Simulationsgestütztes Design eines Spritzgieß-Werkzeugeinsatzes mit kontur-angepasster Kühlung

Moderne generische Fertigungsverfahren für innengekühlte Werkzeuge bieten nahezu beliebige Freiheitsgrade zur Gestaltung konturnaher Kühlkanäle. Daraus resultiert ein erhöhter Anspruch an das Werkzeugengineering und die Optimierung der Kühlleistung. Geeignete Simulationsverfahren (wie z.B. Computational Fluid Dynamics - CFD) unterstützen die optimierte Werkzeugauslegung in idealer Weise. Mit der Erstellung virtueller Teststände können Varianten effizient und kostengünstig verglichen und die Kosten für Prototypen und Nacharbeiten reduziert werden. Im Computermodell des Werkzeugs erlauben Soft-Sensoren an beliebiger Position die Überwachung temperatur-kritischer Stellen sowohl im Fluid- als auch im Solidbereich. Der hier durchgeführte Benchmark vergleicht die Performance eines optimierten Werkzeugeinsatzes mit einer konventionellen Kühlung. Die im virtuellen Prozess vorhergesagte Zykluszeitreduzierung steht in guter Übereinstimmung mit realen Experimenten an den ausgeführten Werkzeugen.

Lineardirektantrieb für Transportbänder

In der Intralogistik erfolgt der Antrieb von Transportbändern bei vielen Anwendungsszenarien durch eine oder mehrere Antriebstrommeln am Kopf bzw. Ende der Förderstrecke. Die gesamte Vorschubkraft wird dabei von der Antriebstrommel auf das Transportband übertragen. In diesem Bereich wird das Transportband besonders beansprucht. Das Institut für Transport- und Automatisierungstechnik (ITA) hat zusammen mit dem Institut für Antriebs- und Leistungselektronik (IAL) der Leibniz Universität Hannover ein neues Antriebskonzept auf Basis eines Linearmotors realisiert. Mit diesem Konzept lassen sich der Antrieb und damit die Krafteinleitung gleichmäßig über die Förderstrecke verteilen. Dadurch wird das Förderband geringer beansprucht als bei Systemen mit angetriebenen Trommeln. Anhand von Messungen im laufenden Betrieb wird der Versuchsförderer hinsichtlich der effektiv nutzbaren Vorschubkraft, dem Wirkungsgrad, dem Reibungsverhalten und dem Temperaturverlauf in der Antriebskomponente untersucht. Die Ergebnisse tragen zur konstruktiven Optimierung bei und können als Entscheidungsgrundlage für die Fördersystemauswahl berücksichtigt werden.

Simulationsbasierte Entwicklung energieeffizienter Steuerungsstrategien für Materialflusssysteme

Die Kosten für die Energieversorgung eines Materialflusssystems übersteigen die Investitionskosten oft schon nach wenigen Jahren. Mit steigenden Energiepreisen wird dieser Zeitraum kürzer. Bei der Bewertung der Lebenszykluskosten eines Materialflusssystems rücken deshalb die Energiekosten immer mehr in den Vordergrund. Viele Möglichkeiten zur Energieeffizienz-Steigerung sind zwar bereits bekannt, jedoch wird davon meist nur punktuell, nicht aber systematisch Gebrauch gemacht. Dies gilt insbesondere für die Ebene der Anlagen- bzw. Systemsteuerung. Die Bemühungen um eine Steigerung der Energieeffizienz in der Intralogistik fokussieren bislang auf die Optimierung fördertechnischer Komponenten (Leichtbau, Antriebe). Damit wird jedoch nur das Symptom behandelt, nicht aber die Ursache: Der energetische Aufwand für Transportvorgänge – das Symptom – muss zweifellos reduziert werden. Das geschieht auch bereits. Zugleich ist aber sicherzustellen, dass zur Lösung einer konkreten logistischen Aufgabenstellung – der Ursache – Transporte nur im tatsächlich erforderlichen Umfang und in der richtigen Weise durchgeführt werden. Dafür Sorge zu tragen, ist Aufgabe einer energieeffizienten Anlagensteuerung. Die Forschungsarbeiten an der TU Dresden verfolgen drei Ziele: (a) Der Zusammenhang zwischen der mechanischen Leistung und dem elektrischen Energieverbrauch typischer Fördertechnik-Komponenten soll allgemeingültig beschrieben werden. (b) Es sollen Routinen entwickelt werden, mit denen in der ereignisdiskreten Simulation die mechanische Leistung einer Anlage und der resultierende elektrische Energieverbrauch bestimmt wird. (c) Mithilfe der Simulation soll gezeigt werden, wie und in welchem Umfang optimierte Steuerungsstrategien die Energieeffizienz von Materialflusssystemen steigern.

