Cutting temperatures are the main factor adversely affecting the product quality and limiting the productivity in the manufacture of safety-critical aero engine components. This work presents the development of a monitoring solution enabling the detection of critical process conditions and therewith allows manufacturers to adapt processes appropriate to the situation. Finally, suggestions for an industrial implementation and an outlook to a temperature controlled process are given.
Aktualisiert: 2023-05-11
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In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass mit Hilfe der Funkenerosion filigrane Kanalstrukturen für biodegradierbare Knochenersatzimplantate aus Magnesium hergestellt werden können. Eine modellbasierte Technologieentwicklung konnte durch die automatisierte Analyse der hochfrequenten Prozesssignale und deren Korrelation mit den Parametern von Einzelentladungen entwickelt werden. Einen bisher nie erreichten Einblick in den Prozess ermöglicht die Bestimmung und Überwachung aller Prozessparameter.
Aktualisiert: 2023-05-10
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Cutting temperatures are the main factor adversely affecting the product quality and limiting the productivity in the manufacture of safety-critical aero engine components. This work presents the development of a monitoring solution enabling the detection of critical process conditions and therewith allows manufacturers to adapt processes appropriate to the situation. Finally, suggestions for an industrial implementation and an outlook to a temperature controlled process are given.
Aktualisiert: 2023-02-14
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In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass mit Hilfe der Funkenerosion filigrane Kanalstrukturen für biodegradierbare Knochenersatzimplantate aus Magnesium hergestellt werden können. Eine modellbasierte Technologieentwicklung konnte durch die automatisierte Analyse der hochfrequenten Prozesssignale und deren Korrelation mit den Parametern von Einzelentladungen entwickelt werden. Einen bisher nie erreichten Einblick in den Prozess ermöglicht die Bestimmung und Überwachung aller Prozessparameter.
Aktualisiert: 2023-02-14
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Festkörpergelenke werden in der Feinwerktechnik zur Führung hochpräziser Bewe-gungen genutzt. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss des Drahtfunkenerosi-onsprozesses auf hochgenaue Festkörpergelenke erforscht. Dazu wurden die ferti-gungsprozessbedingten Eigenschaftsveränderungen im Bauteil experimentell und simulativ analysiert. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen konnte das mechanische Verhalten der Gelenke modellbasiert vorhergesagt und so die Bewegungsgenauigkeit gesteigert werden.
Aktualisiert: 2021-07-10
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Gegenstand dieser Dissertation ist die Skalierung der Produktivität beim UKP-Laserabtrag durch Verwendung großer mittlerer Laserleistung von mehreren 100 Watt bei hohen Repetitionsraten im Bereich mehrerer Megahertz. Dazu werden die limitierenden Effekte bei der Skalierung sowohl im Rahmen eines theoretischen Modells beschrieben als auch experimentellen untersucht. Auf Grundlage des gewonnenen Prozessverständnisses kann eine deutliche Steigerung der Produktivität beim UKP-Abtrag erzielt werden.
Aktualisiert: 2021-07-10
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In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass mit Hilfe der Funkenerosion filigrane Kanalstrukturen für biodegradierbare Knochenersatzimplantate aus Magnesium hergestellt werden können. Eine modellbasierte Technologieentwicklung konnte durch die automatisierte Analyse der hochfrequenten Prozesssignale und deren Korrelation mit den Parametern von Einzelentladungen entwickelt werden. Einen bisher nie erreichten Einblick in den Prozess ermöglicht die Bestimmung und Überwachung aller Prozessparameter.
Aktualisiert: 2021-07-10
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Das Laserstrahl-Schneiden metallischer Werkstoffe ist ein seit Jahren industriell eingesetztes Verfahren. Speziell im Dünnblechbereich mit Materialstärken unterhalb von einem Millimeter sind vielfältige Anwendungen in den Bereichen Automotive, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik oder der Mikromechanik bekannt. Der zugrunde liegende allgemeine Trend zur Miniaturisierung und der Bedarf an neuen Qualifikationsprozeduren bezieht sich auf ein weites Spektrum an Fertigungsprozessen und zu bearbeitenden Werkstoffen. Hier reicht allein das Spektrum der metallischen Werkstoffe von Stahl und Edelstahl über Kupfer, Messing, Titan und Kupferberyllium. Aufgrund der hohen Fokussierbarkeit mit Fokusdurchmessern bis unterhalb von 10 µm reicht hier das Anwendungsgebiet von Laser-Schneidprozessen bis hin zu klassischen Bohrverfahren. Großes Anwendungspotential weisen Laserprozesse in Verbindung mit ultrakurzgepulsten Strahlquellen, insbesondere für Bohr- und Schneidprozesse sowie als Oberflächenstrukturierung zur Herstellung technischer Oberflächen auf. Seit der industriellen Einführung ultrakurz gepulster Laserstrahlquellen steht der Fertigungstechnik ein neues Werkzeug für den kraftfreien und athermischen Materialabtrag zur Verfügung. Die Verbindung ultrakurzer Pulse mit Pulsdauern von Piko- bis Femtosekunden und die Fokussierung von Pulsspitzenleistungen bis in den Megawattbereich auf Fokusdurchmesser unterhalb von 30 µm führt zu lokalen instantanen Verdampfungsprozessen quer durch alle Werkstoffgruppen ohne Wärmebeeinflussung des umliegenden Grundwerkstoffes. Das Laserstrahl-Schneiden metallischer Werkstoffe ist ein seit Jahren industriell eingesetztes Verfahren. Speziell im Dünnblechbereich mit Materialstärken unterhalb von einem Millimeter sind vielfältige Anwendungen in den Bereichen Automotive, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik oder der Mikromechanik bekannt.
