Prozessabsicherung bei der Entwicklung lackierter Kunststoffteile

Abbildung 1: Lichtkabine für die visuelle Beurteilung von Proben, Bildquelle: Fraunhofer IPA

Visuelle und messtechnische Beurteilung des Erscheinungsbildes (Appearance) lackierter Bauteile

Unterschiedliche Farbtöne sowie Farb- und Glanzeffekte lösen in uns Stimmungen aus. Wir sprechen oftmals von einem Sonnengelb, Nachtblau, Schneeweiß oder einem edlen Schimmer auf der Oberfläche. Ganz automatisch bringen wir neue Farb- und Glanzeindrücke in Verbindung mit bestehenden Erfahrungen, die durchaus einen Kaufwunsch auslösen können.

Die enorme Empfindlichkeit des menschlichen Auges erlaubt es uns mehrere Millionen Farben wahrzunehmen. Kleinste Farb- und Glanzabweichungen oder Lackierfehler reichen aber auch aus, um dem Gesamtbild einen disharmonischen Eindruck zu verleihen. Kein Messgerät ist in der Lage, die Vielfalt an visuellen Eindrücken des menschlichen Auges in gleicher Weise zu erfassen. Rein physikalisch gesehen wird im Auge nur ein zweidimensionales Bild auf der Netzhaut (Retina) erzeugt und dabei verkleinert sowie umgekehrt (das Bild steht auf dem Kopf) abgebildet. Viele einzelne Eindrücke aus unterschiedlichen Winkeln in kürzester Zeit betrachtet (bedingt durch die Augenbewegungen) werden im Sehzentrum des Gehirns zu einem komplexen Gesamteindruck verarbeitet. Das dreidimensionale Bild entsteht erst im Gehirn. Das Sehen ist von Geburt an ein lebenslanger, individueller Lernprozess. Die visuelle Wahrnehmung ist daher eine subjektive Empfindung und zudem von der Tagesform abhängig. Weiterlesen

Den Spritzern auf der Spur – für mehr Hygiene und eine höhere Korrosionsbeständigkeit medizintechnischer Produkte

Abbildung 1: Querschliff einer lasergeschweißten Mischverbindung aus ferritischen und
austenitischen Edelstählen

Heutzutage haben korrosionsbeständige Stähle viele Anwendungsbereiche des täglichen Lebens erobert. So kommen diese in zahlreichen Bereichen zum Einsatz, in denen erhöhte Korrosionsgefahr durch aggressive Medien droht, aber auch für Aufgabenstellungen mit hohen hygienischen Anforderungen. Im Laufe der Zeit wurde eine Vielzahl an verschiedenen korrosionsbeständigen Stählen für spezifische Einsatzgebiete entwickelt, die sich in ihrer Legierungszusammensetzung und Gefügemorphologie teilweise deutlich voneinander unterscheiden. Dies wirkt sich auch auf die Schweißeignung der jeweiligen Werkstoffe aus, die immer dann eine Rolle spielt, wenn einzelne Bauteile im Produktionsprozess durch Schweißen zu einer Baugruppe gefügt werden sollen. Während zum Verbinden massiverer Bauteile meist das Wolfram- oder Metall-Inertgas-Schweißen sowie das Widerstandspunktschweißen Anwendung finden, wird im Bereich filigraner Produkte meist das Laserstrahlschweißen verwendet. Durch dessen konzentrierte Wärmeeinbringung bei gleichzeitig geringem Gesamtenergieeintrag können verzugsarme Schweißbaugruppen in sehr kurzen Taktzeiten hergestellt werden. Am Bayerischen Laserzentrum (blz) konnte darüber hinaus gezeigt werden, dass trotz der stark unterschiedlichen Wärmeausdehnung und Wärmeleitfähigkeit die Möglichkeit besteht, auch Mischverbindungen zwischen austenitischen und ferritischen korrosionsbeständigen Stählen herzustellen, ohne dabei die Duktilität und Festigkeit der Werkstoffe im Bereich der Schweißnaht signifikant zu verringern. Weiterlesen

