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1 Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik Ausgabe 19 April 2011 Abteilung Fertigungstechnik SPP 1476 Kleine Werkzeugmaschinen für kleine Werkstücke Abteilung Fertigungsautomatisierung und Werkzeugmaschinen Aktive Werkzeugaufnahme mit automatisiertem Reglerentwurf Abteilung Produkt- und Life-Cycle-Management Campus Mobility Forschung mitten im Leben 1

2 Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik Vorwort Liebe Freunde und Mitarbeiter des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der TU Braunschweig, mit Freude kann ich Ihnen mittteilen, dass die Niedersächsische Technische Hochschule (NTH) die erste Phase der Exzellenzinitiative des Bundes erfolgreich bestanden hat. Die Kommission der Initiative hat die Graduiertenschule NTH School of Engineering Science PhDcube positiv begutachtet. Daher ist die NTH, mit ihren Mitgliedern der TU Braunschweig, der TU Clausthal und der Uni Hannover, zur Antragstellung bis September 2011 aufgefordert. Darüber hinaus möchten wir Sie wie gewohnt in diesem IWF-Portal über die aktuellen Forschungsthemen am IWF informieren. Dazu gehört neben den beiden neuen von der DFG geförderten Forschungsprojekten, die Kleine Werkzeugmaschine für kleine Werkstücke und die Aktive Werkzeugaufnahme mit automatisierten Reglerentwurf, auch das Living Lab Campus Mobility zur Schaffung neuer innovativer Forschungsprojekte innerhalb des NFFs. In diesem Sinne hoffe ich auf noch viele spannende Ausgaben und wünsche Ihnen bei der Lektüre der folgenden Seiten viel Spaß und verbleibe mit herzlichen Grüßen, Ihr Planspiel 2.0 Das Unternehmensplanspiel zur Vorlesung Produkt- und Life-Cycle- Management fand in diesem Wintersemester zum zweiten Mal statt. Auch in diesem Jahr erhielt die freiwillige Veranstaltung großen Zuspruch: Das PLM- Planspiel vermittelt den Vorlesungsinhalt spielerisch. Es ist gut strukturiert und gibt Einblicke in die Kommunikationsvorgänge zwischen den Abteilungen einer Firma. Es ist realitätsnah und macht zudem auch noch wirklich viel Spaß. (Umweltingenieure, 3. Semester). An drei Terminen haben über 60 Studierende ihr Vorlesungswissen anwenden und festigen können. Aktuell wird, in einem aus Studienbeiträgen finanzierten Projekt, eine neue Version entwickelt. Die Ausarbeitung findet weiterhin in Zusammenarbeit zwischen der Abteilung PuL des IWFs und dem Institut für Medienforschung der HBK Braunschweig statt. Kern des Spiels bleibt, einen maroden Konzern mit einer konsistenten und lebenszyklusübergreifenden Strategie wieder am Markt als Automobilbauer zu etablieren. In Zukunft können dabei vier anstatt drei Unternehmen konkurrieren und damit bis zu 48 Studierende pro Termin mitspielen. Die für das Spiel zentralen Strategiekarten werden vollständig überarbeitet um als Bestandteil eines neuen Erfolgssystems die Spielmotivation weiter zu steigern. Zudem wird die Teilnehmer ein neues Spielgefühl durch IT-Unterstützung, eine verbesserte Spielmechanik und ein erfolgsorientierteres Konzept erwarten. So werden Barcode-Scanner die bisher aufwendige Erfassung der Spielzüge vereinfachen und den Betreuenden mehr Zeit zur didaktischen Betreuung einräumen. Neben der Überarbeitung ist eine Internationalisierung durch das Erstellen einer englischen Version und einer eigenen Homepage angestrebt. Interessierte Leser können sich bei den Ansprechpartnern melden und die neue Spielversion in der Testphase bereits ab Mai 2011 kennenlernen und dabei die Weiterentwicklung aktiv unterstützen. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Tim Spiering Dipl.-Wirtsch.-Ing. Patricia Egede Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Jürgen Hesselbach 2

