Laserschweißzelle adé – Fraunhofer und thyssenkrupp entwickeln hocheffiziente Laserschweißzange

© Fraunhofer IWU
Hocheffizientes Laserstrahlschweißen: Die von thyssenkrupp System Engineering und Wissenschaftlern des Fraunhofer IWU entwickelte Laserschweißzange lässt sich außerhalb von Laserschweißzellen einsetzen und funktioniert dank integrierter Absaugfunktion ohne energieintensive Pneumatik.

Eine hocheffiziente Laserschweißzange, die ohne Druckluft und außerhalb der bisher notwendigen, hermetisch geschlossenen Laserschweißzellen einsetzbar ist, und ein funktionsintegriertes Batteriegehäuse, das gleich mehreren Herausforderungen der Elektromobilität begegnet – dies sind die Highlights, die das Fraunhofer IWU vom 16. bis zum 18. Oktober 2018 auf der Internationalen Zuliefererbörse (IZB) in Wolfsburg am ACOD-Gemeinschaftsstand (Halle 4, Stand 4104) präsentiert. Darüber hinaus zeigt das Fraunhofer IWU u.a. effiziente Lösungen für das Fügen hybrider Leichtbaukomponenten und die wirtschaftliche Fertigung von Blechbauteilen in Kleinserien.

Werden Bauteile per Laser verschweißt, entstehen giftiger Schweißrauch und Schweißspritzer. Letztere können sowohl zur Verschmutzung der Bauteiloberläche führen, als auch die Lebensdauer des Schutzglases der Laserschweißoptik reduzieren. Außerdem wird Strahlung emittiert, die für Haut und Augen gefährlich ist. Abhilfe schafft man in der Industrie bislang, indem die Laserschweißanlagen in hermetisch geschlossenen Räumen untergebracht werden, den Laserschweißzellen. Um die Lebensdauer des Schutzglases zu erhöhen, werden Spritzer und Rauch bei herkömmlichen Systemen mit einem Luftstrahl, dem Crossjet, unter hohem Druck von der Schweißoptik weggeblasen und so im Raum verteilt. Der Rauch wird in der Regel durch großvolumige Raumluftabsaugungen entfernt. Nachteile dieses Vorgehens sind u.a. ein enormer Energieaufwand für die Pneumatik des Crossjets, ein schlechter Flächenausnutzungsgrad in der Fabrik und Verschmutzungen von Optik und Bauteilen trotz der Blasluftreinigung. Weiterlesen

Synthetische Kraftstoffe: 3D-Druck soll Effizienz steigern und Kosten senken

Gastrennmembran wie sie auch im Projekt PROMETHEUS entwickelt wird
Copyright: Forschungszentrum Jülich / T. Schlößer

Die Co-Elektrolyse ist ein neuer, sehr effizienter Weg, um aus CO2 und Wasser synthetische Kraftstoffe und Chemikalien herzustellen. Dieselautos und Benziner, aber auch LKWs, Flugzeuge und Schiffe könnten mit solchen Kraftstoffen praktisch klimaneutral fahren. Zudem bieten sie sich als Energiespeicher an, um Schwankungen von Wind- und Sonnenenergie auszugleichen. Im Projekt PROMETHEUS wollen Jülicher Forscher gemeinsam mit der WZR ceramic solutions GmbH sowie der griechischen Aristoteles-Universität Thessaloniki und dem Mineralölunternehmen Hellenic Petroleum nun mittels 3D-Druck einen Membranreaktor für die Herstellung synthetischer Kraftstoffe mit extradünnen Zellen entwickeln. Dieser soll deutlich effizienter und kostengünstiger sein als bisherige Anlagen, die sich größtenteils noch in einem experimentellen Stadium befinden. Weiterlesen

Roboter-Auge mit Rundumblick

© Fraunhofer IAPT
Innovative SensePRO-Sensorik ermöglicht eine 360°-Rundumsicht für die Prozessführung und Qualitätssicherung.

Roboter können sich in alle Richtungen bewegen – aber nicht in alle Richtungen sehen. Der patentierte Lasersensor SensePRO der Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT schafft Abhilfe.

Wo bin ich? Diese Frage müssen auch Roboter beantworten, wenn sie unermüdlich Werkstücke kleben, schweißen oder Dichtungen verfugen. Denn nur wenn die Robotersteuerung auf den Millimeter genau weiß, an welcher Stelle sich der Klebe- oder Schweißkopf gerade befindet, ist das Endergebnis präzise. Der Roboter braucht also eine Art Auge. In der Automobilindustrie und vielen weiteren Branchen übernehmen das spezielle Sensoren, die mehrheitlich mit dem Prinzip der Lasertriangulation arbeiten. Eine Laserdiode wirft eine Linie aus rotem Licht auf das Werkstück, von dort wird das Licht unter einem bestimmten Winkel reflektiert und weiter in eine Kamera geworfen. Aus der Position, von der das Licht auf den Kamerachip trifft, lassen sich die Position und die Entfernung des Sensors zum Werkstück innerhalb des Koordinatensystems bestimmen. Weiterlesen

Fehler im Wartungsmanagement vermeiden

Wer Werkzeuge und Betriebsmittel sicher prüfen will, kommt um die Dokumentation der Prüfung nicht herum.  Hierzu eignet sich eine Software, in der die Prüfberichte, Prüfergebnisse und Prüfprotokolle festgehalten werden. Die Hoppe Unternehmensberatung unterstützt Sie mit dem passenden Dokumentationssystem „Wartungsplaner“. Mit der Software können Sie Prüfungen von Werkzeugen, Maschinen und Betriebsmitteln planen, durchführen und dokumentieren.

