TOOLS - Fraunhofer · 2021. 3. 10. · Tools 2 3 3/2006 Tools 3/2006 Inhalt Editorial Liebe Leserinnen und Leser, seit Menschengedenken ist es nicht nur für Ingenieure ein großer

Inspektion aerodynamischer Komponentenim Flugzeugbau

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TOOLSTOOLSInformationen der Aachener Produktionstechniker

ISSN 0947-8647

Hochleistungsbauteile aus faserverstärktenKunststoffen

Werkstoffe und Fertigungsprozessefür die nächste Triebwerksgeneration

2006

Kooperative Entwicklung von Bearbeitungs-technologien für Turbinenwerkstoffe

Produktion von Triebwerkskomponentenin BLISK-Bauweise

Laboratorium für Werkzeugmaschinen und

Betriebslehre WZL der RWTH Aachen

Steinbachstraße 19

52074 Aachen

Fraunhofer-Institut für

Produktionstechnologie IPT

Steinbachstraße 17

52074 Aachen

Vor dem Einsatz:Wirtschaftlichkeit neuer

Triebwerksgenerationmehrmals evaluieren

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Tools3/2006

EditorialInhalt

Liebe Leserinnenund Leser,

seit Menschengedenken ist es nicht nurfür Ingenieure ein großer Traum, wie einVogel zu fliegen. Viele Wagemutige ris-kierten Kopf und Kragen und stürztensich von Klippen, Türmen und Brücken,nur um sich für kurze Zeit von der Erden-schwere zu befreien. Doch erst vor knapp200 Jahren wurden aus immer weiterenSprüngen schließlich echte Flüge. Werheutige Großflugzeuge wie den neuenAirbus 380 oder das Spaceship One mitden ersten Gleitermodellen Otto Lilien-thals vergleicht, kann das Ausmaß dertechnologischen Entwicklung ermessen.

Als Antrieb für die meisten heute ge-bräuchlichen Passagierflugzeuge dienenStrahltriebwerke. Die Turbinen in ihremInneren werden mit Blick auf Effizienzund Ausfallsicherheit aus immer leich-teren hochwarmfesten Werkstoffen her-gestellt. Das WZL kooperiert im Techno-logie-Arbeitskreis mit Unternehmen derLuft- und Raumfahrtindustrie und ent-wickelt neue Prozesse und Werkzeuge,um die äußerst widerstandsfähigen Ma-terialien effizient zu bearbeiten.

Auch Flügel, Rumpf und Innenaus-bau müssen in der Luft hohen Belastun-gen standhalten und gleichzeitig leichtund kostengünstig herzustellen sein. Vie-le großflächige Bauteile werden deshalb

Luft- und Raumfahrt

heute aus thermoplastischen faser-verstärkten Kunststoffen hergestellt, dieim Tapelegeverfahren gefertigt sind. DasFraunhofer IPT entwickelt diese Verfah-ren weiter und trägt auf diese Weise dazubei, dass beispielsweise Flugzeuge immerleichter werden und ihr Kerosinverbrauchsinkt, ohne dass die Sicherheit dabeigefährdet wird.

Um Sicherheit zu gewährleisten, ist esauch wichtig, die Qualität aller aero-dynamischen Komponenten sorgfältig zuüberprüfen. Zur Kontrolle frei geformterGeometrien der Turbinenschaufeln kom-biniert das Fraunhofer IPT taktile mitoptischer Messtechnik und entwirft Ent-scheidungshilfen sowie Abnahmekriterienfür die Fertigung.

In neuen Turbinengenerationen ausneuen Werkstoffen liegt zweifellos dieZukunft der Luft- und Raumfahrt. Vonihrer Entwicklung bis zum tatsächlichenEinsatz gilt es jedoch einen langen Wegzurückzulegen. Ein effizienter Werkstoff-einsatz und realistische Preise sind hier wiebei jedem anderen Produkt das A und O.Das WZL untersucht deshalb Herstel-lungsprozesse, Markt und Wettbewerb,um Triebwerksherstellern Handlungs-empfehlungen und interessante, neue Ver-marktungsstrategien anzubieten.