Modellierung und Bewertung der maritimen Leercontainerlogistik unter Berücksichtigung des Container-Poolings

Vor dem Hintergrund zunehmenden Kostendrucks und der Suche nach Effizienzsteigerungen im Leercontainermanagement gewinnen zukünftig kooperative Gestaltungsansätze vermehrt an Bedeutung. Einen Ansatz zur kooperativen Neugestaltung des Leercontainermanagements in der maritimen Containerlogistik stellt die gemeinsame Nutzung eines Container-Pools durch mehrere Reedereien und Containerleasinggesellschaften dar. Dieses sogenannte Container-Pooling orientiert auf die Reduzierung des Repositionierungs-, Transport-, Umschlag- und Lagerungsaufwands durch gezielte Ausnutzung struktureller Ungleichgewichte. In der Praxis ist dieser Ansatz insbesondere aufgrund unternehmenspolitischer Gründe (Container als Werbeträger) bisher kaum umgesetzt. Für eine Optimierung und zur Unterstützung der operativen Planung sind mathematische Ansätze notwendig, die die verschiedenen Gestaltungsmöglichkeiten des Container-Poolings modellseitig berücksichtigen sowie zwischen Pool-, Reeder- und Leasing-Containern unterscheiden. Ziel dieses Beitrags ist daher die Vorstellung eines mathematischen Optimierungsansatzes, der sowohl die Abläufe der maritimen Containerlogistik beschreibt, als auch die Einsparungspotentiale durch den Einsatz des Container-Poolings quantifiziert. Es wird gezeigt, dass durch den Einsatz des Container-Poolings Kosteneinsparungen im Vergleich zum unkooperativen Verhalten vorliegen.

Wearable Computing und RFID in Produktion und Logistik – Ansätze zur bereichsübergreifenden Nutzung digitaler Informationen

Die voranschreitende Entwicklung von Konzepten und Systemen zur Nutzung digitaler Informationen im industriellen Umfeld eröffnet verschiedenste Möglichkeiten zur Optimierung der Informationsverarbeitung und damit der Prozesseffektivität und -effizienz. Werden die relevanten Daten zu Produkten oder Prozessen jedoch lediglich in digitaler Form zur Verfügung gestellt, fällt ein Eingriff des Menschen in die virtuelle Welt immer schwerer. Auf Grundlage dessen wird am Beispiel der RFIDTechnologie dargestellt, inwiefern digitale Informationen durch die Verwendung von in den Arbeitsablauf integrierten Systemen für den Menschen nutzbar werden. Durch die Entwicklung eines Systems zur papierlosen Produktion und Logistik werden exemplarisch Einsatzszenarien zur Unterstützung des Mitarbeiters in Montageprozessen sowie zur Vermeidung von Fehlern in der Kommissionierung aufgezeigt. Dazu findet neben einer am Kopf getragenen Datenbrille zur Visualisierung der Informationen ein mobiles RFID-Lesegerät Anwendung, mit Hilfe dessen die digitalen Transponderdaten ohne zusätzlichen Aufwand für den Anwender genutzt werden können.

Bewertung von Methoden hinsichtlich einer ganzheitlichen Prozessdarstellung

Zur Optimierung innerbetrieblicher Logistikprozesse ist eine ganzheitliche Prozessdarstellung unter Berücksichtigung von Material-, Informationsfluss und der eingesetzten Ressourcen erforderlich. In diesem Aufsatz werden verschiedene, häufig verwendete Methoden zur Prozessdarstellung diesbezüglich miteinander verglichen und bewertet. Die verschiedenen Stärken und Schwächen werden in Form eines Benchmarks zusammengefasst, das als Grundlage für eine neue Methode dient, die im Rahmen des IGF-Forschungsprojekts 16187 N/1 erarbeitet wurde.

Flexibilität, Variabilität, Erweiterbarkeit

Obwohl die Planungs- und Bauphase eines Gebäudes verglichen mit seiner potentiellen Lebensdauer relativ gering ist, wurde ihr in den 1960er und 1970er Jahren oftmals eine größere Aufmerksamkeit geschenkt als dem ausgeführten Bauwerk. Strategien zur Optimierung der Planung und zur Rationalisierung des Bauprozesses prägen die Architektur der "Boomjahre". Je nach Bauaufgabe ist der Einfluss dieser Strategien auf das geplante Objekt größer als jener baulicher Vorläufer, gesellschaftlicher und sozialer Ansprüche oder des seinerzeit vorhandenen Wissens um bewährte Materialien, Konstruktionen und Bautechniken. Flexibilität, Variabilität und Erweiterbarkeit waren häufig formulierte Planungsgrundlagen, die helfen sollten neben den bestehenden Anforderungen auch eine Reaktion auf veränderte Rahmenbedingungen, Einflussfaktoren und mögliche Entwicklungen zuzulassen. Heute stehen die Bauten der Boomjahre infolge bautechnischer Mängel, hoher Unterhaltkosten und veränderter ästhetischer Präferenzen häufig in der Kritik. Gleichwohl erlauben die verwirklichten Grundprinzipien Flexibilität, Variabilität und Erweiterbarkeit auch heute die Anpassung an veränderte Rahmenbedingungen.

