Inhalte der Online-Ausgabe 11/12-2023

Einblicke in die Gestaltung nachhaltiger Produktionstechnik

R. H. Schmitt – WZL, RWTH Aachen Lehrstuhl für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement; Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen

Der Erhalt wirtschaftlichen Wohlstands angesichts begrenzter globaler Ressourcen, zunehmender Störungen und demografischer Veränderungen stellt Unternehmen im Produktionssektor vor erhebliche Herausforderungen. Um weiterhin erfolgreich zu sein, müssen diese Unternehmen ihre Produktionsmethoden neu ausrichten, um nach­haltiger und widerstandsfähiger zu werden. Digitalisierung spielt hierbei eine zentrale Rolle, die in komplexen sozio-technischen Systemen den Menschen einbezieht. Die schiere Menge an Daten reicht nicht aus, um die Industrie zu revolutionieren. Wir sprechen nicht mehr nur von „Industrie 4.0“, sondern auch von einer menschen-zentrierten Vision, die die europäische Gesellschaft bewogen hat, die evolutionäre Stufe als „Industrie 5.0“ zu bezeichnen. Die aktuelle Ausgabe des Heftes 11/12 fokussiert genau diesen Wandel und bietet tiefgreifende Einblicke in die Gestaltung einer nachhaltigen und widerstandsfähigen, weil anpassungsfähigen Produktionstechnik. S. 468

Wechselwirkungserfassung zwischen Walzenrundlauf und Elektrodendicke

F. Kößler, R. Hertweck, J. Fleischer – wbk Institut für Produktionstechnik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Mit der zunehmenden Verbreitung von Lithium-Ionen-Batteriezellen ist eine Eingrenzung der Fertigungstoleranzen erkennbar. Die Dicken der Batterieelektroden, aus denen die Batteriezellen später assembliert werden, haben einen wesentlichen Einfluss auf die elektrochemischen Eigenschaften der fertigen Batteriezelle. Dieser Beitrag untersucht den Einfluss des Rundlaufs der Kalanderwalzen auf die Elektrodendicke von graphit-basierten Anoden mittels Sensorintegration in einem Batteriekalander. S. 469

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-11-12-5

Adaptive Prüfplanung

B. Denkena, M. Wichmann, L. Reuter – Universität Hannover, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen IFW, Garbsen

Datengetriebene Prognose­modelle sind der Kern einer adaptiven Prüfplanung, besitzen jedoch stets einen modellbasierten Prognosefehler. Zur zuverlässigen Interpretation des Vorhersageergebnisses ist daher die Modellierung der einhergehenden Unsicherheit von besonderer Bedeutung. In diesem Beitrag werden drei Ansätze zur Unsicherheitsmodellierung der Oberflächenrauheit 3-achsig gefräster Werkstücke aus Aluminium vorgestellt, wobei eine hohe Erfassungswahrscheinlichkeit von 92 % erzielt werden kann. S. 475

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-11-12-11

Werkzeug-Einlaufverhalten beim Microfinishen

M. Tilger, D. Biermann – Technische Universität Dortmund, Institut für Spanende Fertigung ISF

Die Untersuchungen vergleichen das Einlaufverhalten metallisch gebundener Diamant-­Microfinishwerkzeuge in unterschiedlichen Konditionier­zuständen. Die Analyse erfolgt werkstück-, prozess- als auch werkzeugseitig anhand von Oberflächengüte, Prozesskräften und Werkzeugtopographie. Hierdurch wird die Wirkung der Konditionierzustände auf das Einlaufverhalten des Werkzeugs respektive das Erreichen der stationären Prozessphase untersucht und hinsichtlich der auftretenden Wechselwirkungen analysiert. S. 482

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-11-12-18

Multifluide Dielektrika beim funkenerosiven Bohren

E. Uhlmann, M. Polte; M. Osmanovic – Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK, Berlin; Institut für Werkzeug­maschinen und Fabrikbetrieb IWF, Technische Universität Berlin

Dieser Beitrag stellt die Ergebnisse zur Untersuchung multifluider Dielektrika beim funken­erosiven Mikrobohren vor. Dazu werden flüssige, gasförmige sowie gemischte Dielektrika einzeln sowie in Kombination untersucht. Als Werkstoffe kamen für das Werk­zeug Hart­metall und für das Werkstück gehärteter Stahl zum Einsatz. Im Ergebnis zeigte sich Öl als stabilster Erosionsprozess. S. 489