Fehlender Überblick über Geräte und Fristen?

Dass Maschinen und Anlagen regelmäßig geprüft werden müssen, ist klar. Wer je Betriebsmittel sicher prüfen will, kommt um die Dokumentation der Instandhaltungsarbeiten nicht herum. Keine triviale Aufgabe. Zuallererst benötigt man einen Überblick über das betriebliche Inventar  Hierzu eignet sich eine Software, wie zum Beispiel der Wartungsplaner  in der auch die Prüfberichte und Prüfprotokolle festgehalten werden. Weiterlesen

Prozessgrenzen beim Walzplattieren besser verstehen

Abbildung 1: Aufbau des Grundversuchs zur Charakterisierung der Verbindung beim Walzplattieren (oben) ([Autoren] nach [Mik14]) und schematische Versuchsdurchführung (unten)

Stoffschlüssiges Verbinden durch Walzplattieren

Die hohen Anforderungen an moderne Bauteile, zum Beispiel im Bereich des Leichtbaus und der Energieeffizienz, können immer seltener durch monolithische Werkstoffe erfüllt werden. Hier greift das Walzplattieren als ein etabliertes Verfahren für das stoffschlüssige Verbinden verschiedener metallischer Werkstoffe an. Dies ermöglicht anwendungsgerechte Kombinationen physikalischer, chemischer oder mechanischer Werkstoffeigenschaften. In der Praxis werden allerdings Prozessgrenzen in Bezug auf kombinierbare Werkstoffe und realisierbare Schichtdickenverhältnisse beobachtet. So können stark unterschiedliche Festigkeiten der Verbundpartner oder ungünstige Schichtdickenverhältnisse zu stark unterschiedlicher Längung führen. Somit wird eine Verbindungsentstehung erschwert oder verhindert und es kann zu periodischem Aufreißen der schwächeren Schicht kommen. Um diese Zusammenhänge systematisch untersuchen und besser verstehen zu können, wurden am IBF realitätsnahe Simulationsmodelle und ein Grundversuch entwickelt, mit dem die Entstehung der stoffschlüssigen Verbindung entsprechend den Bedingungen im Walzspalt quantitativ nachvollzogen werden kann. Weiterlesen

Prozessabsicherung bei der Entwicklung lackierter Kunststoffteile

Abbildung 1: Durchführung der Chemikalienprüfung am Exterieur-Bauteil

Prüfung der Medienbeständigkeit an lackierten Bauteilen

Die Anforderungen an die Widerstandsfähigkeit einer lackierten Kunststoffoberfläche gegenüber natürlichen und chemischen Substanzen hängen vom vorgesehenen Einsatzgebiet des Bauteils ab. In der Automobilindustrie wird üblicherweise eine Einteilung der durchzuführenden Prüfungen in typische Belastungsarten von Interieur- und Exterieurbauteilen vorgenommen. Interieurkomponenten kommen beispielsweise mit Handschweiß, Sonnencreme sowie mit Getränken (z. B. Coca-Cola, Kaffee, Säfte) in Berührung. Eine Verträglichkeit gegenüber ausgewählten Pflege- und Reinigungsmitteln sollte entsprechend vorliegen. Exterieurkomponenten werden hingegen weitaus mehr Beanspruchungen ausgesetzt. Natürliche Substanzen wie Vogelkot und Baumharze können den Lack angreifen. Im Fahrzeug kommen außerdem Betriebsstoffe wie Kühlerfrostschutzmittel, Konservierungsmittel sowie unterschiedliche Kraftstoffe und Schmiermittel zum Einsatz, die mit den lackierten Oberflächen in Berührung kommen können. Weiterlesen

Energetische, Wirtschaftliche und Arbeitsmedizinische Aspekte zur Schweißtechnik

Abbildung 1: Einfluss der Schweißnahtgeometrie auf die Abkühlzeit t8/5 und den Wärmestrom beim MSG-Schweißen (Parameter: Standardlichtbogen bei v D = 10 m/min; PA-Schweißposition; Zusatzwerkstoff d = 1,2 mm G3Si1; Grundwerkstoff: S235; Schutzgas 15 l/min 82 % Ar, 18 % CO2; Schweißgeschwindigkeit 70 cm/min; Kontaktrohrabstand 18 mm)