Systemvergleich zwischen magnetisch erregten und piezoerregten Schwingförderern

Energieeffizienz und Leistungsfähigkeit von fördertechnischen Anlagen sind in den vergangenen Jahren immer mehr in den Fokus der Betreiber und Hersteller gerückt. Im Rahmen einer Untersuchung am Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML wurden diese beiden Aspekte an magnetisch erregten und piezoerregten Schwingförderern untersucht. Ein Systemvergleich stellt dabei die wesentlichen Vor- und Nachteile der jeweiligen Antriebsart dar und unterstützt sowohl bei der Auswahl als auch bei der Optimierung von Transportsystemen im logistischen Umfeld.

Entwicklung eines Konzepts zum Lagermanagement mit Optimierungsansätzen auf Ebene eines neuen Regalbediengerätes

Die Grundidee hinter dem neuen Regalbediengerät ist die Minimierung der zu bewegenden Last durch die Verwendung einer seilbasierten Stewart-Gough-Plattform (SGP). Das klassische Regalbediengerät (RBG) wird dabei durch eine Plattform ersetzt, die an bis zu acht vorgespannten Seilen befestigt ist. Unterstützt wird diese Bauform durch eine abgestimmte Steuerungssoftware, die es ermöglicht die Vorteile des RBG optimal zu nutzen. Das hier mit Software vorgestellte Konzept regelt die Vorgehensweise zur Optimierung von Ein- und Auslagerungsaufträgen in einem Lagerregal, sowie die Optimierung der Fachbelegung in Zeiten ohne direkten Auftrag. Es beinhaltet dabei Mechanismen, die bestimmen wann Aufträge abgearbeitet werden, in welcher Reihenfolge und in welchen Kombinationen. Ziel ist es Ein- und Auslagerungsaufträge so zu kombinieren, dass möglichst effizient und schnell gearbeitet wird.

Wasserabpressende Fördereinrichtung zur energieeffizienten Entwässerung von Schüttgut

Für die Optimierung und somit Energieeinsparung beim Trocknen von Grüngut wurde eine mechanische Vorentwässerung entwickelt. Dieser Schritt wurde notwendig, da sich die politischen und ökonomischen Rahmenbedingungen, durch Subventionskürzungen und steigenden Energiepreisen, zu Ungunsten der Trocknungsbetriebe verändert haben und eine rein thermische Trocknung kaum noch rentabel ist. In einem gemeinsamen Kooperationsprojekt zwischen der TU Chemnitz und der fömat GmbH entstand eine Schneckenpresse speziell für Grüngut ohne dabei wichtige Nährstoffe beim Entwässern mit auszuspülen. Seit 2010 ist diese Fördereinrichtung in den Trocknungsprozess vollständig integriert und es konnten während einer vollständigen Trocknungssaison in ca. 1.800 Betriebsstunden mehr als 10.500 m³ Wasser aus 47.200 t Grüngut abpressen werden. Dies hatte zur Folge, dass eine Energieeinsparung von über 25 % erreicht wird. Die Qualität des Grünfutters wurde dabei nicht beeinträchtigt und die wichtigen Nährstoffe blieben im Grüngut nahezu vollständig erhalten.

Prediction of PA12 melt viscosity in Laser Sintering by a Time and Temperature dependent rheological model

