2 Mithilfe einer Vielzahl elektro-
magnetischer Impulse ausge-
formte Stuhlsitzfläche
– Vermeidung von Produktionsabfällen
– Höhere Produktivität und verbesserte Reproduzierbar-
keit bei der Serienfertigung von CFK-Bauteilen
– Realisierung von höheren Leichtbaugraden
Karbonfaserverstärkte Kunststoffbauteile
ressourceneffizient herstellen
Dipl.-Ing. Dimitra-Ani Movsesian, [email protected]
Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) etablieren sich
zunehmend als Konstruktionswerkstoffe, jedoch ist die Her-
stellung von Kohlenstofffasern kosten- und ressourcenintensiv.
Wirtschaftliche und ökologische Vorteile sind also erst mit
äußerst materialeffizienten Bauweisen und genauso material-
effizienten Fertigungsverfahren zu erzielen.
Üblicherweise werden die Zuschnitte für die Fertigung von CFK-
Bauteilen aus flächigen Halbzeugen wie Geweben, Gelegen
oder mit Reaktionsharzen imprägnierten Fasern erzeugt, wobei
ein hoher Anteil an Verschnitt entsteht. Die Verwertung der
Abfälle ist dabei sehr aufwendig. Das Fraunhofer IWU verfolgt
daher den Ansatz, CFK-Laminate nicht mehr aus klassischen
flächigen, sondern aus bandförmigen Halbzeugen aufzubauen.
Denn durch das Zuschneiden und Platzieren dieser 25 Millimeter
breiten Bandelemente lassen sich endkonturnahe und zugleich
beanspruchungsgerechte Laminate herstellen. Der übliche
Verschnitt wird damit weitgehend vermieden.
Besonders effiziente Fertigungsabläufe ergeben sich mit dem
automatischen Ablegen von Reaktionsharz-imprägnierten
Faserbändern. Diese Towpregs genannten Halbzeuge zeichnen
sich durch eine lange Lagerfähigkeit und Klebfreiheit bei
Raumtemperatur sowie eine hohe Reaktivität für kurze Takt-
zeiten aus. Im Rahmen des BMBF-Förderprojekts »MAREMO –
Materialeffizienter Leichtbau für eine ressourceneffiziente
Mobilität« werden diese nun auf einer Pilotanlage gefertigt,
die es ermöglicht, neue Towpreg-Materialsysteme durch
Variation der Faser- und Harzsysteme zu entwickeln.
1
EU-Projekt
FiberEUse
Glas- und carbonfaserverstärkte Komposite werden zuneh-
mend als Strukturmaterialien in Sektoren wie Transport, Bau
und Energie verwendet, da sie leichter und korrosionsbestän-
diger sind als Metalle. Doch am Ende ihres Lebenszyklus
werden viele Kompositmaterialien immer noch auf der Müll-
deponie entsorgt, obwohl mechanische Abtragungsprozesse
und die Pyrolyse einen hohen Technologiereifegrad erreicht
haben. Ein Grund dafür ist, dass noch kein zusätzlicher
Nutzen im Rahmen einer Wiederverwertung bewiesen werden
konnte. Das Projekt FiberEUse wird verschiedene Innovations-
projekte bündeln, um das Recycling von Kompositen zu
verbessern, profitabel zu machen und in neuen Produkten
in Wertschöpfungsketten wiederzuverwerten.
Das Fraunhofer IWU arbeitet gemeinsam mit Partnern an der
Entwicklung einer kreislauffähigen und wiederverwendbaren
Automobilplattform. Die Plattform mit einer Lebensdauer von
ca. dreißig Jahren bildet die Basis für Fahrzeuge, die in regel-
mäßigen Abständen zum Hersteller zum Remanufacturing
zurückkommen. Im Rahmen dieser Wiederaufbereitungen
können andere Fahrzeugkomponenten mit kürzeren Lebens-
zyklen ausgetauscht werden, z. B. Innenraumausstattung
nach fünf Jahren, Außenhautbauteile im Rahmen eines
Facelifts nach zehn Jahren.
http://fibereuse.eu
Effiziente Technologien:
Neue Werkstoffe fordern
mehr Leistung
31
Effiziente Verbindungstechnologien
für Multi-Material-Designs
Dipl.-Ing. Sven Meißner, [email protected]
In Automobilkonstruktionen kommen zunehmend Faser-Kunst-
stoffverbunde (FKV) zum Einsatz, u. a. um Gewicht einzusparen.
Sogenannte Multimaterialdesigns aus FKV und Metallen weisen
dafür ein besonders großes Potenzial auf, denn die Vereinigung
dieser Werkstoffklassen bildet eine effektive Symbiose, die die
Vorzüge beider Materialien gleichzeitig zum Tragen bringt. Um
sie industriell herstellen zu können, ist neben Konzepten für die
Serienfertigung von FKV-Strukturen die beanspruchungsgerechte
und effiziente Fügetechnik für beide Werkstoffklassen von
besonderer Bedeutung.
Wissenschaftler des Fraunhofer IWU entwickeln eine großserien-
taugliche Verbindungstechnologie für FKV und Metallbleche.
Auf stanztechnischer Basis wurden zunächst formschlüssige,
kraftflussgerechte Verbindungsstrukturen in hochfeste Metall-
bleche eingebracht, die direkt in die Bauteil- oder Halbzeug-
fertigung integriert werden können. Ein bisher erforderliches
zusätzliches Bindemittel bzw. Verbindungselement entfällt
dabei. Darüber hinaus lässt sich die erzeugte hybride Struktur
in etablierte Karosseriefertigungsverfahren einbinden.
Wegen der direkten Anbindung der Formschlusselemente an
die Verstärkungsfaser sind eine hohe Präzision und ein geringer
Verschleiß der Stanzwerkzeuge erforderlich. Beides lässt sich
durch eine Härtung der Werkzeuge mittels Tieftemperatur-
behandlung erreichen, die die Wissenschaftler gemeinsam mit
einem Projektpartner realisierten.
– Einfache Integration in (Automobil-)Bauteilherstellungs-
prozesse
– Einbindung in hochgradig automatisierte Prozesse
– Montage der neuen Hybridbauteile in klassischen
Fertigungsverfahren (z. B. Punktschweißen) und
Produktionslinien
2
Kleine Losgrößen wirtschaftlich herstellen
Dipl.-Ing. Maik Linnemann, [email protected]
Sinkende Losgrößen sind eine große Herausforderung für
Unternehmen. Ein Beispiel ist die Restaurierung von Oldtimern,
für die es kaum noch Ersatzteile gibt. Zur Wiederherstellung
einer makellosen Optik des Fahrzeugs sind zum Teil individuell
gefertigte Ersatzteile erforderlich. Die Anwendung konventio-
neller Umformtechniken ist hier wegen der hohen Werkzeug-
kosten unattraktiv.
Auch im Automobilbau erfüllen konventionelle Umformwerk-
zeuge aufgrund der zunehmenden Individualisierung kaum
noch die nötigen Anforderungen. Daher werden innovative
Fertigungsverfahren zwingend benötigt. Hier bietet sich die
elektromagnetische Umformung an, für die wesentlich weniger
aufwendige Werkzeuge benötigt werden. Bisher war es mit
dem Verfahren jedoch nicht möglich, große Bauteile zu fertigen.
Abhilfe soll die innerhalb des deutsch-tschechischen Projekts
»SELF – Sequential Electromagnetic Forming« betrachtete
Kombination der elektromagnetischen mit der inkrementellen
Umformung schaffen. Dabei wird ein Blech sukzessive mithilfe
einer Vielzahl elektromagnetischer Impulse umgeformt, indem
eine Werkzeugspule Schritt für Schritt berührungslos über das
Blech wandert. Wissenschaftler des Fraunhofer IWU haben
nun die technologische Machbarkeit der Verfahrenskombina-
tion anhand eines Beispiels aus der Industrie nachgewiesen. Es
hat sich gezeigt, dass der Prozess sehr gut für die Herstellung
großflächiger Bauteile geeignet ist.
– Geringe Kosten dank vielseitig einsetzbarem Werkzeug
– Verwendbar für unterschiedlichste Werkstoffe, insbe-
sondere Aluminium
– Schonung der Werkstückoberfläche durch berührungs-
lose Kraftaufbringung
32
A U S U N S E R E R F O R S C H U N G
1
Presshärten: Bauteile kleinflächig optimieren
Dipl.-Ing. Norbert Pierschel, [email protected]
Das Presshärten hat sich zur führenden Technologie für die
Herstellung hochfester Strukturbauteile im Automobilbau
entwickelt. Dabei ist ein Trend in Richtung eigenschafts-
optimierter Bauteile zu verzeichnen. Eine besondere Gruppe
dieser Komponenten stellen Bauteile dar, deren Eigenschaften
kleinflächig an die Verarbeitungs- bzw. Einsatzbedingungen
angepasst sind. Dies kann vorteilhaft für die Stabilität von
Punktschweißverbindungen oder bei der Erzeugung von
Hybridbauteilen durch mechanisches Fügen sein. Bisher lassen
sich diese Eigenschaften nur durch eine dem Presshärten
nachgelagerte Bearbeitung erzeugen, etwa indem die Kompo-
nenten lokal mit einem Laser erhitzt werden – ein zusätzlicher
Arbeitsschritt, der Mehraufwand bedeutet.
Am Fraunhofer IWU wurde eine spezielle Werkzeugtechnik
entwickelt, mit der sich schon während des eigentlichen
Presshärtens die mechanischen Eigenschaften des Bauteils
kleinflächig einstellen lassen. Dies wird durch eine lokale
Beeinflussung des Abkühlverhaltens des Werkstücks erreicht:
Während des Abschreckvorgangs im geschlossenen Werkzeug
halten Heizelemente aus Siliciumcarbid das Werkstück
punktuell oberhalb der Umwandlungstemperatur. Durch die
Integration in den Presshärteschritt muss die Gradierung nicht
in nachgelagerten Prozessen erfolgen. So kann die Verweilzeit
in Laserbearbeitungszentren verkürzen werden, wodurch sich
die Herstellungskosten eines Bauteils um circa fünf Prozent
reduzieren lassen.