Aktualisiert: 2021-07-10
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Linsen aus anorganischem Glas sind Optikkomponenten mit vielerlei Anwendungen. Sie verfügen im Gegensatz zu Kunststofflinsen über eine hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit. Allerdings sind die Herstellkosten aufgrund der anspruchsvollen Anforderungen, wie komplexe Geometrien kombiniert mit hoher Formgenauigkeit, relativ hoch. Weiterhin stoßen hier die konventionellen Verfahren, Schleifen und Polieren, bei großen Stückzahlen an ihre Grenzen. Als Alternative existiert ein neuartiges Herstellungsverfahren, das Präzisionsblankpressen, bei dem der Rohling direkt in die gewünschte Kontur der Linse gepresst wird.
Obwohl das Präzisionsblankpressen hinsichtlich der Komplexität der Geometrie und der Formgenauigkeit der hergestellten Linsen derzeit das optimale Verfahren darstellt, hat es sich bei der Optikherstellung nur bedingt etabliert. Dies liegt daran, dass die geeigneten Werkstoffe der Formeinsätze sowie die Zusammensetzung der zu pressenden Glassorten im Vorfeld nur empirisch ausgewählt werden können. Sowohl die Kosten der vorab erforderlichen Pressprozesse zur Bestimmung der geeigneten Glassorten als auch der Verschleiß der Formeinsätze beeinträchtigen die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.
Die systematische Vorauswahl der Gläser und Formeinsatzwerkstoffe war bisher nicht möglich, weil grundlegende Kenntnisse zum Umformverhalten der Gläser und Verschleißmechanismen der Formeinsätze fehlten. Ihre Erarbeitung war die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit. Im Rahmen von Versuchen konnte gezeigt werden, dass für die Herstellung der Glaslinsen mit dem Präzisionsblankpressen ihre Zusammensetzung entscheidend ist. Umformgrad und Formfüllung nehmen mit zunehmendem Zwischenoxid- und Netzwandleranteil zu. Weiterhin wurde festgestellt, dass der Verschleiß der Hartmetalleinsätze durch Oxidation und Ätzung der in Glaskontakt stehenden Oberflächenbereiche hervorgerufen wird. Als Lösung hierfür bieten sich keramische Formeinsätze an. Sie verfügen über eine optische Oberflächequalität bis adhäsionsbedingte Glasanhaftung eintritt.
Anhand dieser neuen Kenntnisse besteht jetzt die Möglichkeit, sowohl die zu pressenden Gläser als auch die Formeinsatzwerkstoffe im Vorfeld auszuwählen, was zu deutlichen Zeit- und Kostenreduzierungen führt.
Aktualisiert: 2021-07-10
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Die vorliegende Arbeit behandelt die Integration von Überwachungs- und Diagnosefunktionen in die Maschinensteuerung unter Berücksichtigung steuerungsinterner Informationen. Bevor eine allgemeingültige, steuerungsintegrierte Diagnose auf Basis der digitalen Antriebssignale stattfinden kann, werden Einflüsse auf diese modelliert und berücksichtigt. Auf Basis dieser Ergebnisse werden schließlich für die Prozessstörungen ‚Überlast’ und ‚Werkzeugverschleiß’ Überwachungsmodule erarbeitet. Abschließend werden die vorgestellten Methoden an verschiedenen Werkzeugmaschinen angewandt, die Ergebnisse vorgestellt und auf Funktionalität überprüft sowie kritisch bewertet.
Aktualisiert: 2021-07-10
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Die vorliegende Arbeit zur adaptiven Regelung adressiert das Tiefbohren mit Einlippenbohrern kleiner Durchmesser. In dieser Arbeit werden Methoden zur Regelstreckenidentifikation entwickelt, die es ermöglichen, das aktuelle Prozessverhalten beim Tiefbohren entlang des Bohrwegs sicher zu identifizieren und geeignet zu modellieren.