Untersuchungen zum Einfluss der spanenden Bearbeitung und des Schwefelgehalts auf die Schwingfestigkeit des Vergütungsstahls 42CrMo4+QT

Abbildung 1: Prinzipskizze Autofrettage [nach Gre06] und Einlippentiefbohren

42CrMo4+QT gilt als einer der gebräuchlichsten Vergütungsstähle in der Automobil- und Zuliefererindustrie und ist weit verbreitet in industriellen Anwendungen. Anwendungsgebiete sind u.a. Komponenten des Antriebstrangs, wie Pleuel, Kurbelwellen oder Common-Rails für Einspritzsysteme. Da diese Komponenten großen dynamischen Belastungen ausgesetzt sind, spielt ihre Schwingfestigkeit eine entscheidende Rolle. Um stetig steigende Anforderungen an diese Bauteile zu erfüllen, kann neben der Verwendung höherfester Werkstoffe auch die Anpassung der Produktionsprozesse zu einer Steigerung der Schwingfestigkeit beitragen. Weiterlesen

Flexible Messaufnahme, die den Karosseriebau revolutionieren könnte

© Fraunhofer IWU
Eine für alles: Das PROMESS Measuring Device ist die erste einsatzfähige flexible Messvorrichtung für den Großteil aller Prüfaufgaben im Karosseriebau.

Um die Maße von Karosseriebauteilen und -baugruppen auch nur einer einzigen Modellvariante zu überprüfen, benötigten Automobilhersteller bisher dutzende von individuellen Vorrichtungen, in welche die Teile für den Messvorgang eingespannt werden müssen. Ein teurer, platz- und materialintensiver Prozess. Wie es anders geht, zeigen die Wissenschaftler des Fraunhofer IWU: Gemeinsam mit einem Industriepartner haben sie eine flexible Messaufnahme entwickelt, die den Karosseriebau revolutionieren könnte. Weiterlesen

Lösungen für die Industrie 4.0

VITRONIC, ein  führendes Unternehmen für industrielle Bildverarbeitung, präsentiert auf der Leitmesse Automatica 2018 neue Lösungen und Anwendungen für die Automobilbranche. Gezeigt werden unterschiedliche Systeme im Bereich der optischen Oberflächenprüfung sowie die nächste Generation des Schweißnahtprüfsystems VIRO WSI. Dabei identifizieren VITRONIC Prüfsysteme nicht nur kleinste Fehler während des Produktionsprozesses, sondern liefern wertvolle Daten, die sich für Prozessoptimierungen nutzbar machen lassen. Denn durch die enge Verzahnung von Bildverarbeitungstechnologien und Automatisierung entstehen zahlreiche Möglichkeiten, um zukunftsweisende Konzepte wie die Smart Factory in die Realität umzusetzen. Weiterlesen

Neue Simulation zur Kaltrissbildung bei hochfesten Stählen

© Fraunhofer IWM
Die neue Simulationsmethode hilft, Laserschweißprozesse zu optimieren: Lichtmikroskopische Aufnahme des Schweißnahtgefüges einer Laserschweißverbindung (links) im Vergleich mit der berechneten lokalen diffusiblen Wasserstoffkonzentration in Abhängigkeit von Temperatur-Zeit-Verlauf und Schweißeigenspannungen (rechts).

Hochfeste Stähle spielen im modernen Fahrzeug- und Maschinenbau eine wesentliche Rolle. Werden diese Stähle bei der Herstellung von Bauteilen geschweißt, können bewegliche Wasserstoff-Atome im Material Probleme verursachen: Die Atome sammeln sich langsam an Bauteilbereichen mit hohen Eigenspannungen an und machen dort den Stahl spröde. Die Folge sind sogenannte Kaltrisse, die für Bauteilausschuss sorgen können. Dr. Frank Schweizer vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM hat nun eine Simulations-Methodik entwickelt, mit der Bauteilhersteller diese Kaltrissneigung bewerten und ihre Produktion entsprechend anpassen können. Weiterlesen