– Verbesserung der Crashperformance der Bauteile durch
bessere Fügeverbindungen
– Kostenersparnis durch Reduktion bzw. Verkürzung der
Bearbeitungsschritte
– Vereinfachung von Fügeprozessen, insbesondere dem
umformenden Fügen
1 Heizelement aus Silizium-
carbid bei 800 °C im teilmontier-
ten Werkzeug
2 Herstellung einer Vorform
mithilfe des Axialvorschub-
Querwalzens (AVQ)
Effiziente Technologien:
Neue Werkstoffe fordern
mehr Leistung
33
Bleche lokal verfestigen, Umformgrenzen erweitern
Dipl.-Ing. Sebastian Kriechenbauer, [email protected]
Hochfeste Bleche per Tiefziehen umzuformen, ist problema-
tisch: Mit steigender Ziehtiefe steigt auch das Risiko, dass sich
im Bauteil Risse oder Falten bilden, was die Gestaltungsfreiheit
deutlich einschränkt.
Eine Lösung haben die Wissenschaftler des Fraunhofer IWU
im Rahmen eines Projekts der Industriellen Gemeinschafts-
forschung (IGF) entwickelt: Der Schlüssel zur Erweiterung der
Umformgrenzen liegt in der lokalen Verfestigung des Blechs.
Sie lässt sich erreichen, indem das Halbzeug beim Tiefziehen
nicht nur in eine Richtung bewegt wird. Voraussetzung dafür
ist der Einsatz mehrachsiger Servo-Spindelpressen, da sie
komplexe Bewegungsprofile ermöglichen. An einer Karosserie-
komponente konnten die Forscher zeigen, dass ihre Lösung
funktioniert: Die typische Schwachstelle im Bauteil lässt sich
durch ein geeignetes Bewegungsprofil, dem sogenannten
bidirektionalen Ziehen, zusätzlich verfestigen. Dadurch können
höhere Lasten über den kritischen Bereich übertragen werden,
so dass die Ziehtiefe deutlich zunimmt.
Um die neuartige Technologie im Detail verstehen und besser
auslegen zu können, erstellten die Wissenschaftler numerische
Simulationen, die Zusammenhänge zwischen verschiedenen
Prozessgrößen und Bauteileigenschaften offenlegen.
– Erweiterung der Umformgrenzen beim Tiefziehen
– Größere Gestaltungsfreiheit bei Tiefziehteilen – Wirtschaftliche Fertigung ab Losgröße 1
– Geringe Werkzeugkosten
– Geringe Rüstzeiten
– Hohe Flexibilität, da sich Werkzeuge für unterschiedliche
Geometrien nutzen lassen
Wirtschaftliche Massivumformung in Kleinserien
M.Sc. Nadine Schubert, [email protected]
Die Werkzeuge der Massivumformung sind die Negativformen
der gewünschten Werkstücke. Diese Werkzeuge anzufertigen
ist aufwendig und kostenintensiv. Erst wenn mit ihnen große
Stückzahlen produziert werden, rechnet sich ihr Einsatz.
Aktuell ist jedoch der Trend zu einer größeren Vielfalt und
Spezifik an zu fertigenden Bauteilen zu verzeichnen. Um
flexibel auf das Teilespektrum reagieren zu können, haben
Wissenschaftler des Fraunhofer IWU gemeinsam mit einem
Industriepartner den Prototypen einer Fertigungsanlage zum
Axialvorschub-Querwalzen (AVQ) entwickelt. Mit ihm lassen
sich unterschiedliche Werkstückkonturen mit einem einzigen
universellen Werkzeugsystem und einer frei programmierbaren
Maschinensteuerung herstellen.
AVQ ist ein inkrementelles Umformverfahren, bei dem die
Fertigteilgeometrie fast vollständig mithilfe der Prozesskinematik
realisiert wird. Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche
rotationssymmetrische Geometrien für eine optimale
Masseverteilung erzeugen – ganz ohne bauteilbezogene
Umformwerkzeuge. Der Umformprozess beruht auf der
Relativbewegung zwischen einem rotierenden zylindrischen
Werkstück und zwei gleichsinnig angetriebenen Walzwerk-
zeugen, wobei diese durch die Zustellbewegungen in das
Werkstück eindringen.
2
34
A U S U N S E R E R F O R S C H U N G
1 Komponenten eines Titan-
implantats mit elektrischer
Durchführung und optischem
Fenster zur Infrarotdatenüber-
tragung (myoelektrische Hand-
prothese)
2 Kontinuierliches Wälzschleifen
einer Laufverzahnung für die
Anwendung im Pkw
1
Titankapselung für implantierbare Elektronik
Dr.-Ing. Jan Edelmann, [email protected]
Im Fraunhofer Leitprojekt »Theranostische Implantate« ent-
wickelten Wissenschaftler verschiedener Fraunhofer-Institute
eine Steuerung für eine Prothese, die es Patienten zukünftig
ermöglichen soll, ihre künstliche Hand ähnlich intuitiv zu
bewegen wie eine natürliche. Sensoren sollen es dabei sogar
ermöglichen zu spüren, wie stark gerade zugepackt wird.
Der Einsatz der Prothese setzt voraus, dass elektronische
Systeme in den menschlichen Körper implantiert werden,
beispielsweise Kondensatoren zur Energieversorgung. Diese
müssen hermetisch verkapselt, langzeitstabil und biokompatibel
werden. Neben der grundlegenden Verkapselungsfunktion
benötigen sie natürlich elektrische Durchführungen für die
Verbindung zu Muskeln und Nerven. Außerdem muss die
Kapsel eine induktive Energieübertragung und optische
Datenkommunikation über Infrarotsignale ermöglichen.
Wissenschaftler des Fraunhofer IWU haben zu diesem
Zweck eine Titankapsel mit elektrischen und optischen
Durchführungen entwickelt. Das Gehäuse wurde zweiteilig
durch Fräsen hergestellt. Für das optische Fenster wählten
die Forscher das biokompatible Glas Typ N-F2, für die
Herstellung der Glas-Metall-Dichtung ein vakuumbasiertes
Hochtemperatur-Glasformverfahren. Nach der Montage der
elektronischen Bauteile wurden die Titankomponenten mittels
Laserschweißen verbunden. Das optische Fenster ermöglicht
die Infrarotkommunikation zwischen Implantat und einer
Kontrolleinheit außerhalb des Körpers.
– hochpräzise Fertigung
– prozesssichere Verarbeitung biokompatibler Werkstoffe
– Einsatz komplexer Elektronik auf kleinstem Bauraum
– Erhöhung der Lebensqualität des Patienten
EU-Projekt
FLOIM
Im Projekt wird ein automatisiertes Verfahren für die
Montage von opto-elektronischen Bauelementen entwickelt,
das auf dem Spritzgießen in optischer Qualität basiert. Freie
Formen und mikrostrukturierte optische Oberflächen werden
durch Replikation mithilfe mikrostrukturierter Formeinsätze
direkt auf den Komponenten erzeugt. Diese Technologie
vereinfacht die Fertigung von verschiedenen opto-
elektronischen Teilen bei stark reduzierten Kosten, höherer
Produktivität und verbesserter Bauteilleistung.
Das Fraunhofer IWU arbeitet in drei Teilbereichen mit: der
Strukturierungstechnologie für die Werkzeugformeinsätze,
der Entwicklung einer modularen mechatronischen Kom-
ponente zur Feinpositionierung des Werkzeugs sowie der
digitalen Beschreibung der bestehenden und neuen Abläufe
und Anlagen.
Effiziente Technologien:
Neue Werkstoffe fordern
mehr Leistung
35
– Signifikante Erhöhung der Maschinen- und Anlagen-
verfügbarkeit
– Senkung der Fertigungskosten
– Erhöhung der Produktivität
– Reduzierung des nachgelagerten Prüfaufwandes
– Fertigung von Bauteilen / Komponenten mit verbesserten
Eigenschaften
Der adaptive Schleifprozess
Dipl.-Ing. Enrico Fritzsch, [email protected]
Im Rahmen des Kooperationsnetzwerks AMARETO erarbeiten
die Partner Transferlösungen, die es kleinen und mittleren
Unternehmen ermöglichen, ihr Produkteinführungsrisiko
zu reduzieren. Ein Teilprojekt hat das Ziel, Schleifprozesse
effizienter zu gestalten. Da sich der Werkzeugzustand im
Prozess aufgrund der geometrisch unbestimmten Schneide
bisher nur ungenügend bewerten lässt, ist das Einrichten eines
Schleifprozesses sehr aufwendig. Um Ausschuss zu vermeiden,
werden beispielsweise Parameter wie zerspantes Volumen pro
Zeit und die Anzahl an Bauteilen zwischen dem Abrichten mit
hohen Sicherheitsfaktoren versehen. Dadurch kann jedoch
das Potenzial bei der Produktivität und der Nutzungsdauer der
Schleifwerkzeuge bislang nicht voll ausgeschöpft werden.
Um dies zu ändern, nutzen Wissenschaftler des Fraunhofer IWU
die Ausbreitung von Schallwellen innerhalb des Prozesses. Diese
verändert sich, sobald sich u. a. die Struktur des Werkzeugs
ändert. Misst man die Schallemissionen des Schleifkörpers im
hochfrequenten Bereich, kann auf dessen Zustand zurück-
geschlossen werden. Ist dieser bekannt, lassen sich das Werk-
zeug signifikant länger nutzen und der Prozess beschleunigen.
Auf Basis dieser Erkenntnisse werden in dem Teilprojekt ein
modellbasierter, sich selbst anpassender Schleifprozess und eine
Online-Strategie zur Bewertung der Bauteilqualität entwickelt.
2
Kooperationsnetzwerk
Sächsische Allianz für material- und ressourceneffiziente
Technologien AMARETO
Die Allianz verbindet die Aspekte Ressourceneffizienz, effi-
zientes Materialdesign und innovative Produktionstechnik in
einem Projekt. Hervorgegangen aus den Spitzentechnologie-
clustern ADDE, eniPROD und ECEMP bündelt AMARETO die
Kompetenzen der Technischen Universitäten aus Chemnitz,
Dresden und Freiberg sowie dem Fraunhofer IWU, um auf
den Gebieten neuartiger Hochleistungswerkstoffe, Produkt-
und Prozessinnovationen sowie Mehrkomponentenwerk-
stoffe neue Methoden und Transferlösungen für einzelne
Teile dieser Wertschöpfungskette zu erarbeiten.