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-11-12-25

Einsatzvorbereitung von Stäbchenkorund­schleifscheiben

B. Denkena, B. Bergmann, A. Schulze – Universität Hannover, IFW

Zur Bearbeitung der Endkontur von Werkstücken werden vorwiegend Schleifverfahren eingesetzt. Aufgrund hoher thermischer und mechanischer Beanspruchungen des Werkstücks und Werkzeugs sind diese Verfahren jedoch auf geringe Abtragsleistungen begrenzt. Durch die Entwicklung neuartiger Stäbchenkorundschleifscheiben wird die Leistungsfähigkeit von Schleifprozessen erhöht. Diese sind bisher aufgrund hoher Kosten bei der Einsatzvorbereitung noch nicht wirtschaftlich einsetzbar. S. 494

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-11-12-30

Tiefenwirkung bei variierten Abrichtbedingungen

G. Kuhlmann, N. Guba, T. Hüsemann, C. Heinzel, B. Karpuschewski – Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien IWT und Uni Bremen

Prozess- und Abrichtparameter beeinflussen die thermische Wirkung und damit die Energieumwandlung und Randzonenausbildung. Dies wird für einen ein- sowie dreistufigen Schleifprozess gegenüber­gestellt. Die Randzonen- und Tiefenbeeinflussung bei geänderten Abrichtgeschwindigkeitsverhältnissen verdeutlichen das Potenzial, bei mehrstufigen Prozessen zwischen den Zyklen Stellgrößen produktivitätsoptimiert anzupassen. Zudem kann mit einem schleifleistungs­basierten Modell Schleifbrand detektiert werden. S. 499

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-11-12-35

Vergleich einer Wärmepumpe mit einem Blockheizkraftwerk

A. Mages, L. Willer, A. Sauer – Institut für Energieeffizienz in der Produktion EEP, Universität Stuttgart

In diesem Beitrag wird die Integration einer Wärmepumpe und eines Blockheizkraftwerks in eine bestehende Energieversorgungsinfrastruktur am Beispiel eines Kleinunternehmens ökonomisch und ökologisch für zwei historisch stark unterschiedliche Energiepreisszenarien für variable installierte Kapazitäten bewertet. Als Ergebnis konnte mit tendenziell größeren CO2-Einsparungen für die Wärmepumpe eine starke, für das BHKW eine nur moderate Abhängigkeit der Amortisationszeiten auf unterschiedliche Energiepreisentwicklungen festgestellt werden. S. 505

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-11-12-41

Vergleich von Energiesystemplanungsmethoden

F. Schnell, A. Emde; A. Brenner, A. Sauer – Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart; EEP, Uni Stuttgart

In diesem Beitrag werden unterschiedliche Planungsvorgehen aus verschiedenen Anwendungsfeldern, wie Fabrikplanung, regionale und industrielle Energiesystemplanung sowie Planungsvorgehen für Energieeffizienzmaßnahmen, vorgestellt und miteinander verglichen. Der Fokus liegt dabei auf der Übertragbarkeit von Energiesystemplanungsverfahren auf den Industrieplanungsfall. S. 512

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-11-12-48

Digitale und nachhaltige Organisationen

P. Schrader, E. Gross, T. Bauernhansl; G. Hoeborn – Fraunhofer IPA, Stuttgart; FIR an der RWTH Aachen

Neue Konzepte wie die Wertsteigernde Kreislaufwirtschaft bieten Lösungsansätze, Nachhaltigkeit durch Digitalisierung in Unternehmen gewinnbringend zu realisieren. Um die notwendigen Kompetenzen parallel zum bestehenden Geschäft aufzubauen, gibt es verschiedene Ansätze der organisationalen Ambidextrie. Mittels einer quantitativen Literaturrecherche wurden die vier grundlegenden Modi strukturelle, temporäre, kontextuelle und Domänen-­Ambidextrie identifiziert und charakterisiert. S. 518

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-11-12-54

Treiber der nachhaltigen Geschäftsmodellinnovation

F. Mais, T. Bauernhansl; L. Schmitt – Fraunhofer IPA, Stuttgart; Umwelt Campus Birkenfeld, Hochschule Trier

Der Beitrag untersucht die Treiber der Dekarbonisierungsziele und deren Auswirkungen auf nachhaltige Geschäftsmodellinnovationen in der Stahl-, Zement- und chemischen Industrie mittels einer systematischen Literaturrecherche und einer qualitativen Expertenbe­fragung. Die identifizierten Treiber werden in die Cluster Politik, Ökonomie und Gesellschaft eingeordnet. Die Ergebnisse bieten wertvolle Einblicke für Entscheidungsträger und Unternehmen, die ihre Aktivitäten im Kontext der Dekarbonisierung zukunftsfähig gestalten möchten. S. 525