Schon immer wollen Menschen hochhinaus – dies gilt nicht nur für die Luft-und Raumfahrt. Auch WZL und Fraun-hofer IPT haben große Ziele, was dieEntwicklung marktfähiger Lösungen fürHochtechnologiebranchen angeht. Einenkleinen Ausschnitt aus diesem Spektrumzeigt die vorliegende Tools.

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Christian Brecher

Fritz Klocke

Robert Schmitt

Günther Schuh

Themen

FertigungsverfahrenGeschäftsfeld ›Luft- und Raumfahrt‹Kooperative Entwicklung vonBearbeitungstechnologien fürTurbinenwerkstoffe

WerkzeugmaschinenTapelegetechnologieHochleistungsbauteile aus faser-verstärkten Kunststoffen

QualitätsmanagementObjektive Qualitätskontrollein der LuftfahrtindustrieInspektion aerodynamischerKomponenten im Flugzeugbau

ProduktionssystematikNeue Komponenten richtig bewertenWerkstoffe und Fertigungsprozessefür die nächste Triebwerksgeneration

Forum

Qualität durch DatenanalyseProduktion von Triebwerks-komponenten in BLISK-Bauweise

News

PersonenEreignisseTermine

Kolumne

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Geschäftsfeld ›Luft- und Raumfahrt‹

Eine besondere Herausforderung bei derFertigung von Triebwerken ist die Zer-spanung von Scheiben, Ringen undSchaufeln für die einzelnen Verdichter-und Turbinenstufen. Für diese Bauteilekommen Titan- und Nickellegierungenzum Einsatz. Titanlegierungen zählen zuden Leichtbauwerkstoffen und werdenaufgrund ihres günstigen Verhältnissesvon Zugfestigkeit und Dichte (1000 N/mm2 / 4,5 g/cm3) für Bauteile im ›kalten‹Verdichterbereich von Triebwerken ein-gesetzt. Nickellegierungen besitzen beiTemperaturen von 700 bis 800°C nochdie Festigkeiten von Vergütungsstählenbei Raumtemperatur und sind deshalbhervorragend für den ›heißen‹ Turbinen-bereich geeignet.

Gute Eigenschaften, aberschwierig zu bearbeiten

Aufgrund der hohen Warmfestigkeitvon Nickellegierungen wie Inconel 718oder Udimet 720 unterliegen die Zer-spanwerkzeuge extremen mechanischenund thermischen Belastungen. Diesschränkt die anwendbaren Schnitt-geschwindigkeiten stark ein. Beim Dre-hen mit Hartmetallwerkzeugen liegt dieSchnittgeschwindigkeit zwischen 40 und60 m/min, beim Bohren bei 20 m/min.Neue PVD-Beschichtungen, etwa mehr-lagige TiN/TiAlN- oder TiAlN/γ-Al

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Schichten, können die Standzeit von Boh-

ThemenKooperative Entwicklung von Bearbeitungstechnologien für Turbinenwerkstoffe

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Die Herstellung von Flugzeug-triebwerken und damit auch

die Produktion der Einzelteile stel-len nach wie vor höchste Ansprüchean die Fertigungstechnik. VomTriebwerk werden Effizienz undSicherheit gefordert und genau diesist schon bei der Fertigung der Ein-zelteile gefragt. Für die Produktionmuss Wissen über die Werkstoff-eigenschaften, die Werkzeuge, dieProzessauslegung, die Prozessüber-wachung und die Gebrauchseigen-schaften der Bauteile gebündelt wer-den. Kooperation ist bei dieser Auf-gabe ein Muss.

Ihre Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Rainer Fritsch leitetdie Gruppe Grundlagen derZerspanung am Lehrstuhl fürTechnologie der Fertigungs-verfahren des WZL.

Telefon 0241/80-27362

Dipl.-Ing. Matthias Meineckeist seit April 2004 wissen-schaftlicher Mitarbeiter derAbteilung Prozesstechnologieam Fraunhofer IPT.

Telefon 0241/8904-231

Dipl.-Ing. Drazen Veselovacist seit Juni 2001 wissen-schaftlicher Mitarbeiter amLehrstuhl für Technologieder Fertigungsverfahren desWZL und leitet seit Juni2005 die Abteilung Überwa-chung und Abtragen.