Am Fraunhofer IWU liegt der Fokus nicht nur auf der
Entwicklung von Technologien für die effiziente Werkzeug-
maschine, sondern auch auf neuartigen Verfahren für
Hochleistungsstahlgusswerkstoffe.
AMARETO wird von der Europäischen Union (Europäischer
Fonds für regionale Entwicklung) und dem Freistaat Sachsen
gefördert.
https://amareto.info
36
A U S U N S E R E R F O R S C H U N G
1
Radnabenmotor in Metallschaum-Leichtbauweise
Dipl.-Ing. Carsten Lies, [email protected]
Radnabenmotoren weisen den Weg in eine neue Dimension
der Elektromobilität. Der Wegfall des mechanischen Antriebs-
strangs mit sämtlichen Zusatzaggregaten spart Kosten und
schafft wertvollen Nutzraum im Fahrzeug. Um den Kunden
eine angemessene Reichweite anbieten zu können, müssen
Gewicht und Bauraum möglichst niedrig, Leistung und
Wirkungsgrad dagegen möglichst hoch ausfallen. In Bezug auf
den Wirkungsgrad weisen Radnabenmotoren enorme Vorteile
auf, da alle durch zusätzliche Übertragungselemente wie
Getriebe oder Differential erzeugten Verluste entfallen. Rad-
nabenmotoren ermöglichen es, den sehr hohen Wirkungsgrad
heutiger Elektromaschinen direkt auf die Räder und damit auf
die Straße zu bringen. Allerdings widersprechen die aktuellen
Motoren der Forderung nach möglichst geringem Gewicht
und möglichst kleinem Bauraum.
Zur Lösung dieses Problems entwickeln die Forscher des
Fraunhofer IWU innovative, anforderungsgerechte Aluminium-
schaumkomponenten für Radnabenmotoren, um den Direkt-
antrieb leichter, kompakter und somit für den Markt der
Elektromobilität attraktiver zu gestalten. Die zellulare Struktur
des Aluminiumschaums ermöglicht zudem ein sehr gutes
Energieabsorptions- und Dämpfungsverhalten.
In einem laufenden Forschungsprojekt haben die Wissen-
schaftler die Komponenten Rotor und Deckel bereits fertigungs-
technisch in Aluminiumschaum-Bauweise umgesetzt. Aktuell
erfolgen messtechnische Untersuchungen zur Verifikation der
Eigenschaften.
– Massereduzierung um 30 Prozent
– Kompakte, vollintegrierte Bauweise
– Optimaler Materialeinsatz
– Geringe Komplexität und hoher Automatisierungsgrad
1 Deckel und Rotor eines
Radnabenmotors in effizienter
Metallschaum-Leichtbauweise
2 Temperaturfeld und Strö-
mungslinien am rotierenden
Werkzeug
Effiziente Technologien:
Neue Werkstoffe fordern
mehr Leistung
37
Energieeffiziente Zerspanung ohne Kühlschmiermittel
Dipl.-Ing. Christian Oppermann, [email protected]
Erhitzen sich Bohr-, Dreh- oder Fräswerkzeuge während
des Fertigungsprozesses, kann dies Ursache für erhebliche
Bearbeitungsungenauigkeiten sein. Üblicherweise wirkt man
diesem Problem mit einer Vollstrahlschmierung entgegen,
indem Werkzeug und Werkstück mit gekühltem Schmiermittel
regelrecht überflutet werden. Das bringt jedoch verschiedene
Nachteile mit sich. So erfordert die Kühlung der Schmierstoffe
viel Energie, und Werkstücke sowie Maschinen müssen nach
der Bearbeitung gereinigt werden. Vor dem Hintergrund einer
energieeffizienten Produktion zeigt sich daher ein Trend zur
Trockenbearbeitung bzw. Schmierung mit Minimalmengen.
Die wärmebedingte Verformung des Werkzeugs ist dadurch
ausgeprägter.
Ihr lässt sich entgegenwirken, indem man den Tool Center
Point mithilfe der Maschinensteuerung im Mikrometerbereich
gezielt versetzt. Dazu müssen sowohl die Strukturverformung
des Werkzeugs als auch die prozessnahen Strömungsvorgänge
vorab bekannt sein. Wissenschaftler des Fraunhofer IWU
ermitteln diese im Großprojekt SFB / Transregio 96 »Thermo-
Energetische Gestaltung von Werkzeugmaschinen« per
CFD- und FE-Simulation, um die gewonnenen Daten in der
Werkzeugmaschinensteuerung zu hinterlegen. Die Genauig-
keit ihres Ansatzes konnte mit einem Fehler kleiner gleich 10
Prozent nachgewiesen werden, so dass die Relevanz speziell
im Fall der Präzisionsbearbeitung sinnvoll und notwendig ist.
– Energieeinsparung durch Verzicht auf Kühlschmiermittel
– Einhaltung der Genauigkeitsforderungen bei Präzisions-
Trockenbearbeitung
EU-Projekt
Fit-4AMandA
Das Projekt wird die Art und Weise der Herstellung von
Brennstoffzellen revolutionieren. Dazu sollen die Herstellungs-
schritte von PEM (Polymer Electrolyte Membran)-Brennstoff-
zellenstacks optimiert und Technologien eingesetzt werden,
die über den bisherigen Stand der Technik hinausgehen. Das
Projektteam wird eine neuartige Montageanlage konzipieren,
mit deren Hilfe erstmals die automatisierte Serienfertigung
des Kernstücks der Brennstoffzelle, des Stacks, ermöglicht
wird.
Das mit dem neuen Verfahren hergestellte Brennstoffzellen-
system soll unter realen Bedingungen in einem leichten
Nutzfahrzeug eingesetzt und getestet werden. Das entwi-
ckelte Produktionsverfahren kann darüber hinaus auch für
alle anderen Anwendungen der Brennstoffzelle im mobilen,
maritimen und stationären Bereich genutzt werden. PEM-
Brennstoffzellensysteme werden durch die Neuentwicklung
effizienter, kostengünstiger und wettbewerbsfähiger.
Zum Projektkonsortium gehören neben dem Fraunhofer IWU
u. a. Entwickler und Hersteller von Brennstoffzellensystemen,
Zulieferer von MEAs, BPPs und Industriemaschinen für Mon-
tage- und Testzwecke und ein internationales Transportunter-
nehmen mit eigener Flotte von Leichtbau-Nutzfahrzeugen.
http://fit-4-amanda.eu
2
40
A U S U N S E R E R F O R S C H U N G
– Erhöhung des akustischen Komforts
– Minimierung des Gewichts akustischer Optimierungs-
maßnahmen, beispielsweise durch Verzicht auf
Versteifungsrippen
– Reduktion von Herstellungskosten für Verzahnungen
Getriebegeräusche intelligent reduzieren
Dipl.-Ing. Jan Troge, [email protected]
Die Anforderungen an die akustische Qualität von Fahrzeugen
haben in den vergangenen Jahren stetig zugenommen. Aus
Komfort- und Wettbewerbsgründen senken Hersteller die Ziel-
geräuschpegel von Personenkraftwagen immer weiter ab. So
müssen moderne Getriebe strenge Vorgaben bezüglich ihres
vibro-akustischen Verhaltens einhalten. Getriebegeräusche
sind aufgrund ihres tonalen Charakters selbst bei geringer
Lautstärke sehr gut wahrnehmbar.
Wissenschaftler des Fraunhofer IWU haben daher am
Beispiel eines Hinterachsdifferentials ein aktives System
entwickelt, das mithilfe einer piezokeramischen Folie direkt
auf dem Hinterachsrahmen, dem Hauptübertragungsweg für
Störgeräusche, die relevanten Schwingungsanteile reduziert.
Der Vorteil dieser Lösung: Die aktive Komponente kann bereits
während der Herstellung des Hinterachsträgers in Form eines
Piezo-Metall-Verbundes in das Bauteil eingebracht werden und
ist so gegen äußere Einflüsse wie Schmutz, Feuchtigkeit oder
Tausalz geschützt. Darüber hinaus lassen sich mit dem Ansatz
die Herstellungskosten für Verzahnungen reduzieren, da auf
deren aufwendige Feinbearbeitung zur Akustik-Optimierung
teilweise oder ganz verzichtet werden kann.
1
1 Aktives System zur Reduktion
von Hinterachsgeräuschen auf
Basis von Piezo-Flächenwandlern
2 Mit Experimenten und
Ausstellungen gelingt es, Werk-
stoffwissen anschaulich an
potenzielle Anwender und For-
schungspartner zu vermitteln.
Funktionsintegration
für Hochleistungsprodukte
41
Das Unsichtbare sichtbar machen: smart materials durch
interdisziplinäre Zusammenarbeit verstehen
M.A. Mattes Brähmig, [email protected]
Intelligente Materialien sind schon heute Bestandteil einiger
Serienprodukte. Allerdings wissen Verbraucher, Produktent-
wickler oder Designer kaum von der Existenz und den Vorteilen
dieser energieautarken Werkstoffe, die sich selbstständig
an Umweltbedingungen anpassen oder ein Formgedächtnis
besitzen. Ihre komplexe, meist versteckte Funktionalität führt
dazu, dass bislang selbst in Fachkreisen nur eine Minderheit
die wirtschaftlichen, technischen und gestalterischen Poten-
ziale erkennt und aufgreift. Kommunikationsdefizite, daraus
resultierende Technologieängste und mangelndes Vertrauen in
neue Produktions- und Arbeitsweisen bergen die Gefahr, er-
folgversprechende, neue Perspektiven zu vernachlässigen und
Innovationen scheitern zu lassen. Hier setzt das Forschungs-
und Entwicklungsvorhaben »smart materials satellites« an.
Das BMBF-geförderte Projekt zielt auf den Wissenstransfer von
der Wissenschaft in die Öffentlichkeit und zum Anwender.
Erprobte Design-Methoden dienen ebenso der Vermittlung
wie der Einsatz innovativer Technikkommunikation. Sowohl
Verbraucher als auch potenzielle Anwender der Technologie
erfahren kreativ und interaktiv über verschiedene Formate am
Fraunhofer IWU, dem Bauhaus Dessau und den Technischen
Sammlungen Dresden von den Möglichkeiten der smart
materials.
»smart materials satellites« betrachtet das Material nicht nur
hinsichtlich technischer Möglichkeiten, sondern nach gestalte-
rischem und gesellschaftlichem Mehrwert, um neue Produkte
noch näher am Nutzer zu entwickeln und die Grundlage für
eine Nachfrage nach intelligenten Materialien zu schaffen.