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-11-12-61

Mass Personalization: Strategischer Einsatz und Trends

F. Mais, E. Gross, P. Schrader, T. Gramberg, S. Neubauer; A. Storz; M. Wolperdinger, N. Hildebrandt, S. Krieg; A.-K. Briem; M. Dangelmaier; J. Ulmer – Fraunhofer IPA; Fraunhofer-Institut für Grenz­flächen- und Bioverfahrenstechnik IGB; Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP; Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO; Institut für Grenz­flächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie, Uni Stuttgart

Die Online-Umfrage des Leistungszentrums Mass Personalization in Stuttgart zeigt, dass Personalisierung als Differenzierungsstrategie von Unternehmen genutzt wird, um Kunden maßgeschneiderte Produkte anzubieten und Wettbewerbsvorteile zu erzielen. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über aktuelle Trends der Personalisierung. S. 531

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-11-12-67

Personalisierte Produkte und ihre Prozesse

E. Gross, P. Schrader, F. Mais, S. Nebauer, T. Bauernhansl; M. Dangel­maier; S. Krieg; V. Balzer – Fraunhofer IPA, Stuttgart; Fraunhofer IAO, Stuttgart; Fraunhofer IGB, Stuttgart; Skinmade GmbH, Stuttgart

In der Produktentwicklung und den Produktionsprozessen personalisierter Produkte können durch die Einbindung von Kunden Wettbewerbsvorteile erzielt werden. Hierbei nutzen Unternehmen die Personalisierung auch als Differenzierungsstrategie. Das Leistungszentrum Mass Personalization hat hierzu die Produktentwicklung sowie die Produktionsprozesse unterschiedlicher Branchen in einer Online-Umfrage analysiert und mit einem Personalisierungs-Spin-off verglichen. S. 538

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-11-12-74

CT-Messungen automatisieren

E. Blum, F. Stamer, G. Lanza – wbk, KIT, Karlsruhe

Industrielle Computertomographie erfordert umfassendes Expertenwissen. In diesem Beitrag wird ein Konzept vorgestellt, um die Parametrisierung von Messungen durch Reinforcement Learning zu automatisieren. Innerhalb einer Simulation sollen Agenten Messstrategien wie das Auslegen zeitminimaler Messungen erlernen. Auch wenn aktuelle virtuelle CTs realitätsnahe Messungen erlauben, verhindert die Laufzeit aktueller Simulationsumgebungen noch den Einsatz als effiziente Trainingsumgebung. S. 545

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-11-12-81

Alternativer Schraubenantrieb effizient zerspant

T. Arndt, V. Schulze; V. Sellmeier; W.-D. Kiessling; A. Kanz, M. Luik – wbk, KIT, Karlsruhe; Index-Werke Hahn & Tessky, Esslingen; Beutter Präzisions-Komponenten, Rosenfeld; Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn, Tübingen

Medizinische Knochenschrauben werden meist spanend aus biokompatiblen Titanlegierungen hergestellt. Für die Fertigung des Schraubenantriebs sind die geringen Abmessungen gepaart mit zähem Werkstoff oft herausfordernd. In diesem Beitrag wird ein neuartiger Schraubenantrieb vorgestellt, der sehr effizient durch synchronisiert-zyklisches Polygondrehen hergestellt werden kann. Im Vergleich zum konventionellen Fräsen eines Innensechsrunds ist eine mehr als 13-­fache Produktivitätssteigerung möglich. S. 550

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-11-12-86

Additiv gefertigte Reservoirs für mikrofluidische Chips

K. U. Kögler – Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM, Mainz

Mikrofluidische MEMS-Chips führen, analysieren und verarbeiten Fluide und Gemische. Silizium als Chipsubstrat erlaubt feinste Kanäle mit sub-­mikrometergenauen Strukturen. Anwendungsübergreifend ist die Zufuhr von Proben in diese Kanäle herausfordernd. Oberflächenspannungsphänomene, kleinste Luftblasen und Partikelagglomerationen bilden unüberwindbare Hürden. Anhand eines neuentwickelten Dispensierchips wird ein flexibler Lösungsweg für die Probenbereitstellung und -zufuhr aufgezeigt. S. 557

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-11-12-93