Telefon 0241/80-27432

rern verdoppeln. Auch das Verrunden derSchneidkanten von Bohrern und Schaft-fräsern hat sich als eine wirksame Maß-nahme zur Leistungssteigerung erwiesen.Schneidstoffe wie whiskerverstärkte Ke-ramik und kubisch kristallines Bornitrid(cBN) erlauben beim Drehen Schnitt-geschwindigkeiten bis zu 400 m/min.

Bei den bereits erwähnten Titan-werkstoffen begrenzt vor allem die nied-rige Wärmeleitfähigkeit die Schnitt-geschwindigkeiten. Sie liegt bei etwa ei-nem Fünftel des Wertes für Stahl undverursacht eine extrem hohe thermischeBelastung der Werkzeugschneide, weildie Wärme nicht mit dem Span aus derKontaktzone abgeführt werden kann. MitHartmetallwerkzeugen lassen sich beimDrehen nur Schnittgeschwindigkeitendeutlich unter 100 m/min erzielen. MitDiamantwerkzeugen können 50 bis 100Prozent höhere Schnittgeschwindigkeitenerreicht werden. Das Bohren etwa gelingtbei Schnittgeschwindigkeiten von 30 bis40 m/min. Wirkungsvolle Kühlung, ein-schließlich der Hochdruckkühlung mitDrücken über 100 bar, ist wichtig, um dieWärmeabfuhr zu sichern, die Standzeitenzu steigern und die Schnittbedingungenzu erhöhen. Beim Schaftfräsen könnenaufgrund der Schnittunterbrechung hö-here Schnittgeschwindigkeiten als beimDrehen erreicht werden: bis zu 350 m/minbeim Feinschlichten.

Weil die Zerspanung von Titan- undNickellegierungen praktisch immer an dieGrenze der Belastbarkeit der Schneid-stoffe geht, müssen Werkzeugherstellerund Anwender eng miteinander koope-rieren, um Zuverlässigkeit und Effizienz

in der Fertigung zu gewährleisten. Nurdurch sorgfältige Untersuchungen imZerspanlabor lassen sich optimale Bearbei-tungsparameter ermitteln, Verschleiß-ursachen und Verschleißfortschritt ana-lysieren und die Auswirkungen desWerkzeugverschleißes auf die Bauteil-eigenschaften beobachten – hier speziellder Einfluss auf die Eigenspannungen inden Werkstückrandzonen.

720LI von 100 m/min und bei Ti6242von 400 m/min Druckeigenspannungenbis zu einer Tiefe von etwa 0,03 mmerreicht. Bei Udimet 720LI stieg zudemdie Biegewechselfestigkeit um bis zu 5Prozent. Diese und ähnliche Forschungs-erfolge dienen unmittelbar zur Entwick-lung neuer Bearbeitungsstrategien, etwabeim simultanen 5-Achs-Fräsen. Das tech-nologische Prozessverständnis überfüh-

ren Fraunhofer IPT undWZL nun in neueSchlicht- und Schrupp-verfahren und nutzendiese, um industrielleSerienprozesse auszu-legen.

So nutzen WZL undFraunhofer IPT ihr um-fassendes Verständnisüber grundlegendetechnologische Zusam-menhänge bei derZerspanung schwer zer-spanbarer Legierungen,um Überwachungs-lösungen für die Ferti-

gung kritischer Bauteile von Flugzeug-turbinen zu erarbeiten. Gerade bei derÜberführung von Forschungsergebnis-sen in die Produktion von Industrie-partnern bilden angepasste Überwa-chungssysteme eine wichtige Grundlage

für die sichere und dokumentierte Ferti-gung. Die beiden Institute bieten hierKomplettlösungen, angefangen bei spe-ziellen Sensorlösungen über eigens ent-wickelte Auswertealgorithmen bis hin zuadaptiven Regelungskonzepten für Werk-zeugmaschinen. Dieser integrative An-satz erlaubt eine sichere Prozessführungan den Leistungsgrenzen der mechani-schen Werkstoffbearbeitung, weil er dastechnologische Grundverständnis und dieganzheitliche Überwachung der Prozessezusammenführt.