2
– Wissenstransfer, um Potenziale der smart materials
nutzbar zu machen
BMBF 2020
smart³ I materials – solution – growth
smart³ ist eine Initiative von Unternehmen und wissen-
schaftlichen Einrichtungen, die sich dem Ziel verschrieben
hat, die Entwicklung neuer, innovativer Produkte auf Basis
von smart materials voranzutreiben. Ingenieure, Designer,
Sozial- und Wirtschaftswissenschaftler sowie Unternehmer
und Techniker setzen dabei auf Werkstoffintelligenz,
Prozessinnovation und Kooperationskultur, um intelligenten
Produkten auf Basis von smart materials zum kommerziellen
Durchbruch zu verhelfen. Diese Produkte können sich in
vielfältigen Anwendungsbereichen wiederfinden – von
Gesundheit bis Klimaschutz, von Energieerzeugung bis
Mobilität.
Über 140 Unternehmen und Forschungseinrichtungen
arbeiten unter Leitung des Fraunhofer IWU an einem
Paradigmenwechsel hinsichtlich des Produktverständnisses.
Im Vordergrund steht dabei die Integration von Funktion
und Struktur: Struktur- und Funktionsbauteile sollen nicht
mehr separat betrachtet werden müssen. Vielmehr arbeitet
smart³ in vielfältigen FuE-Projekten daran, aktorische und
sensorische Funktionen direkt in die Bauteilstruktur zu
integrieren und so Bauteilkomplexität, Gewicht und Masse
zu reduzieren.
www.smarthoch3.de
42
A U S U N S E R E R F O R S C H U N G
Intelligente Bauteile effizient fertigen
Dr.-Ing. Matthias Nestler, [email protected]
Im Sonderforschungsbereich SFB / TR 39 PT-Piesa arbeiten
sechs Institutionen in Chemnitz, Dresden und Erlangen daran,
großserienfähige Produktionstechnologien für Komponenten
mit integrierten Piezosensoren und -aktoren zu entwickeln.
Dabei handelt es sich um Materialien, die unter Einwirkung
elektrischer Spannung ihre Form verändern. Umgekehrt
erzeugen sie eine elektrische Spannung, wenn eine Kraft auf
sie einwirkt.
Aufbauend auf den Kompetenzen in den Bereichen Umform-
technik und Adaptronik wurde am Fraunhofer IWU eine Prozess-
kette zur Integration von Piezomodulen in Sandwichbleche
entwickelt. Um die Sandwiches herzustellen, wird zunächst ein
Blech automatisiert mit einem Klebstoff bestrichen, anschlie-
ßend werden die Piezomodule und danach die Deckbleche
aufgebracht.
Die so entstandenen intelligenten Halbzeuge besitzen sowohl
Sensor- als auch Aktorfunktionen und lassen sich vielfältig
einsetzen. Verarbeitet man sie beispielsweise zum Außenhaut-
bauteil einer Flugzeug-Tragfläche, können sie genutzt werden,
um Defekte frühzeitig zu erkennen, da etwa der Einschlag
von Fremdkörpern einen elektrischen Impuls erzeugen würde,
der sich entsprechend auslesen lässt. Auch zur Enteisung
der Tragflächen lassen sich die intelligenten Komponenten
verwenden. Wird an die darin enthaltenen Piezomodule eine
elektrische Spannung angelegt, beginnen sie zu vibrieren und
entstandenes Eis wird abgesprengt.
– Hohes Leichtbaupotenzial durch Funktionsintegration
– Effiziente, industrietaugliche Herstellung durch
automatisierte Fertigung
1
1 Anhand eines Demonstrators
»Flugzeugtragfläche« wurde
u. a. untersucht, inwieweit
Piezomodule zur Enteisung bzw.
zur Unterstützung der Enteisung
genutzt werden können.
2 Sportbogen mit appliziertem
Dehnungssensor
Funktionsintegration
für Hochleistungsprodukte
43
Neue Dehnungssensorik ermöglicht Bauteilüberwachung
Dr.-Ing. Thomas Mäder, [email protected]
Wissenschaftlern des Fraunhofer IWU ist es gelungen, eine
neue Sensortechnologie zur Messung von Dehnungen zu
entwickeln, die durch ihr immenses Potenzial völlig neue
Anwendungsmöglichkeiten eröffnet. Gegenüber bekannten
Technologien, wie z. B. Dehnmessstreifen, zeichnet sich die
neue Technologie durch eine höhere Empfindlichkeit, eine
größere Dehnbarkeit sowie einen geringeren Preis aus. Basis
ist ein neuartiges Material, dessen elektrischer Widerstand
sich bei Belastung sehr stark ändert. Aufgrund der exzellenten
Dauerfestigkeit bei sehr großen Dehnungen eignet sich die
neu entwickelte Sensorik insbesondere für die Strukturüber-
wachung von Kunststoffbauteilen.
Die Leistungsfähigkeit der Sensorik konnte in ersten
Anwendungsfällen aus dem Automotive- und Luftfahrtbereich
bereits eindrucksvoll nachgewiesen werden. Nun streben die
Wissenschaftler nach einem schnellen Markttransfer. Um die
Entwicklung zu beschleunigen und damit den Markttransfer
der vielversprechenden Technologie zu forcieren, gründeten
die Wissenschaftler ein Unternehmensnetzwerk. Ziel ist es,
zukünftige Anbieter der Technologie mit potenziellen Anwen-
dern zusammenzubringen. So können die Entwicklungsschritte
gezielt an die Anforderungen der Anwender angepasst wer-
den. Innerhalb des Netzwerks sollen die Entwicklungsarbeiten
gebündelt werden, um schneller zu marktreifen Lösungen zu
kommen. Durch gemeinsame Marketingmaßnahmen wird
zudem der Bekanntheitsgrad der Technologie gesteigert.
– Große elastische Dehnbarkeit
– Einfache Sensor-Integration in Kunststoff und
Faserverbunde
2
Fraunhofer Cluster of Excellence
Programmierbare Materialien
Bedeutung können programmierbare Materialien z. B. für
sogenannte Morphing Structures erlangen. Hierbei handelt
es sich um Mechanismen, die eine bedarfsgerechte geo-
metrische Formänderung an Bauteilen ermöglichen. So
entstehen oder verschwinden Ablagefächer im Fahrzeug-
innenraum auf Knopfdruck, Bedienelemente wie Taster
und Eingabefelder sind nur sichtbar, wenn sie tatsächlich
gebraucht werden, oder die gesamte Fahrzeugform ändert
sich bei hohen Geschwindigkeiten, so dass der Windwider-
stand minimiert wird. Programmierbare Materialien ermög-
lichen völlig neue Gestaltungsmöglichkeiten, da Stoffeigen-
schaften wie Festigkeit oder Elastizitätsmodul quasi auf
Knopfdruck eingestellt werden können und somit eine Form-
änderung eigentlich starrer Materialien erst ermöglicht wird.
Mitgliedsinstitute des vom Fraunhofer IWM geleiteten
Forschungsclusters sind neben dem Fraunhofer IWU die
Institute IWM, IAP, ICT und IBP. Definiertes Forschungsziel
ist die Realisierung von bisher technisch und wirtschaftlich
nicht darstellbaren Funktionalitäten durch form- und
funktionsdynamische Materialien, Materialverbünde oder
Oberflächen, deren Eigenschaften gezielt kontrolliert werden
und reversibel veränderbar sind.
Derzeit untersuchen die Wissenschaftler des Fraunhofer IWU
den Einsatz programmierbarer Materialien zur Realisierung
einer adaptiven Aerodynamik an Kraftfahrzeugen.
44
A U S U N S E R E R F O R S C H U N G
1 Universelles Ultraschall-
Schwingsystem mit Piezo-
Ringaktoren, Schrumpf- und
HSK63-Aufnahme
2 Konzept eines Instruments
mit Funktionserweiterung für
die minimalinvasive Chirurgie
3 Im Forschungsbereich
»Smart Door« des Fraunhofer-
Leitprojekts »Go Beyond 4.0«
wird anhand einer Fahrzeugtür
demonstriert, wie sich Karosse-
riestrukturen durch Integration
digitaler Fertigungsschritte
funktionalisieren lassen.
– Erhöhung der Bauteilqualität
– Verdopplung der Werkzeuglebensdauer
– Kostenersparnis durch kürzere Bearbeitungszeit und
reduzierte Nachbearbeitung
PermaVib – Mit Ultraschall zur Produktivitätssteigerung
M.Sc. Martin Hamm, [email protected]
Zukunftsweisende Leichtbaumaterialien wie Kunststoffe
oder Keramiken kommen heute noch nicht uneingeschränkt
zum Einsatz, da bei ihrer Zerspanung häufig Qualitäts- und
Produktivitätseinbußen auftreten. Typische Fehler sind Faser-
ausrisse, Delamination und Ausbrüche des Werkzeugs bzw.
des Werkstücks. Auch lange und schlecht abzuführende Späne
beim Bearbeiten duktiler Werkstoffe beschränken die Effizienz
bei der Zerspanung.
»PermaVib«-Systeme sollen das ändern. »PermaVib« bezeichnet
verschiedene piezo-basierte Schwingsysteme für Bohr- und Fräs-
werkzeuge. Diese versetzen Werkzeuge mithilfe von Ultraschall
so in Schwingung, dass u. a. die Bearbeitung von faserver-
stärkten Kunststoffen und Keramiken wesentlich erleichtert
wird. Mit ihrer Hilfe wird sich der Werkzeugverschleiß um
bis zu 50 Prozent reduzieren lassen, wobei bis zu 40 Prozent
weniger Kraft für die Bearbeitung aufgebracht werden muss.
Zudem lassen sich bestehende Werkzeugmaschinen ohne gro-
ßen Aufwand mit den Systemen nachrüsten, da sie als Module
in beliebige Bearbeitungszentren integriert werden können.
Mit dem Projekt »PermaVib« erfolgt der Technologietransfer
in die praktische Anwendung. Im Fokus steht die Entwicklung
robuster und universell nutzbarer Schwingsysteme zur indus-
triellen Nutzung einer schwingungsüberlagerten Zerspanung.