3 Abteilung Fertigungstechnik SPP 1476 Kleine Werkzeugmaschinen für kleine Werkstücke Konventionelle Werkzeugmaschinen für die Mikrobearbeitung sind in Ihren Abmessungen bisher nicht an die Erfordernisse der Mikrozerspanung angepasst, so ist der Bauraum im Verhältnis zum benötigten Arbeitsraum um ein Vielfaches zu groß. Um dieses Problem effektiv lösen zu können, wurde im Jahr 2010 ein Schwerpunktprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit dem Titel Kleine Werkzeugmaschinen für kleine Werkstücke gegründet. Im Rahmen dieses Schwerpunktprogramms arbeitet das Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik zusammen mit dem Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der Universität Stuttgart an einem Maschinenkonzept, bei dem eine modulare Strukturierung sowohl hinsichtlich des mechanischen Aufbaus als auch der Prozesskopplung möglich ist. Weitere Ziele liegen in einer hohen Prozessgenauigkeit aufgrund von erhöhter Steifigkeit, einer Optimierung des Bauraum/Arbeitsraum-Verhältnisses sowie der Einsparung von Ressourcen in Form von Material und Energie. Das grundlegende Prinzip zur Auslegung der neu zu entwickelnden Mikromaschine basiert auf der Überlegung, dass bisher die Bewegungen innerhalb eines z.b. zweiachsigen Maschinensystems über zwei unabhängige Achsen durchgeführt werden. Gegenüber konventionellen Bauweisen sollen im vorliegenden Projekt die Maschinenachsen nun so angeordnet werden, dass die notwendigen Verfahrgeschwindigkeiten und Bahnen durch die Summe der gegenläufigen Bewegung von Werkzeug und Werkstück erzeugt werden. Damit wird die kinetische Energie im System geringer, Maschinen können kleiner gebaut werden und durch höhere Steifigkeiten kann eine höhere Maschinendynamik erzielt werden. Bild 1 verdeutlicht die prinzipielle Struktur eines solchen geplanten PCM (Production Cube Modul). Simulativ durchgeführte Voruntersuchungen dieses Konzepts gegenüber einem konventionellen Bearbeitungszentrum ergaben eine hohe Energieeinsparung sowie geringere Bahn- und Bahngeschwindigkeitsabweichungen. Ebenfalls weist dieses Konzept aufgrund seiner würfelförmigen Struktur eine wesentlich erhöhte Steifigkeit auf. Damit die vorteilhaften Eigenschaften dieses Maschinenkonzepts in Bereichen der Mikrotechnik genutzt werden können, muss dieses hinsichtlich Strukturaufbau, Antriebssysteme, Steuerung, Regelung und Prozessintegration völlig neu überdacht werden. Hierfür werden zuerst für die Auslegung wesentliche Eingangsgrößen wie Zerspankräfte und temperaturen in Versuchsreihen erfasst. Die Prozessintegration umfasst hierbei Themenbereiche wie Werkstücktransport, Integration von Prozesssensorik oder einer geeigneten Spanntechnik. Die Konzeption der Antriebssysteme wird eng verknüpft sein mit Fragestellungen zur Gestaltung mechanischer Strukturen und der notwendigen Steuer- und Regelungstechnik. Insgesamt sollen im Schwerpunktprogramm hohe Synergien zwischen den beteiligten Projektpartnern genutzt werden, um eine Kopplung der in den einzelnen Teilprojekten entwickelten Maschinenkomponenten zu ermöglichen. Das PCM wäre für diesen Fall ein Basismodul, in das die Komponenten der Projektpartner integriert werden können. Dipl.-Ing. Arne Gerdes a.gerdes@tu-bs.de Bild 1: Production Cube Module (Quelle: ISW, Stuttgart) Bild 2: SPP1476-Konsortium 3

4 Abteilung Fertigungsautomatisierung und Werkzeugmaschinen Aktive Werkzeugaufnahme mit automatisiertem Reglerentwurf Von Werkzeugmaschinen wird zunehmend eine Leistungssteigerung im Hinblick auf höheren Werkstückdurchsatz, höhere Abtragsvolumina oder höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten sowie eine Steigerung der Fertigungsgenauigkeit gefordert. Die Forderung nach mehr Produktivität ist in der Regel mit einer erhöhten Dynamik und höheren Prozesskräften verbunden. Diese Prozesskräfte rufen verstärkte Strukturschwingungen der Werkzeugmaschinen hervor, die sich negativ auf die erreichbare Fertigungsqualität auswirken. Kommt es zu Schwingungen im Prozess, so erweisen sich besonders die Schwingungen als kritisch, bei denen es zu einer Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück kommt, da die auftretenden Schwingungen negative Einflüsse auf das Werkstück haben. Mit dieser Problemstellung befasst sich das Forschungsprojekt Aktive Werkzeugaufnahme mit automatisiertem Reglerentwurf. Es werden Ansätze und Lösungsstrategien zur Reduzierung bzw. Vermeidung dieser Schwingungen erarbeitet und an einer Schleifmaschine in der Praxis umgesetzt. Das Forschungsprojekt wird seit dem von der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG) gefördert und hat eine Laufzeit von insgesamt drei Jahren. Der erste Schritt des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer aktiven Werkzeugaufnahme für Maschinen mit rotierender Werkzeugaufnahme (siehe Bild 1). Der Vorteil der aktiven Werkzeugaufnahme ist, dass sie durch eine standardisierte Schnittstelle in vielen Werkzeugmaschinen eingesetzt werden kann. Das Prinzip wurde vom IWF als Patent angemeldet [DE ]. Anhand von Simulationen werden unterschiedliche Platzierungen der Aktoren innerhalb der Werkzeugaufnahme untersucht und ausgewertet. