Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

 
 
 
 
 
 
 
 

HYBRIDi

Verbundprojekt: Intelligente Leichtbaustrukturen für hybride Werkzeugmaschinen (HYBRIDi)



Produktionsanlagen für Wachstumsmärkte – intelligent einfach und effizient

Deutschland hat sich durch innovative Lösungen weltweit eine führende Position als Ausrüster im Maschinen- und Anlagenbau erarbeitet. Damit das so bleibt, müssen die Anbieter von Maschinen und Anlagen sowie deren Zulieferer sich den ständig ändernden Herausforderungen der Märkte stellen und technisch und kommerziell wettbewerbsfähige Produkte anbieten.

Erreicht werden kann das durch die Erforschung und Umsetzung neuer Konzepte für Produktionsanlagen sowie durch innovative Lösungen zur Optimierung bestehender Anlagen. Die wachsende Komplexität von Produktionsanlagen gilt es ebenso zu beherrschen wie die Sicherstellung eines hohen Maßes an Nachhaltigkeit sowohl bei der Herstellung als auch beim Betrieb von Produktionsanlagen. Moderne Produktionsanlagen bilden die Basis für die Einführung von neuen Technologien, Produkten und Dienstleistungen. Die Entwicklung von Produktionsanlagen für Wachstumsmärkte bietet dabei für den Standort Deutschland die Möglichkeit, diese Kernkompetenzen im Bereich der Produktion intelligent einfach und effizient weiter auszubauen.

Erforschung sensorintegrierter hybrider Leichtbaustrukturen für Werkzeugmaschinen

Zurzeit werden Werkzeugmaschinenstrukturen fast ausschließlich aus metallischen Konstruktionswerkstoffen hergestellt. Ansätze zur Integration sensorischer Elemente für die Prozess- und Maschinenzustandsüberwachung werden industriell bislang nicht umfassend umgesetzt. Derzeitige Leichtbaustrategien im Werkzeugmaschinenbau nutzen bspw. Struktur- und Topologieoptimierungsmethoden. Dabei wird von einem homogenen Materialeinsatz ausgegangen; hybride Werkstoffkombinationen und Materialschnittstellen werden nicht berücksichtigt. Des Weiteren gibt es Ansätze zum Einsatz von Faserverbundwerkstoffen (hauptsächlich CFK und GFK) in Werkzeugmaschinenstrukturen. Einerseits wurden die sich dabei bietenden Gestaltungsfreiheiten noch nicht vollständig ausgenutzt; die Metallbauweisen werden übernommen, ohne die materialspezifischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs auszunutzen. Andererseits ergeben sich bisher deutlich erhöhte Kosten. Darüber hinaus stehen neue, innovative Werkstoffe zur Verfügung, mit denen sich Leichtbaustrukturen in hybrider Material- und Strukturbauweise realisieren lassen. Derartige hybride Leichtbaustrukturen sind im Bereich der Werkzeugmaschinen noch weitestgehend unerforscht. Schließlich ist die Frage unbeantwortet, wie sich Überwachungssensoriken und Sensornetze in materialhybride Leichtbaumaschinenstrukturen funktionsgerecht und wirtschaftlich integrieren lassen. Gerade vor dem Hintergrund einer zunehmenden Erschließung von Wachstumsmärkten sind maschinenintegrierte Überwachungs- und Diagnosefunktionen von entscheidender Bedeutung. Durch sie kann die Leistungsfähigkeit der Maschinen auch unter widrigen Umgebungs- und Einsatzbedingungen überprüft und sichergestellt werden.

Kompakt-5-Achs-Fräsmaschine ENDURA® 700LINEAR; Quelle_ FOOKE GmbH

Beispielhafte Kompakt-5-Achs-Fräsmaschine ENDURA® 700LINEAR [Quelle: FOOKE GmbH

Das Ziel von HYBRIDi ist die Erforschung einer exemplarischen intelligenten Leichtbaukomponente als integraler Bestandteil einer beispielhaften Werkzeugmaschine vom Typ ENDURA® 700LINEAR der FOOKE GmbH. Aufgrund seiner zentralen Funktion wurde zunächst der vertikale Z-Schlitten als Demonstrator-Komponente ausgewählt. Als Material werden Faserverbund- und Kompositwerkstoffe in Verbindung mit metallischen Strukturen innerhalb eines Hybridsystems verwendet. Dazu soll eine detaillierte Untersuchung und Entwicklung von Materialschnittstellen erfolgen. Effiziente Verfahren zur Herstellung der Komponente stellen einen weiteren Entwicklungsschwerpunkt dar. Gleichzeitig wird der Einbau von einfach zu realisierenden und zu integrierenden Sensornetzen in Verbundstrukturen erforscht. Dadurch soll eine Überwachung des Struktur- und Prozessverhaltens möglich sein. Die Auslegung und Optimierung der intelligenten Strukturkomponente wird von einer durchgängigen Maschinen- und Prozesssimulation für das Fräsen begleitet und unterstützt.

Eine prototypische Komponente soll innerhalb des Gesamtsystems der Versuchsmaschine unter Prozessbedingungen eingesetzt und erprobt werden. Dabei wird eine Reduzierung der Masse der Komponente um ca. 25% erwartet, wobei eine Verbesserung der Dämpfungseigenschaften der Struktur angestrebt wird. Des Weiteren sollen höhere Stabilitätsgrenzen bei der Fräsbearbeitung und höhere Ruckbegrenzungswerte erreicht werden. Außerdem soll eine Reduzierung der Energieaufnahme der Vorschubantriebe bei vergleichbaren Prozessparametern erzielt werden.

 

Förderprogramm: Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) in dem Programm „Forschung für die Produktion von morgen“, Themenfeld "Produktionsanlagen für Wachstumsmärkte - intelligent einfach und effizient", (Förderkennzeichen 02P14A114) gefördert.

Projektdauer: November 2015 bis März 2019

BMBF Logo

 

 

Letzte Änderung: 16.10.2018 - Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Sandra Misch
 
 
 
 
Kompakt-5-Achs-Fräsmaschine ENDURA® 700LINEAR; Quelle: FOOKE GmbH
Kontakt: misch@ovgu.de