1
Funktionsintegration
für Hochleistungsprodukte
45
– Erhöhung der Ergonomie
– Abdeckung mehrerer chirurgischer Anwendungsfelder
durch modularen Aufbau
– Kostenersparnis durch modularen Aufbau
– Risikominimierung für den Patienten
EFORMIN – Innovative Instrumente für die
minimalinvasive Chirurgie
Dipl.-Ing. (FH) Michael Werner, [email protected]
Im Projekt EFORMIN entwickeln die Wissenschaftler des
Fraunhofer IWU gemeinsam mit Ärzten und Medizintechnik-
Unternehmen ein funktionserweitertes Instrument für die
minimalinvasive Chirurgie. Die Anforderungen der Mediziner:
Die Einsatzbereiche und die Bewegungsfreiheitsgrade des
Arbeitsgerätes sollen erhöht und eine Kraftrückmeldung an
den Chirurgen realisiert werden. Operiert dieser an besonders
empfindlichen Geweben zum Beispiel im Gehirn oder am
Rückenmark, soll ihm das Instrument rechtzeitig ein Feedback
geben, bevor er zu viel Kraft aufwendet und Gewebe zerstö-
ren kann.
Um die Wünsche der Ärzte umsetzen zu können, setzen die
Fraunhofer-Wissenschaftler ein innovatives Aktorkonzept um,
das direkt in den Instrumentenkopf integriert wird. Dies er-
laubt einen modularen Ansatz, bei dem die vier Hauptkompo-
nenten Bedienteil, Aktor, Effektor und Zuleitung eigenständig
betrachtet und optimal entsprechend den Anforderungen
entwickelt werden können. Im Vergleich zu herkömmlichen
Instrumenten wird das innovative chirurgische Werkzeug nicht
mechanisch, d.h. durch Seilzüge betrieben. Stattdessen wer-
den Greifer oder Schneidwerkzeuge im Körper des Patienten
elektronisch mittels Formgedächtnismaterialien angesteuert.
2
Fraunhofer-Leitprojekt
Go Beyond 4.0
Industrieübergreifend wächst der Bedarf an innovativen,
individualisierten Bauteilen für die Zukunftsmärkte
Automotive, Aerospace, Photonics und Manufacturing.
Die hochqualifizierten Funktionalitäten der entsprechenden
Bauteile werden durch den Einsatz moderner Funktions-
werkstoffe realisiert.
Das Fraunhofer-Leitprojekt »Go Beyond 4.0« verknüpft
traditionelle Fertigungsmethoden mit Zukunftstechnologien
und digitalen Produktionsverfahren. Durch Einsatz von
digitalen Druck- und Laserverfahren soll es gelingen,
Serienprodukte ressourcenschonend und kosteneffizient bis
hin zum Unikat individuell zu gestalten. Am Projekt, das vom
Fraunhofer ENAS geleitet wird, sind neben dem Fraunhofer
IWU die Institute IFAM, ILT, IOF und ISC beteiligt.
Das Fraunhofer IWU koordiniert den Forschungsbereich
»Smart Door«, bei dem Karosseriestrukturen in ihren
klassischen Prozessketten durch Drucktechnologien
mit Bedienelementen, Sensoren und den notwendigen
Kabelsystemen funktionalisiert werden.
www.go-beyond-four-point-zero.de
3
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L E I T A R T I K E L
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BESONDERE EREIGNISSE
Internationaler Simulationsworkshop
Wie lässt sich die Qualität von Simulationsmodellen und
Berechnungsergebnissen in der mechanischen Fügetechnik
steigern? Antworten auf diese Frage lieferte der 3. Workshop
»Numerische Simulation in der mechanischen Fügetechnik«,
der am 26. September 2017 am Fraunhofer IWU in Dresden
stattfand. Ansätze bieten sich beispielsweise durch die Er-
schließung des Potenzials umfangreicher Variantenrechnungen
und komplexer Metamodelle bei Prozesskettensimulationen.
Die Teilnehmer aus Industrie und Forschung thematisierten
Möglichkeiten des sicheren Handlings großer Datenmengen.
Erstmals in dieser Workshopreihe beteiligten sich internationale
Forschungseinrichtungen, darunter Vertreter der belgischen
Katholieke Universiteit Leuven und des Fraunhofer-Chalmers
Center for Industrial Mathematics FCC in Göteborg.
Innovationen für den Lkw-Antriebsstrang
Bei dem am 27. September 2017 am Fraunhofer IWU in Chem-
nitz ausgerichteten Workshop des »Powertrain Manufacturing
for Heavy Vehicles Application Lab (PMH)« wurden gemeinsam
mit schwedischen Industriepartnern und Forschungseinrich-
tungen Ideen für innovative produktionstechnische Lösungen
im Bereich Lkw-Antriebsstrang diskutiert. Im Ergebnis will das
PMH Projektansätze aus den Bereichen Verzahnungstechnolo-
gien, smarte Fertigung, Zerspanung und Umformung weiter
verfolgen.
Das PMH ist ein Fraunhofer-Project Office zur Entwicklung
serienfähiger Technologien für Antriebsstrangkomponenten
von Nutzfahrzeugen. Die Einrichtung mit Sitz an der
Königlich-Technischen Hochschule (KTH) in Stockholm wurde
2016 gegründet und organisiert den Technologietransfer zu
schwedischen Unternehmen wie Volvo, Scania oder Sandvik.
Beteiligt sind die Fraunhofer-Institute IWU, IPT und ITWM.
49
1 Im Rahmen des »Manufac-
turing Live« stießen die Live-
Vorführungen u. a. zum Thema
Flexibler Karosseriebau auf
großes Interesse der Tagungs-
teilnehmer.
Treffen der Vanguard-Initiative
Sachsen verfolgt gemeinsam mit rund dreißig europäischen
Partnerregionen das Ziel, die Wertschöpfung der europäischen
Industrie durch eine besser verzahnte europäische Innovations-
politik zu stärken und zukunftsfähig zu gestalten. Dazu fand
am 26. Oktober 2017 in Leipzig und am darauffolgenden Tag
in Chemnitz am Fraunhofer IWU die Veranstaltung »Vanguard-
Initiative – Marktöffner für die sächsische Industrie« statt. Bei
dem vom Fraunhofer IWU gemeinsam mit dem Sächsischen
Ministerium für Wirtschaft und Arbeit und der Technischen
Universität Chemnitz organisierten Event sondierten Akteure
aus zwölf europäischen Regionen Kooperationsmöglichkeiten.
Das Fraunhofer IWU ist im Projekt »Efficient and Sustainable
Manufacturing (ESM)« – einem der beiden Vanguard-Pilot-
vorhaben mit sächsischer Beteiligung – aktiv. Sachsen wird in
enger Zusammenarbeit mit anderen Regionen Projektvorschläge
auf dem Gebiet fortgeschrittener Produktionstechnologien
entwickeln und der Europäischen Kommission zur Förderung
vorschlagen. Ziel ist die Realisierung länderübergreifender
Pilotlinien unter maßgeblicher Mitwirkung sächsischer Unter-
nehmen und Forschungseinrichtungen.
Karosseriebau im Wandel:
8. Chemnitzer Karosseriekolloquium CBC 2017
Wie lassen sich Innovationen aus Werkstoffen realisieren,
wie sehen zukünftige Fertigungskonzepte aus und welchen
Mehrwert schafft die Digitalisierung der Produktion? Diese
Fragestellungen thematisierten die Referenten und rund 150
Teilnehmer des 8. Chemnitzer Karosseriekolloquiums CBC
vom 14. bis 15. November 2017. Hochkarätige Referenten,
u. a. von Volkswagen, BMW, AP&T, Gestamp, Kuka Systems,
thyssenkrupp System Engineering und Tower International
erläuterten, wie sie den aktuellen Herausforderungen begeg-
nen und gaben einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungen.
Erstmals war neben dem Fraunhofer IWU in Chemnitz auch
der Dresdner IWU-Standort Gastgeber. Somit konnte beim
traditionellen »Manufacturing Live« die Gesamtheit der
Versuchsfelder besichtigt werden. Eine weitere Premiere: Die
Podiumsdiskussionen im Anschluss an jeden Fachblock boten
eine optimale Möglichkeit zum Dialog mit den Referenten.
Werkzeugmaschinen im Check-up
Klimatische Bedingungen haben einen großen Einfluss darauf,
wie präzise Werkzeugmaschinen arbeiten. Das Fraunhofer IWU
lässt Maschinen in verschiedene Klimazonen der Erde reisen,
ohne sie tatsächlich dorthin zu bewegen: In einer neu eröff-
neten Klimazelle kann nun getestet werden, wie klimatische
Effekte auf die Funktionsweise von Drehmaschine und Co.
einwirken.
Zum Neustart der Forschungsarbeiten und zur offiziellen Wieder-
inbetriebnahme nach Umbau- und Erweiterungsarbeiten fand
am 21. November 2017 ein praxisnaher Workshop zum Thema
»Klimazelle4 – Klimatische Effekte in der Fabrik beherrschen«
statt, der sich vor allem an Industrievertreter richtete. Neben
Vorträgen aus dem industriellen Kontext zum Umgang mit
thermischen Einflüssen in der Produktion wurden Inhalte aus
der Forschung in Verbindung von sowohl exzellenter Grund-
lagen- als auch praxisnaher Anwendungsforschung präsentiert.
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BMW-Lieferanten-Innovationstag Leichtbau
Das Fraunhofer IWU präsentierte sich am 7. März 2018
auf dem Lieferanten-Innovationstag Leichtbau im BMW
Forschungs- und Innovationszentrum FIZ. Die Delegation
des Instituts stellte vor BMW-Führungskräften aus den
Bereichen Gesamtfahrzeug, Karosserie, Antrieb und Fahrwerk
verschiedene Innovationen zu den Themen Elektromobilität,
Leichtbau und Fügen vor. Neben den geführten Management-
Rundgängen wurden die Ausstellungsstandorte von BMW-
Mitarbeitern stark frequentiert und die Forschungsthemen
sehr rege hinterfragt.