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird anschließend eine aktive Werkzeugaufnahme konstruiert und gefertigt. Ist die neu entwickelte und aufgebaute aktive Werkzeugaufnahme in die Maschine integriert, müssen in weiteren Schritten unterschiedliche Regelungskonzepte zur Vermeidung bzw. Reduzierung der Schwingungen entwickelt werden. So werden Regelungskonzepte für die selbst- und fremderregten Schwingungen benötigt, aber auch die Erhöhung der statischen Steifigkeit soll berücksichtigt werden. Ein Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Verfahrens, das automatisch die unterschiedlichen Regelungsstrategien erzeugt. Die dazu notwendigen Informationen werden durch eine Identifikation, die ebenfalls automatisch durchgeführt wird, bereitgestellt. Dabei wird auf eine äußere Anbringung der Messeinrichtung, die gegebenfalls durch die raue Prozessumgebung oder den zur Verfügung stehenden Bauraum beeinträchtigt wird oder auch selbst den Arbeitsraum der Maschine negativ beeinflusst, verzichtet. Die für die Identifikation der Maschinenstruktur und für die unterschiedlichen Regelungsstrategien benötigte Aktorik und Sensorik wird in der aktiven Werkzeugaufnahme integriert und ist somit von äußeren Einflüssen geschützt. Dabei kann die Aktorik und Sensorik, die für die Identifikation eingesetzt wird, auch für die unterschiedlichen Regelungsstrategien verwendet werden, so dass zusätzliche Kosten vermieden werden können. Ein übergeordnetes Ziel des Forschungsvorhabens ist die Vereinfachung der Übertragbarkeit und Implementierung der aktiven Werkzeugaufnahme in bereits bestehende oder neu entwickelte Maschinenstrukturen. Dazu trägt das Vorgehen einer automatisierten Identifikation mit anschließender Auslegung verschiedener Regelungskonzepte bei, da auf das Fachwissen zur Auslegung der unterschiedlichen Regelungskonzepte zukünftig verzichtet werden kann. Somit sind die zu erarbeitenden Ergebnisse nicht nur für nachfolgende wissenschaftliche Arbeiten im Bereich der Adaptronik interessant, sondern auch für Maschinenhersteller, die aus Wettbewerbsgründen die Leistung ihrer Maschinen immer weiter steigern müssen. Bild 1: Prinzipskizze der aktiven Werkzeugaufnahme Dipl.-Ing Alexander Boldering 4

5 Abteilung Produkt- und Life-Cycle-Management Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik Campus Mobility Forschung mitten im Leben Mit dem Projekt Campus Mobility wird an der TU Braunschweig und dem Niedersächsischen Forschungszentrum für Fahrzeugtechnik (NFF), unterstützt von der Konzernforschung der Volkswagen AG und weiteren Unternehmen, eine neue, lebendige Plattform für innovative und interdisziplinäre Forschungsprojekte geschaffen. Dem Konzept liegt der Gedanke zugrunde, den Fahrzeugpool der TU Braunschweig sowie die zur Mobilität erforderliche Infrastruktur in ein Living Lab umzuwandeln. Campus Mobility umfasst neben der Erforschung und Entwicklung von Mobilitäts- und Fahrzeugkonzepten auch deren Erprobung. Durch die Plattform Campus Mobility können verschiedene Forschungsprojekte über den bisher üblichen Rahmen hinaus als Demonstratoren realisiert werden, wodurch Tests und Validierungen in einer realen Umgebung ermöglicht werden. Wissenschaftler der TU Braunschweig werden durch die Schaffung des Living Labs in die Lage versetzt, technische Entwicklungen mit realen Anwendern und unter realen Bedingungen zu erproben. Ein Pilotprojekt in Campus Mobility ist der Mitfahrassistent (MiFA) in Kooperation mit der Volkswagen AG. Im Mittelpunkt steht hier die Optimierung der Fahrzeugauslastung im universitären Pendelverkehr zwischen den Standorten Braunschweig und Wolfsburg unter Einsatz innovativer Technologien. Das Pilotprojekt wird realisiert mit dem Fahrzeugpool von sieben Volkswagen Polos der NFF-Forschungseinrichtungen, die