Einleitung

Um die Wirtschaftlichkeit beim Schmelzschweißen zu erhöhen können Fülldrahtelektroden eingesetzt werden, welche aber gleichzeitig eine höhere Emission an gesundheitsschädlichen Stoffen beim Schweißen bewirken. Das Schmelzschweißen, als eine Möglichkeit Stahlbauteile zu fügen, spielt nach wie vor eine bedeutende Rolle in heutigen Konstruktionen. Fortlaufend wird an neuen Stahlsorten geforscht und vorhandene in ihren Eigenschaften weiter entwickelt. Das große Ziel ist, Stähle schnell und einfach zu fügen um damit wirtschaftlich Produkte herstellen zu können. Das Schmelzschweißen führt im Werkstoff grundsätzlich und unweigerlich zu einer Änderung des Gefüges. Dies hat wiederum großen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung. Für die Charakterisierung des Zeit-Temperatur-Verlaufs kommt dem Bereich zwischen 800 und 500 °C (sogenannte t8/5-Zeit) hohe Bedeutung zu, da dort die Gefahr unzulässiger Aufhärtung bzw. die Verminderung der Streckgrenze besteht. Für ein wirtschaftliches Schweißen müssen diese Kenntnisse vorliegen. Weiterhin besteht für das Personal, welches Schweißarbeiten durchführt, aber auch für Personen die sich in unmittelbarer Nähe des Bereiches der Schweißarbeitsplätze befinden, eine erhebliche Gefahr durch Strahlung und durch die Entstehung von alveolengängigen Schweißrauch. Die Professur Schweißtechnik der Technischen Universität Chemnitz ist mit mehreren Forschungsprojekten in diesen Bereichen aktiv. Einen repräsentativen Einblick aus diesen Projekten bietet der vorliegende Artikel. Weiterführende Informationen sind unter https://www.tu-chemnitz.de/mb/SchweiTech/ zu finden. Weiterlesen

Bestimmung und Berechnung der Gehäusefestigkeit für montierte Lagereinheiten. Warum das für die Betriebsoptimierung wichtig ist.

Stehlager – Sie werden von Konstrukteuren in nahezu allen Industriebereichen für eine Vielzahl von anspruchsvollen wie unkonventionellen Anwendungen eingesetzt. Um das für einen optimalen Betrieb adäquate Wälzlager auswählen zu können, sind Daten, die Aufschluss über die Leistungsanforderungen an die Gehäusefestigkeit geben, zentral.

Welche Konstruktionsüberlegungen sind etwa anzustellen, wenn die Anwendung eine Stehlagerinstallation in nicht-horizontaler Ausrichtung erfordert? Und was passiert, wenn die Lagerlast nicht durch das Unterteil der Stehlagereinheit aufgebracht wird? Antworten auf diese Fragestellungen erleichtern die Wahl eines geeigneten Stehlagers für die jeweilige Anwendung. Timken greift dafür auf physikalische Prüfungen, hochentwickelte Modellierungen und auf praktische Erfahrungen zurück. Weiterlesen

Schutzschichten für keramische Faserverbundwerkstoffe

Abbildung 1: Bruchfläche eines CMC; Fasern wurden aus dem Gefüge herausgezogen und ermöglichen damit schadenstolerantes Verhalte

Keramische Faserverbundwerkstoffe

Verbundwerkstoffe aus keramischen Fasern umgeben von einer keramischen Matrix werden in der Fachwelt als CMC (Ceramic Matrix Composites) bezeichnet und sind eine sehr junge Werkstoffklasse. Im Vergleich zu metallischen oder polymeren Verbundwerkstoffen, dienen die Fasern in CMC nicht der Erhöhung der Festigkeit oder Steifigkeit, sondern ermöglichen durch den Faser-Pull-Out (Verbrauch von Energie beim Risswachstum) ein quasiduktiles oder auch schadenstolerantes Verhalten (Abbildung 1). Defekte, welche in dichten Hochleistungskeramiken zum katastrophalen Versagen führen würden, werden durch CMC ohne weiteres ertragen und ermöglichen den Einsatz in sicherheitsrelevanten Anwendungen. Weiterlesen

Forscher entwickeln festes Material mit beweglichen Partikeln, die auf äußere Einflüsse reagieren

In den meisten Materialien bewegt sich wenig. Aber in einem neuen „aktiven Nanokomposit“ wimmelt es gewaltig: Kleine Partikel verbinden sich oder trennen sich und ändern damit die Farbe des ganzen Materials. Es stammt von Forschern des Leibniz – Institut für Neue Materialien in Saarbrücken, die Materialien so mehr Dynamik verleihen wollen. Dank der beweglichen Komponenten kann das transparente Material auf Temperaturveränderungen und zukünftig auch auf andere äußere Einflüsse, wie chemische Substanzen und Gifte, durch einen Farbwechsel „antworten“. Deshalb arbeiten die Forscher in absehbarer Zeit zum Beispiel daran, Folienverpackungen zu entwickeln, die ihre Farbe verändern, wenn Lebensmittel verdorben sind.

Bewegliche Partikel in eingeschlossenen Flüssigkeitströpfchen ändern die Farbe fester Materialien: Bei höherer Temperatur (links) bewegen sie sich einzeln in den Tropfen und geben dem festen Material eine rubinrote Farbe; bei niedriger Temperatur (rechts) ballen sich zusammen und verändern die Farbe zu Grau-Violett. Quelle: INM

Weiterlesen