6. Wissenschaftliches Symposium des SFB/TR 39 PT-PIESA
Neueste Technologien und Forschungsergebnisse zum Thema
»Leichtbau durch Funktionsintegration« wurden auf dem
6. Wissenschaftlichen Symposium des SFB / TR 39 PT-PIESA
am 27. und 28. März 2018 an der Technischen Universität
Chemnitz und dem Fraunhofer IWU präsentiert. Die Veranstal-
tung bildete den Rahmen für den Abschluss von zwölf Jahren
Spitzenforschung. Dabei stellten Wissenschaftler aus sieben
Forschungseinrichtungen die enorme Breite und Vielfalt der
Prozessketten und Technologien zur Entwicklung intelligenter
Systeme in der Produktionstechnik vor – begleitet von hochka-
rätigen Vorträgen von Spezialisten aus der Industrie.
Mehrwert vernetzte Produktion
Die Digitalisierung hält Einzug in die Produktion – Maschinen
sollen intelligent werden, sich untereinander vernetzen und
autonom arbeiten. Viele Hersteller stehen dieser Vernetzung
jedoch etwas ratlos gegenüber: Wie soll sie genau aussehen?
Welchen Nutzen leistet sie konkret? Die Wissenschaftler des
Fraunhofer IWU beantworteten diese Fragen am Beispiel einer
Miniatur-Umformpresse und ihrem digitalen Zwilling. Anhand
dieser »Maschine 4.0« zeigten sie auf der Hannover Messe
Industrie vom 23. bis 27. April 2018, welche Möglichkeiten die
Digitalisierung unter dem Motto »Anfassen, Erleben, Nutzen«
im Bereich der Produktion bietet. Als ein weiteres Tema stand
daran anknüpfend die sichere und bereits industriell eingesetzte
Mensch-Roboter-Kollaboration im Fokus.
Auf der Messe ist erstmals auch der Fraunhofer Think Tank
Award verliehen worden. Mit diesem Preis will der Fraunhofer-
Vorstand herausragende Präsentationsideen fördern. Eine Jury
aus der Fraunhofer-Zentrale wählte die drei Gewinner unter
den zwölf Einreichungen aus. Das Fraunhofer IWU wurde für
die »Maschine 4.0« prämiert.
Chemnitzer Produktionstechnisches Kolloquium CPK2018
Rund 200 Teilnehmer des 10. Chemnitzer Produktionstechni-
schen Kolloquiums CPK 2018 erlebten vom 6. bis 7. Juni 2018
unter dem Motto »Präzision durch adaptive Produktion« zwei
informationsgeladene Tage rund um die Produktion der Zukunft.
Der Fokus lag auf den Bereichen Maschine, Prozess und Steue-
rung sowie deren komplexen Wechselwirkungen – auch im
Zeichen der zunehmenden Digitalisierung.
Ein hochkarätiges Programm, unter anderem mit Plenarvorträgen
von Top-Managern wie Oliver Zipse (BMW), Prof. Tim Hosen-
feldt (Schaeffler), Dr. Ulrich Kohler (ZF Friedrichshafen) und
Dr. Masahiko Mori (DMG Mori) sowie mit Vorträgen weiterer
1 Anja Karliczek, Bundesminis-
terin für Bildung und Forschung,
besuchte den Messestand des
Fraunhofer IWU auf der Hanno-
ver Messe Industrie 2018 und
informierte sich bei Institutsleiter
Prof. Matthias Putz über das
Konzept der »Maschine 4.0«.
1
51
2 Bundesminister Peter Altmaier
(re.) zeichnete das »Kunstgelenk –
Netzwerk Endoprothetik« als
ZIM-Netzwerk des Jahres 2018
aus. Die Auszeichnung nahmen
Dr. Torsten Prietzel (Universitäts-
medizin Leipzig, li.) und Dr. Ronny
Grunert (Fraunhofer IWU, Mitte)
entgegen.
3 Dr. Jan Bräunig wurde für
seine Dissertation mit dem
Johann-Andreas-Schubert-Preis
ausgezeichnet.
namhafter Referenten aus Industrie und Wissenschaft, bot den
Teilnehmern Lösungen zu aktuellen produktionstechnischen
Herausforderungen und Ausblicke auf zukünftige Entwick-
lungstrends. Beim »Manufacturing Live« in den Versuchsfel-
dern präsentierten die Wissenschaftler des Fraunhofer IWU
Forschungsergebnisse rund um die Themen der CPK.
»Kunstgelenk« ist ZIM-Projekt des Jahres
Am 7. Juni 2018 zeichnete Peter Altmaier, Bundesminister
für Wirtschaft und Energie, im Rahmen des Innovationstages
Mittelstand das »Kunstgelenk – Netzwerk Endoprothetik« als
ZIM-Projekt des Jahres 2018 aus.
Das im März 2013 gegründete Netzwerk wird gemeinsam vom
Fraunhofer IWU und der Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie
und Plastische Chirurgie des Universitätsklinikums Leipzig /
Medizinische Fakultät der Universität Leipzig koordiniert und
widmet sich der Etablierung eines optimierten Behandlungs-
konzeptes im Bereich der Gelenk-Endoprothetik. Verfolgt wird
dabei der neue Ansatz der ganzheitlichen Betrachtung von
Gelenkerkrankungen mithilfe von Implantaten, deren Design
und räumliche Konfiguration an die ursprüngliche Anatomie
beziehungsweise Biomechanik angepasst sind und ressourcen-
effizient gefertigt werden. Dabei sollen auch neuartige Mess-
systeme und Instrumente für den Operateur zum Einsatz
kommen.
Das Kooperationsnetzwerk aus Unternehmen und Forschungs-
einrichtungen konnte sich durch hervorragende Netzwerkarbeit
und die besonders erfolgreiche Nutzung der Projektergebnisse
im Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) in der
Kategorie »Netzwerk« durchsetzen.
Auszeichnung für Dissertation
Dr. Jan Bräunig wurde auf der SACHSENMETALL-Mitglieder-
versammlung am 9. Juni 2018 für seine Dissertation mit dem
Johann-Andreas-Schubert-Preis ausgezeichnet. Die Arbeit
zu »Auswirkungen moderner Fertigungsverfahren auf das
akustische Verhalten von Verzahnungen« hat thematisch eine
hohe Praxisrelevanz für die Metall- und Elektroindustrie. So
sind mit den Erkenntnissen der Arbeit im Vergleich zum Stand
der Technik genauere und verfahrensabhängige Anregungs-
prognosen möglich.
Mit dem Preis würdigt SACHSENMETALL in Zusammenarbeit
mit der Johann-Andreas-Schubert-Stiftung alle zwei Jahre
herausragende wissenschaftliche Abschlussarbeiten von
Studenten und jungen Wissenschaftlern. Er geht zurück auf
Johann Andreas Schubert, einen der Gründungsväter der
sächsischen Metall- und Elektroindustrie.
2 3
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Fraunhofer-Fußballturnier
Das alljährliche Fraunhofer-Fußballturnier wurde am 23. Juni
2018 in Chemnitz auf dem Sportgelände des BSC Rapid
Chemnitz e. V. ausgetragen. Sechzehn Mannschaften trotzten
den wenig sommerlichen Temperaturen und dem Nieselregen.
Sieger und damit Gewinner des Fraunhofer-Wanderpokals
wurde das Team des Fraunhofer IFF. Die Magdeburger setzten
sich im Finale im Neun-Meter-Schießen gegen die Mannschaft
des Fraunhofer IOF aus Jena durch. Die amtierenden Titel-
verteidiger – die Fußballer des gastgebenden Fraunhofer IWU –
belegten einen hervorragenden 3. Platz.
Leichtbaulösungen mittels Pultrusionsverfahren
Mit Blick auf die zunehmende Forderung nach ressourcen-
effizienten Fertigungsmöglichkeiten kann das Pultrusions-
verfahren zur Herstellung faserverstärkter Strukturen punkten.
Zu diesem Thema fand am 19. Juni 2018 am Fraunhofer IWU
in Dresden ein Workshop statt, den das IWU-Netzwerk PulNet
in Kooperation mit dem Innovationsverbund Maschinenbau
Sachsen VEMASinnovativ und der Wirtschaftsförderung
Sachsen ausrichtete. Für die Teilnehmer des Workshops wur-
den hochkarätige Vorträge aus Wirtschaft und Wissenschaft
entlang der kompletten Wertschöpfungskette der Pultrusions-
technologie gebündelt. Ergänzend wurden innovative Projekte
aus Forschung und Entwicklung vorgestellt, u. a. das bowbike,
eine Entwicklung des Chemnitzer Start-up-Unternehmens, bei
dem pultrudierte Profile für ein innovatives Fahrradkonzept
verwendet werden.
Sino-German-Workshop
Spitzenforscher aus Deutschland und China tauschten sich vom
17. bis 20. Juli 2018 am Fraunhofer IWU Dresden zu neuesten
Erkenntnissen hinsichtlich aktueller Herausforderungen in
der Umformtechnik aus. Im Fokus standen Leichtmetalle wie
Aluminium- und Magnesium-Legierungen. Diese Werkstoffe
gewinnen weltweit u. a. vor dem Hintergrund eines umwelt-
und klimafreundlichen Automobilbaus immer mehr an Bedeu-
tung. Ihre Verarbeitung gestaltet sich jedoch anspruchsvoller
als etwa die von Stahl, weshalb Wissenschaftler neue Lösungen
für die Herstellung von Produkten aus den Leichtmetallen
entwickeln.
Neben den Vorträgen und wissenschaftlichen Diskussionen stand
bei dem vom deutsch-chinesischen Zentrum für Wissenschafts-
förderung gesponserten Workshop die industrielle Praxis im
Mittelpunkt, u. a. mit Touren zur IMA Materialforschung und
Anwendungstechnik GmbH und zum Aluminiumtechnik-Unter-
nehmen Bharat Forge in Brand-Erbisdorf. Das Wissenschaftler-
treffen soll in den kommenden Jahren fortgesetzt werden.
Schaeffler-Management am Fraunhofer IWU
Am 8. August 2018 informatierte sich eine Delegation des Auto-
mobil- und Maschinenbauzulieferers Schaeffler unter Leitung
von Andreas Schick, Produktionsvorstand, am Fraunhofer IWU
in Chemnitz über die Themen intelligente Prozesse und Systeme,
ganzheitliche Betrachtung von Prozessketten, Digitalisierung in
der Produktion sowie Mensch-Roboter-Kooperation. Im Fokus
stand die Frage, bei welchen konkreten Themen und Heraus-
forderungen die Zusammenarbeit in beiderseitigem Interesse
initiiert bzw. vertieft werden kann. Die mehrstündige Führung
durch die Chemnitzer Versuchsfelder war geprägt von einem
intensiven fachlichen Dialog.