Porositätscharakterisierung von CFK-Werkstoffen mit der Mikro-Computertomografie

Es gibt unterschiedliche fertigungsbezogene Fehlstellen in karbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) und sie haben meist eines gemeinsam: Die Verminderung der mechanischen Festigkeit. Porosität hat in CFK-Werkstoffen einen wesentlichen Einfluss auf die Übertagung von Schubkräften. Die intralaminare Scherfestigkeit nimmt bis ca. 4 Vol.-% Porosität näherungsweise um ca. 7 % je Volumenprozent ab. Eine präzise Ermittlung des Porositätsgehalts kann daher entscheidend für das Versagen von industriellen Bauteilen sein. Gerade im Bereich der Luftfahrt kann das mit verehrenden Folgen verbunden sein. Großflächige Untersuchungen hinsichtlich der Porosität sind hier sehr wichtig.

Abb.1: Verschiedene Porenformen in CFK-Werkstoffen

Weiterlesen

Smart vernetzt: Intelligente Sensoren überwachen und optimieren Industrieprozesse 4.0

Der aktuell größte Treiber für Innovationen ist die Informationstechnologie. Schon heute kommunizieren moderne Produktionssysteme mit ihrer Umgebung und organisieren sich selbst: Industrie 4.0 ist auf dem Vormarsch. Cyber-physikalische Systeme (CMS) sind die stillen Helden dieser Entwicklung. Prognosen besagen, dass sie die weltweite Produktion bestimmen werden. Dabei sorgen intelligente Sensoren zur Überwachung und Regelung von Produktionsprozessen dafür, dass vernetzte, autonome Arbeitsprozesse zuverlässig ablaufen. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF haben diese Technologien im Rahmen des Projekts „ImProcess4.0“ genutzt und ein auf intelligenten Sensorknoten basierendes Überwachungs- und Optimierungssystem für Mischverfahren mit Doppelschneckenextrudern entwickelt. Das Ergebnis: Schäden werden früher erkannt, der Verschleiß reduziert und Wartungs- sowie Reparaturtermine optimiert. Weiterlesen

Störgeräusche direkt an der Maschine messen und auswerten

© Fraunhofer IDMT
Demonstrator Hannover Messe: Konfigurierte drahtlose Sensorknoten (im Vordergrund) senden Zustandsmeldungen der Axialkolbenpumpe (links) an ein Tablet.

Fraunhofer zeigt auf der Hannover Messe vom 23. bis 27. April 2018 den Prototypen eines neuen kognitiven Systems zur vorausschauenden Wartung (Predictive Maintenance) von Produktionsanlagen (Halle 2, Stand C22). Intelligente akustische Sensoren verarbeiten batteriebetrieben an Ort und Stelle Audiosignale von Maschinen und Anlagen. Aus den Informationen, die drahtlos an eine Auswerteeinheit weitergeleitet werden, lassen sich Rückschlüsse auf den Zustand der Fertigungsanlagen ziehen und mögliche Schäden vermeiden. Industriekunden profitieren von einer kostengünstigen, skalierbaren und datensicheren Industrie 4.0-Lösung, die Ausfallzeiten gering hält. Weiterlesen

Kognitive Sensorik in der Produktion

Im Zuge von Industrie 4.0 wird die Produktion individueller – langfristig streben Unternehmen die Losgröße Eins an. In den Firmen bedeutet Digitalisierung jedoch häufig noch: punktuelle Einzellösungen, die nur unvollständig oder gar nicht miteinander vernetzt sind. Nachfolgende Prozesse oder Vorausplanungen können nicht von den erfassten Daten profitieren. Damit sich die Prozesse verzahnen, anwendungsspezifische Daten austauschen und Abläufe optimieren lassen, entwickelt das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Nürnberg Technologien zur Identifikation, Lokalisierung und Kommunikation für kognitive Sensorik und Systeme. Auf der Hannover Messe Preview am 6. Februar und vom 23. bis 27. April 2018 auf der Hannover-Messe stellten die Forschenden entsprechende Lösungen und datengetriebene Anwendungen am Beispiel des Montageprozesses eines Motors vor. Weiterlesen