Um die Identifikationsmethoden für eine optimale Reglerparameteradaption nutzen zu können, wird eine Reglerauslegung entwickelt, die einen für kleine Werkzeugdurchmesser optimalen Regelverlauf hervorruft. Der Regelverlauf beinhaltet zunächst eine möglichst schnelle Reaktion auf große Regelabweichungen und ein im Folgenden eher konservatives Verhalten, um das Überschwingen der Regelgröße zu verhindern. Diese Reglerauslegung zeigt deutliche Vorteile hinsichtlich der quadratischen Regelfläche und ist für Produktionssysteme mit ausgeprägtem Totzeitverhalten geeignet.
Sowohl die Methoden zur Regelstreckenidentifikation als auch die prozessspezifische Reglerauslegung werden in adaptiven Regelungssystemen implementiert. Die Systeme werden experimentell auf ihre Eignung zur Kompensation von massiven Störungseinflüssen durch Spänestaus untersucht. Insbesondere durch rekursive Algorithmen zur Regelstreckenidentifikation am geschlossenen Regelkreis ist es gelungen, den Prozess mit einem prädiktiven Regelungssystem sicher zu beherrschen.
Trotz der erfolgreichen Störungskompensation mit Hilfe der adaptiven Regelung ist es technologisch erstrebenswert, das Störungsaufkommen aufgrund von Spänestaus zu reduzieren. Die automatisierte Beurteilung des Spanabtransports stellt hierzu eine wesentliche Voraussetzung dar. Daher werden eine Vorrichtung und ein Signalverarbeitungsverfahren zur Messung der Spanfrequenz bei kleinen Werkzeugdurchmessern entwickelt und experimentell untersucht. Basierend auf den Messergebnissen wird abschließend ein Konzept zur Störungsprävention skizziert.
Aktualisiert: 2021-07-10
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Diese Dissertation greift den Lebenszykluskosten- (LCC) und Total Cost of Ownership-Gedanken (TCO) auf und setzt ihn anhand eines Zustandsüberwachungssystems (Condition Monitoring) auf Schlüsselkomponenten des Maschinenbaus, Profilschienenführungen und Kugelgewindetriebe um.
Dieses Buch richtet sich an den interessierten Ingenieur und Wissenschaftler aus den Bereichen der Maschinenelemente, des allgemeinen Maschinenbaus, der Automatisierungstechnik, des Werkzeugmaschinenbaus und die Betreiber von Maschinen und Anlagen. Die Inhalte dieser Arbeit basieren auf langjähriger Forschungstätigkeit des Autors gemeinsam mit führenden deutschen Industrieunternehmen aus den Bereichen der Wälzlager-, Linear-, Kugelgewindetrieb- und Werkzeugmaschinen-Branche. Die dargestellten umfangreichen Untersuchungen wurden sowohl auf Prüfständen als auch auf modernen CNC-Werkzeugmaschinen des Werkzeugmaschinenlabors (WZL) der RWTH Aachen durchgeführt.
Dem Leser werden neben einem aktuellen Stand der Technik und Wissenschaft die mechanischen, sensorischen und mathematischen Grundlagen zur Zustandserfassung detailliert erläutert. Die Inhalte sind klar strukturiert und ermöglichen eine individuelle Übertragung auf andere Maschinenelementtypen und -größen.
Aus dem Inhalt:
- Typische Schäden an Profilschienenführungen und Kugelgewindetrieben (Mangelschmierung, Verschmutzung, Pittings, Ausbrüche, Crashs, Montagefehler, Span- und Holzstaubkontamination)
- Mechanische, sensorische und mathematische Grundlagen zur Zustandserfassung
- Steuerungsbasierte Zustandserfassung
- Formeln und Berechnungsgrundlagen zur Beurteilung des Komponenten-Zustands
- Betrachtung des Schädigungsgrads und dessen Einfluss auf die Analyseergebnisse
- Einfluss der Prozessparameter Verfahrgeschwindigkeit und Komponenten-Belastung auf die Analyseergebnisse
- Condition Monitoring
- Automatisierte Zustandsüberwachung
- Umsetzung eines Zustandserfassungssystems an einer CNC-Werkzeugmaschine
Aktualisiert: 2021-07-10
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Bei der Laser-Materialbearbeitung sind unterschiedliche Faktoren sowohl für den Abtrag als auch für die Qualität der bearbeiteten Oberfläche ausschlaggebend. Diese beeinflussen sowohl während als auch nach dem Auftreffen des Pulses Absorption, Aufheizverhalten und Plasmaausbreitung.
Durch zeitliche Modulation der Energiedeposition, in Form von variierter Pulsform, Vor- und Nachheizpulsen sowie Bursts, soll die Abtragsrate bei gleichzeitiger Verringerung der Oberflächenrauigkeit gesteigert werden.
Aktualisiert: 2021-07-10
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Die Wissenschaftler der RWTH Aachen forschen interdisziplinär im Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG). Gemeinsam mit Unternehmen aus unterschiedlichen Branchen entwickeln 120 Wissenschaftler aus mehr als 25 Instituten aus den Bereichen Produktion, Materialwissenschaften, Ökonomie, Natur- und Sozialwissenschaften nachhaltige Lösungen für die künftige Produktion.
Aktualisiert: 2021-07-10
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