1
53
1 Beim 2. Sino-German Work-
shop trafen sich 37 Spitzenfor-
scher aus China und Deutsch-
land, um Lösungen für die
Umformung von Leichtmetallen
zu diskutieren.
2 Prof. Reimund Neugebauer
(re.) und Prof. Marek Tukiendorf
(li.) eröffneten das Fraunhofer
Project Center ALighT.
Produktionstechnische Gespräche Dresden
Mit der Veranstaltungsreihe »Produktionstechnische Gespräche
Dresden« bietet das Fraunhofer IWU ein Forum, in dem
Anbieter, Anwender und Zulieferer der Fertigungstechnik
Einblicke in produktionstechnische Trends aus Wirtschaft und
Wissenschaft erhalten.
Die Flexibilisierung in der Produktion mit dem Schwerpunkt
Maßhaltigkeitsanalyse war Thema der Produktionstechnischen
Gespräche Dresden am 8. August 2018. Die Teilnehmer er-
lebten eine spannende Diskussion zu den Herausforderungen
einer steigendenden Modell- und Derivateanzahl auf den
Qualitätsprozess, die Live-Vorstellung der flexiblen Bestimm-
vorrichtung »Promess Measuring Device (PMD)« und bekamen
Impulse aus der Wissenschaft und Wirtschaft zum Thema
der Flexibilisierung von Spannstücken für die Maßanalyse.
Das kulinarisch begleitete Get-together bot Gelegenheit zum
Austauschen, Diskutieren und Informieren.
Project Center für automobilen Leichtbau an der
Technischen Universität Opole in Polen eröffnet
Am 6. September 2018 hat die Fraunhofer-Gesellschaft ihr
erstes »Project Center« an der Technischen Universität Opole
in Polen eröffnet. Die neu gegründete Forschungsplattform
trägt den Namen »Fraunhofer Project Center for Advanced
Lightweight Technologies (ALighT)« und ist eine Kooperation
des Fraunhofer IWU mit der TU Opole. Vor Ort bündelt das
Fraunhofer Project Center die Expertise beider Partner in der
Entwicklung von Produktionsprozessen, Designkonzepten und
Kalkulationsstrategien für die Produktion hybrider Leicht-
baukomponenten insbesondere für die Automobilindustrie.
2
Durch die Forschungs- und Entwicklungsergebnisse können
Leichtbaustrukturen für mobile Anwendungen zukünftig
kostengünstiger, energieeffizienter und umweltschonender
produziert werden. Davon profitiert letztlich auch die europäi-
sche Automobilindustrie.
Die Eröffnung fand im Beisein von Fraunhofer-Präsident Prof.
Reimund Neugebauer sowie des polnischen stellvertretenden
Ministerpräsidenten PhD Jarosław Gowin, des Staatssekretärs
im Ministerium für Entrepreneurship and Technology Marcin
Ociepa, des Oberbürgermeisters der Stadt Opole Arkadiusz
Wiśniewski, des Rektors der TU Opole Prof. Marek Tukiendorf,
des geschäftsführenden Institutsleiters des Fraunhofer IWU
Prof. Welf-Guntram Drossel und Prof. Lothar Kroll, Haupt-
abteilungsleiter am Fraunhofer IWU und Managing Director
des Fraunhofer Project Center ALighT, statt.
56
D A S I N S T I T U T I M P R O F I L
Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU ist Motor für
Neuerungen im Umfeld der produktionstechnischen Forschung und Entwicklung. Mit rund
600 Mitarbeitenden an den Standorten Chemnitz, Dresden, Leipzig, Wolfsburg und Zittau
erschließen wir Potenziale für die wettbewerbsfähige Fertigung in Zukunftsbranchen wie
Automobil- und Maschinenbau, Luft- und Raumfahrt oder Medizintechnik, aber auch der
Elektrotechnik sowie der Feinwerk- und Mikrotechnik. Im Fokus der Wissenschaft und
Auftragsforschung stehen Bauteile, Verfahren und Prozesse sowie die dazugehörigen
komplexen Maschinensysteme – die ganze Fabrik.
Als Leitinstitut für ressourceneffiziente Produktion liegt unser Fokus auf der Entwicklung von
Effizienztechnologien und intelligenten Produktionsanlagen zur Herstellung von Karosserie- und
Powertrainkomponenten sowie auf der Optimierung der damit verbundenen umformenden,
spanenden und fügenden Fertigungsprozesse, wobei wir Wert auf die Betrachtung der
gesamten Prozesskette legen. Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen und Technologien zur
Verarbeitung neuer Werkstoffe, aber auch die Funktionsübertragung in Baugruppen sind dabei
wichtige Erfolgsfaktoren.
Die fortschreitende Digitalisierung ist ein zentrales Zukunftsthema unserer Zeit. Hierfür
entwickeln wir ganzheitliche Lösungen mit konkretem Mehrwert, die auch künftig die
Wettbewerbsposition unserer Partner stärken und ausbauen. Fundament dafür ist die
»E³-Forschungsfabrik Ressourceneffiziente Produktion«. Gemeinsam mit Forschungs- und
Industriepartnern entstehen neben Lösungen für effiziente Technologien auch fabrikplanerische
Konzepte für die flexible, ressourceneffiziente Produktion sowie innovative Informations- und
Visualisierungstechnologien zur Einbindung des Menschen als Erfolgsgaranten in die Fabrik der
Zukunft.
FORSCHEN FÜR DIE ZUKUNFT
57
GEMEINSAM ZUM ERFOLG – VORSPRUNG FÜR UNTERNEHMEN
Unsere Kunden profitieren von unserem Know-how und
einem kompletten Service bei der Entwicklung von Produkten
und Verfahren bis zur Anwendungsreife.
Überblick über technische Möglichkeiten und die
aktuelle Marktlage
Wir erstellen Machbarkeitsstudien, Markt- und Trendanalysen
und führen Wirtschaftlichkeitsberechnungen durch.
Produkt entwickeln und Produktqualität verbessern
Wir übernehmen neben der Entwicklung und Optimierung
von Produkten und Anwendungen auch die Konstruktion
und Fertigung von Prototypen, ganz gleich, ob es sich um ein
einzelnes Bauteil, eine Baugruppe oder ein Komplettsystem
handelt.
Produktivität steigern
Wir optimieren Produktionsabläufe, entwickeln neue
Technologien und Produktionsverfahren und unterstützen Sie
bei deren Einführung.
Technische Kennwerte für Produkte und Verfahren
Wir bieten modernste messtechnische Serviceleistungen von
der Werkstoffprüfung bis zur Maschinendiagnose.
Kooperationsformen
Für eine erfolgreiche, zukunftsorientierte Forschung auf dem
Gebiet der Produktionstechnik kooperieren wir mit Partnern
aus Industrie und Forschung. Dazu bieten wir verschiedene
Kooperationsformen an, die wir individuell an die Anforderun-
gen unserer Kunden anpassen:
– Zielgerichtete Grundlagenforschung im Verbund zwischen
Fraunhofer IWU und den angeschlossenen Professuren der
Technischen Universität Chemnitz
– Nutzung Fraunhofer-interner Instrumente der Vorlauf-
forschung und anschließende Überführung der Ergebnisse
in einen Technologietransfer hin zu Kooperationspartnern
– Gemeinsame Beteiligung mit Unternehmen und Hochschulen
an öffentlich geförderten Technologie-Verbundvorhaben
– Direkte, bilaterale Auftragsforschung für Industrie- und
Dienstleistungsunternehmen mit und ohne Zufinanzierung
durch öffentliche Geldgeber
– Bereitstellung neuester Maschinen- und Anlagentechnik
durch Unternehmen für Versuchs- und Forschungszwecke
im Institut
– Mitnutzung der modernen technischen Ausstattung des
Instituts durch Fremdfirmen, um sich mit neuen Technologien
vertraut zu machen
Bei fachübergreifenden Aufgabenstellungen arbeiten wir
eng mit anderen Forschungseinrichtungen, hauptsächlich
Fraunhofer-Instituten, und spezialisierten Unternehmen zu-
sammen und können so komplexe Systemlösungen anbieten.
58
D A S I N S T I T U T I M P R O F I L
Hauptabteilung
Funktionsintegration / Leichtbau
Dr. Ines Dani
Hauptabteilung
Fügen
Prof. Reinhard Mauermann
Hauptabteilung
Cyber-physische Produktionssysteme
Prof. Steffen Ihlenfeldt
KOMPETENZ ENTLANG DER WERTSCHÖPFUNGSKETTE
Wissenschaftsbereich
Mechatronik und Funktionsleichtbau
Prof. Welf-Guntram Drossel
Hauptabteilung
Mechatronik
Holger Kunze
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen
und Umformtechnik IWU
Hauptabteilung
Blechumformung
Frank Schieck
Wissenschaftsbereich
Umformtechnik
Prof. Reinhard Mauermann
Hauptabteilung
Massivumformung
Dr. Andreas Sterzing
Leitung Prof. Welf-Guntram Drossel (geschäftsführend)
Prof. Reinhard Mauermann
Prof. Matthias Putz
Geschäftsfeldentwicklung und Kommunikation
Angela Göschel
Betrieb
Heiko Riede
Hauptabteilung
Textiler Leichtbau
Prof. Lothar Kroll
59
Hauptabteilung
Zerspanungstechnik und Abtragen
Peter Blau
Hauptabteilung
Fertigungssysteme und Maschinen
Marko Pfeifer
Wissenschaftsbereich
Werkzeugmaschinen, Produktionssysteme
und Zerspanungstechnik
Prof. Matthias Putz
HauptabteilungSmarte Fabrik – Digitalisierung und AutomatisierungProf. Matthias Putz
Professur Werkzeugmaschinen und Umformtechnik
Leiter der Professur: Prof. Reimund Neugebauer
mit der Wahrnehmung der Professur beauftragt:
Prof. Matthias Putz
Professur Adaptronik und Funktionsleichtbau
Prof. Welf-Guntram Drossel
Professur Umformendes Formgeben und Fügen
Prof. Verena Kräusel (komm.)