bereits als rollende Living Labs Daten zu Geschwindigkeit, Fahrzeugzustand, Temperatur und Fahrzeugauslastung erheben. Unter diesen Fahrzeugen, befinden auch die drei Institutsfahrzeuge des IWFs. Die Ausstattung aller sieben Fahrzeuge mit Telematikeinheiten erfolgte durch das Projekt xfcd - Extended Floating Car Data im Flottenmanagement, welches von der Abteilung Produkt- und Life-Cycle- Management gemeinsam mit der VW Konzernforschung durchgeführt wird. Durch die Ausstattung der Fahrzeuge mit den Telematikeinheiten können Verbesserungen an der Fahrzeugauslastung und an dem Verbrauch pro Personenkilometer durch das Pilotprojekt direkt gemessen und bewertet werden. Gleichzeitig findet in den Fahrzeugen eine Erprobung und Evaluation der Telematikeinheiten statt. Campus Mobility verfolgt mittelfristig das Ziel, Ergebnisse aus dem Piloten als Basis für die Realisierung weiterer Projekte zu nutzen, wie z.b. für Kostenoptimierungen im Bereich Flottenmanagement, Erprobung von Assistenzsystemen und Sensortechnik oder anwenderorientierte Telematikdienste auf Hardware und Software-Ebene. Bild 2: Prof. Leohold (Leitung Konzernforschung der Volkswagen AG), Dr. Kögler (Sprecher des NFF) und Prof. Hesselbach (Präsident der TU Braunschweig) (v.l.) stellen Campus Mobility vor. Die Forschungsergebnisse werden ebenfalls zur Bewertung fahrzeugbezogener Produkte und Dienstleistungen unter Realbedingungen herangezogen. Sie dienen als Wissensgrundlage, die es ermöglicht, Systemadaptionen belastbarer und schneller voranzutreiben und vor allem kundenfreundlich zu gestalten. Hierunter fallen beispielsweise Konzepte zur Verkehrslagenmodellierung und Routenwahl, sowie zur Verkehrssicherheit in Abhängigkeit des Fahrverhaltens, des Fahrziels und der Zeit. Weitere Informationen zu Campus Mobility und zu den Projekten mit Beteiligung des IWFs an dem Living Lab finden Sie auch unter Bild 1: Aufbau des Living Labs Campus Mobility Dipl.-Wirtsch.-Ing. Katrin Kuntzky k.kuntzky@tu-bs.de 5

6 Neuzugänge Abteilung Produkt- und Life-Cycle- Management Dipl.-Wirtsch.-Ing. Patricia Egede Gastforscher aus der gemeinsamen Deutsch-Australischen Forschergruppe Sustainable Manufacturing and Life Cycle Management Wen Li, MEngSc Abteilung Fertigungsautomatisierung und Werkzeugmaschinen Dipl.-Wirtsch.-Ing. Malte Schönemann Bewilligte Forschungsvorhaben Abteilung Fertigungsautomatisierung und Werkzeugmaschinen Das Forschungsvorhaben Aktive Werkzeugaufnahme mit automatisiertem Reglerentwurf, wird ab dem 1. Januar 2011 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) über einen Zeitraum von drei Jahren gefördert. Abteilung Abteilung Fertigungstechnik Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligte das Projekt Kleine Werkzeugmaschinen für kleine Werkstück im Rahmen des Schwerpunktprogrammes (SPP) 1476 mit einer Laufzeit von zunächst drei Jahren. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Philipp Blumenthal Aktuelles Freundeskreissitzung und IWF- Kolloquium Am finden die diesjährige Sitzung des Freundeskreises des IWFs sowie das IWF-Kolloquium statt. Im Anschluss wird es auch dieses Jahr das schon traditionelle Grillfest geben. Impressum Technische Universität Braunschweig Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik Langer Kamp 19b Braunschweig Telefon: +49 (0)531 / Fax: +49 (0)531 / iwf-braunschweig@tu-bs.de Internet: Vorstand: Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Jürgen Hesselbach Dr.-Ing. Hans-Werner Hoffmeister (stellv. Leiter) PD Dr.-Ing. Christoph Herrmann (stellv. Leiter) Dr.-Ing. Annika Raatz Dipl.-Ing. Arne Burisch Herr Dieter Sächtig Kontakte: Abteilung Fertigungstechnik Dr.-Ing. Hans-Werner Hoffmeister Telefon: +49 (0)531 / h.hoffmeister@tu-bs.de Abteilung Produkt- und Life-Cycle- Management PD Dr.-Ing. Christoph Herrmann Telefon: +49 (0)531 / c.herrmann@tu-bs.de Abteilung Fertigungsautomatisierung und Werkzeugmaschinen Dr.-Ing. Annika Raatz Telefon: +49 (0)531 / a.raatz@tu-bs.de Redaktion: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Katrin Kuntzky Telefon: +49 (0)531 / k.kuntzky@tu-bs.de Dipl.-Ing. (FH) Martin Luig Telefon: +49 (0)531 / m.luig@iwf.tu-bs.de Dipl.-Wirtsch.-Ing. Jan Schmitt Telefon: +49 (0)531 / jan.schmitt@tu-bs.de 6