Ein auf Basis von Prozessdaten kalibriertes Viskositätsmodell wird vorgeschlagen und zur Vorhersage der Viskosität einer Polyamid 12 (PA12) Kunststoffschmelze als Funktion von Zeit, Temperatur und Schergeschwindigkeit angewandt. Im ersten Schritt wurde das Viskositätsmodell aus experimentellen Daten abgeleitet. Es beruht hauptsächlich auf dem drei-parametrigen Ansatz von Carreau, wobei zwei zusätzliche Verschiebungsfaktoren eingesetzt werden. Die Temperaturabhängigkeit der Viskosität wird mithilfe des Verschiebungsfaktors aT von Arrhenius berücksichtigt. Ein weiterer Verschiebungsfaktor aSC (Structural Change) wird eingeführt, der die Strukturänderung von PA12 als Folge der Prozessbedingungen beim Lasersintern beschreibt. Beobachtet wurde die Strukturänderung in Form einer signifikanten Viskositätserhöhung. Es wurde geschlussfolgert, dass diese Viskositätserhöhung auf einen Molmassenaufbau zurückzuführen ist und als Nachkondensation verstanden werden kann. Abhängig von den Zeit- und Temperaturbedingungen wurde festgestellt, dass die Viskosität als Folge des Molmassenaufbaus exponentiell gegen eine irreversible Grenze strebt. Die Geschwindigkeit dieser Nachkondensation ist zeit- und temperaturabhängig. Es wird angenommen, dass die Pulverbetttemperatur einen Molmassenaufbau verursacht und es damit zur Kettenverlängerung kommt. Dieser fortschreitende Prozess der zunehmenden Kettenlängen setzt molekulare Beweglichkeit herab und unterbindet die weitere Nachkondensation. Der Verschiebungsfaktor aSC drückt diese physikalisch-chemische Modellvorstellung aus und beinhaltet zwei zusätzliche Parameter. Der Parameter aSC,UL entspricht der oberen Viskositätsgrenze, wohingegen k0 die Strukturänderungsrate angibt. Es wurde weiterhin festgestellt, dass es folglich nützlich ist zwischen einer Fließaktivierungsenergie und einer Strukturänderungsaktivierungsenergie für die Berechnung von aT und aSC zu unterscheiden. Die Optimierung der Modellparameter erfolgte mithilfe eines genetischen Algorithmus. Zwischen berechneten und gemessenen Viskositäten wurde eine gute Übereinstimmung gefunden, so dass das Viskositätsmodell in der Lage ist die Viskosität einer PA12 Kunststoffschmelze als Folge eines kombinierten Lasersinter Zeit- und Temperatureinflusses vorherzusagen. Das Modell wurde im zweiten Schritt angewandt, um die Viskosität während des Lasersinter-Prozesses in Abhängigkeit von der Energiedichte zu berechnen. Hierzu wurden Prozessdaten, wie Schmelzetemperatur und Belichtungszeit benutzt, die mithilfe einer High-Speed Thermografiekamera on-line gemessen wurden. Abschließend wurde der Einfluss der Strukturänderung auf das Viskositätsniveau im Prozess aufgezeigt.

Integration von 3D-Kamerasystemen am Gabelstapler

Dieser Beitrag beschreibt die Integration von laufzeitmessenden 3D Kamerasystemen in die Gabelzinkenspitzen eines Flurförderzeugs. Mit Hilfe der integrierten Kameras und deren ausgewerteter Aufnahmen wurde ein Assistenzsystem für die Handhabung von Ladungsträgern realisiert, das dem Fahrer des Flurförderzeugs Verfahrempfehlungen für die Optimierung der Relativposition zwischen Gabelzinken und Ladungsträger bzw. Lagerplatz ausgibt. Neben der Vorstellung der verwendeten Kamera-Hardware und der Integration am Fahrzeug wird auch der Ablauf der Bildverarbeitung beschrieben.

Topologieoptimierung von Seilscheiben

Die Topologieoptimierung hat sich in den letzten Jahren zu einer sehr praktischen und vielseitig ein-setzbaren Design- und Entwicklungsmethode entwickelt. Diese Methode soll nun an einer Seilscheibe, die aus der Industrie nicht mehr wegzudenken ist, angewendet werden. Im Vordergrund steht vor allem die Reduzierung der Masse sowie die Anpassung der Speichenform an die unterschiedlichen Randbedingungen.

Ansätze zur Ermittlung und Reduktion nichtproduktiver Zeiten an Tiefbohranlagen

Aufgrund der hohen Kosten für Tiefbohrungen ist eine wirtschaftliche Stromerzeugung aus der tiefen Geothermie derzeit nur bedingt möglich. Da die Herstellkosten einer Tiefbohrung direkt von der Herstellzeit abhängig sind, wird eine Optimierung der nichtproduktiven Prozesse angestrebt. Vorrangig sind die Prozesse zu betrachten und zu optimieren, durch die eine Unterbrechung des Bohrens auftritt. Dies ist hauptsächlich beim Transport der Rohre zwischen Lager und Arbeitsplattform sowie bei den Verschraubungsprozessen der Rohre der Fall. Im Rahmen dieses Beitrags werden Konzepte zur Umgestaltung dieser Prozesse und Bewegungsabläufe an Tiefbohranlagen entwickelt und auf ihr zeitliches Einsparpotential untersucht.