Professur Fertigungsmesstechnik
Prof. Sophie Gröger
Professur Mikrofertigungstechnik
Prof. Andreas Schubert
Professur Virtuelle Fertigungstechnik
Prof. Birgit Awiszus
Technische Universität Chemnitz
Institut für Werkzeugmaschinen
und Produktionsprozesse IWP
Prof. Welf-Guntram Drossel, Geschäftsführender Direktor
Prof. Andreas Hirsch, Geschäftsführer
60
D A S I N S T I T U T I M P R O F I L
Betriebshaushalt
Die Betriebsausgaben des Jahres 2017 beliefen sich auf
38,2 Millionen Euro, wobei 25,7 Millionen Euro als Personal-
aufwand und 12,5 Millionen Euro als Sachaufwand entstanden.
Die Finanzierung des Betriebshaushalts stellt sich wie folgt dar:
– Bearbeitung von Aufträgen aus der Industrie bzw. von
Wirtschaftsverbänden: 15,0 Millionen Euro,
– Vertragsforschung für die öffentliche Hand: 14,0 Millionen
Euro, wobei auf Bund und Länder 10,9 Millionen Euro sowie
auf Forschungsförderung und Sonstige 3,1 Millionen Euro
entfallen,
– Zuschuss aus der institutionellen Förderung des Bundes
und der Länder: 9,2 Millionen Euro.
Zur weiteren technischen Ausstattung des Instituts wurden
im Jahr 2017 Investitionsmittel in Höhe von 1,8 Millionen Euro
aufgewendet. Diese wurden über die institutionelle Förderung
des Bundes und der Länder sowie über Projekte finanziert. Im
Jahr 2017 sind insgesamt 881 Projekte bearbeitet worden.
BETRIEBSHAUSHALT UND MITARBEITERENTWICKLUNG
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sind der Erfolgsgarant
des Instituts, das geistige Kapital für unsere Forschung. Zum
Stichtag 31. Dezember 2017 waren am Fraunhofer IWU 559
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter beschäftigt.
Seinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern bietet das
Fraunhofer IWU die Möglichkeit zur fachlichen und persön-
lichen Entwicklung für anspruchsvolle Positionen am Institut,
an Hochschulen, in Wirtschaft und Gesellschaft. Studierenden
eröffnen sich aufgrund der praxisnahen Ausbildung und
Erfahrung am Institut hervorragende Einstiegs- und Entwick-
lungschancen in Unternehmen.
Eine Initiative zur Qualifizierung des wissenschaftlichen
Nachwuchses ist die Fraunhofer IWU-Führungsakademie,
die im Jahr 2010 ins Leben gerufen wurde. Talentierte, hoch
motivierte Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Instituts
nehmen an diesem zweijährigen Programm teil, das u. a.
anspruchsvolle Führungsseminare und einen individuellen
Mentoring-Baustein beinhaltet. 2017 startete der nunmehr
fünfte Durchgang der Führungsakademie.
61
2013 2014 2015 2016 2017
Mio €
35
30
25
20
15
10
5
0
Betriebshaushalt
2013 2014 2015 2016 2017
Wirtschaftserträge 14,3 15,6 16,2 14,7 15,0
Öffentliche Erträge (Bund und Länder) 7,2 7,7 6,8 8,3 10,9
Forschungsförderung / Sonstige 2,4 2,7 3,1 3,3 3,1
Institutionelle Förderung 5,9 7,6 9,0 10,0 9,2
= Betriebshaushalt in Mio € 29,8 33,6 35,1 36,3 38,2
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
500
400
300
200
100
0
2013 2014 2015 2016 2017
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler 211 228 251 248 264
Verwaltung und technisches Personal 102 104 114 113 118
Studentische Hilfskräfte 160 196 164 160 177
= Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter 473 528 529 521 559
2013 2014 2015 2016 2017
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D A S I N S T I T U T I M P R O F I L
STANDORTE
Chemnitz
Der traditionsreiche Maschinenbaustandort Chemnitz ist
Hauptsitz des Fraunhofer IWU. Der Campus E3-Produktion,
direkt neben der Technischen Universität gelegen, vereint
neben der »E³-Forschungsfabrik Ressourceneffiziente
Produktion« verschiedene Versuchsfelder sowie ein Virtual-
Reality-Technikum zur Bearbeitung von Forschungs- und Ent-
wicklungsaufgaben aus den Bereichen Werkzeugmaschinen
und Produktionssysteme, Umformtechnik, Montage, Zerspa-
nungs- und Mikrotechnik sowie Produktionsmanagement.
Dresden
Das Fraunhofer IWU am Standort Dresden ist in unmittelbarer
Nähe zur Technischen Universität angesiedelt. Zum Institutsteil
gehört u. a. ein Technikum für Forschungen auf den Gebieten
Adaptronik und Akustik, Generative Fertigung, Mechanische
Fügetechnik und Medizintechnik. Neben modernster Maschi-
nen- und Anlagentechnik wartet es mit einem reflexionsarmen
Raum auf, in dem akustische Untersuchungen an Maschinen,
Fahrzeugen und Anlagen durchgeführt werden können.
Leipzig
Das Leipziger Zentrum zur Erforschung der Stütz- und Bewe-
gungsorgane ZESBO ist ein gemeinsames Forschungslabor
der Abteilung Medizintechnik des Fraunhofer IWU und der
Universität Leipzig, Klinik und Poliklinik für Orthopädie,
Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie. In Leipzig arbeiten
achtzehn Mitarbeiter an biomechanischen Fragestellungen des
Bewegungssystems und der Medizinproduktentwicklung.
Wolfsburg
Im Rahmen der öffentlich-privaten Partnerschaft »Open Hybrid
LabFactory e. V. (OHLF)« forschen die Fraunhofer-Institute IFAM,
IWU und WKI im »Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg« an
der Entwicklung und großseriennahen Erprobung der gesamten
Prozesskette für Leichtbaustrukturen. Gemeinsam mit Partnern
werden Lösungen für technologische Herausforderungen
des ressourcenschonenden und kostengünstigen Leichtbaus
entwickelt.
Zittau
Das Fraunhofer-Kunststoffzentrum Oberlausitz arbeitet als
Projektgruppe des Fraunhofer IWU an der Entwicklung von
Leichtbautechnologien. Neben der generativen Fertigung von
Kunststoffbauteilen liegt der Fokus auch auf Technologien
für Faser-Kunststoff-Verbundhalbzeuge. Das Technikum des
Kunststoffzentrums befindet sich direkt neben der Hochschule
Zittau / Görlitz.
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1 Die 23. Kuratoriumssitzung
fand am 29. September 2017 in
Dresden statt.
1
KURATORIUM
Prof. Hans J. Naumann
NILES-SIMMONS Industrieanlagen GmbH, Geschäftsführender
Gesellschafter
Prof. Hubert Waltl
Kuratoriumsvorsitzender
Prof. Konrad Wegener
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Schweiz, Instituts-
leiter Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigung (IWF)
MinRat Christoph Zimmer-Conrad
Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und
Verkehr, Leiter Referat »Technologie«
Wir bedanken uns ganz herzlich bei allen Kuratoren und
Förderern für ihren Einsatz zur erfolgreichen Entwicklung des
Instituts.
Prof. Reinhold Achatz
thyssenkrupp AG, Head of Corporate Function Technology,
Innovation & Sustainability
Dr. Stephan Arnold
Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e. V.,
Präsident
Bernhard Beck
ehem. VERITAS AG
Dr. Gyula de Meleghy
Meleghy Automotive GmbH & Co. KG, Geschäftsführer
Walter Fust
Starrag Group Holding AG, Schweiz, Mitglied des
Verwaltungsrates
Dr. Gunnar Grosse
DEROSSI Invest GmbH, Geschäftsführer
Prof. Jochem Heizmann
Volkswagen AG, Mitglied des Vorstands – Geschäftsbereich
‘China‘
Wilfried Jakob
ehem. Europäische Forschungsgesellschaft für
Blechverarbeitung e. V.
Klaus Löffler
TRUMPF GmbH + Co. KG, Geschäftsführer TRUMPF Laser-
technik GmbH und TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH
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SERVICE
Adressen
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen
und Umformtechnik IWU
Reichenhainer Straße 88
09126 Chemnitz
Telefon +49 371 5397-0
Fax +49 371 5397-1404
www.iwu.fraunhofer.de
Standort Dresden
Nöthnitzer Straße 44
01187 Dresden
Telefon +49 351 4772-0
Fax +49 351 4772-2103
Standort Zittau
Projektgruppe Fraunhofer-Kunststoffzentrum Oberlausitz
Theodor-Körner-Allee 6
02763 Zittau
Telefon +49 3583 54086-0
Fax +49 3583 54086-4005
Publikationen
Die Datenbank FhG-Publica dokumentiert Publikationen und
Patente, die aus der Forschungstätigkeit der Fraunhofer-Institute
resultieren. Hier sind auch alle Veröffentlichungen der Mitar-
beiterinnen und Mitarbeiter des Fraunhofer IWU hinterlegt.
Unter www.publica.fraunhofer.de finden Sie Hinweise
auf Aufsätze, Konferenzbeiträge und Tagungsbände sowie
Forschungsberichte, Studien, Hochschulschriften und Patente
bzw. Gebrauchsmuster. Elektronisch vorhandene Dokumente
können Sie direkt aus der Datenbank im Volltext abrufen.
Ihre Ansprechpartnerin für Fachpublikationen
Dipl.-Bibl. Doris Lust
Ihre Ansprechpartnerin für Patente
Dipl.-Wirt.-Ing. Sabine Krause
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Impressum
Herausgeber
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen
und Umformtechnik IWU
Reichenhainer Straße 88
09126 Chemnitz
Öffentlichkeitsarbeit
Jan Müller
Telefon +49 371 5397-1462
Redaktion
Dr.-Ing. Ulrike Beyer
Tina Grüning
Martin Lamß
Anett Rennau
Anja Schmieder
Gestaltung und Produktion
Anja Schmieder
Druck
Union Druckerei Dresden GmbH
Bildquellen
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Seite 25 rechts: Ronald Bonss
Seite 41: Mandy Bent Fotografie
Seite 42: Jonas Kimme, TU Chemnitz
Seite 51 links: AiF Projekt GmbH
Seite 51 rechts: Paul Kuchel
Seite 53 rechts: Politechnika Opolska
Seite 63: Ines Escherich
Alle anderen Abbildungen: © Fraunhofer IWU
Bei Abdruck ist die Einwilligung der Redaktion erforderlich.
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