Vorwettbewerblichkooperieren

Wie wichtig Kooperation in diesemsehr anspruchsvollen Tätigkeitsfeld ist,haben Turbinen- und Werkzeugherstellerschon vor vielen Jahren erkannt. Sie schlos-sen sich bereits 1971 zu einem Arbeits-kreis am WZL zusammen, der als Schwer-punkt die anwendungsorientierte, vor-wettbewerbliche Forschung zu dieserThematik sieht. Mittlerweile hat sich dieKooperation in diesem ›Technologie-Arbeitskreis‹ um Unternehmen aus derAutomobilindustrie und der Zuliefer-industrie erweitert, weil auch dort dieVorteile einer solchen Kooperation erfolg-reich umgesetzt werden können. Derzeitbesteht der Arbeitskreis aus 26 Unterneh-men. Diese bringen die Forschungsthemenein und finanzieren die Untersuchungendurch ihre Mitgliedsbeiträge.

Verdichtergruppe eines Triebwerks

Mit den neuen Erkenntnissen ausindustrienahen, AiF-geförderten Entwick-lungsprojekten ließen sich die Zerspan-raten beim Schlichtfräsen von Udimet720LI und Ti6242 bereits um mehr als 30Prozent steigern. Durch entsprechendpräparierte Schneidkantenradien undWerkzeugwinkel wurden trotz hoherSchnittgeschwindigkeiten bei Udimet

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TapelegetechnologieThemen

FaserverstärkteKunststoffe

Bei Faserverbundbauteilen aus Ver-stärkungsfasern wie Kohlenstoff- oderGlasfasern und einer die Fasern um-schließenden Matrix handelt es sich ausKostengründen meist um duroplastischeVerbundbauteile. Zu ihrer Herstellungwerden die Verstärkungsfasern mit dervernetzenden Matrix getränkt und dieBauteile manuell Lage für Lage aufgebaut.Um die Anzahl der manuellen Fertigungs-schritte zu reduzieren, werden vielfachvorimprägnierte Faserhalbzeuge, so ge-nannte Prepregs eingesetzt. Nachteiledieser duroplastischen Prepregs sind einebegrenzte Lagerfähigkeit, eine aufgrundder Klebrigkeit schwierige Handhabungsowie eine Gesundheitsgefährdung derMitarbeiter durch das Matrixmaterial. Füreine gute Qualität der duroplastischenVerbundbauteile ist es außerdem erfor-derlich, dass diese einen nachgelagertenKonsolidierungszyklus durchlaufen, beidem die Bauteile unter Druck und Tempe-ratur durch Vernetzung aushärten.

Dieser zeitintensive Aushärtevorgangentfällt bei der so genannten In-Situ-Verarbeitung thermoplastischer Prepregs.Diese Halbzeuge bestehen aus Verstär-kungsfasern und einer thermoplastischenMatrix, die bei der Verarbeitung zu Faser-verbundbauteilen durch Wärmezufuhraufgeschmolzen wird. Beim Abkühlenerstarren die Prepregs ohne einen weiterenKonsolidierungsschritt zu Faserver-bundbauteilen mit einer vom Tapelege-system vorgegebenen Faserarchitektur.

Hochleistungsbauteile aus faserverstärkten Kunststoffen

Branchen wie die Automobil-industrie oder die Luft- und

Raumfahrt setzen immer häufigerauf Bauteile aus Faserverbund-werkstoffen. Ein Grund dafür sinddie hervorragenden mechanischenEigenschaften wie Steifigkeit undFestigkeit bei gleichzeitig geringemGewicht. Jedoch ist der Produk-tionsprozess bei Verbundbauteilenderzeit noch durch einen enormenmanuellen Aufwand geprägt. Füreine vollautomatisierte Fertigungentwickelte das Fraunhofer IPT einleistungsfähiges Produktionsver-fahren auf Basis der laserunter-stützten Verarbeitung endlosfaser-verstärkter Thermoplastbänder, sogenannter Prepregs, und baute diezur Bauteilherstellung erforderlicheMaschinentechnologie auf.

Das Material

Von Vorteil sind beithermoplastischen Pre-pregs gegenüber duro-plastischen Prepregs diekurze Verarbeitungszeit,die nahezu unbegrenz-te Lagerfähigkeit, dieMöglichkeit sie aufnicht-geodätischen Bah-nen abzulegen sowieeine schonende Faden-führung. Außerdem las-sen sich Bauteile ausfaserverstärkten Ther-moplasten vollauto-matisiert herstellen. Derhohe Preis der thermo-plastischen Prepregs so-wie die bis heute nochnicht zu beherrschende Verarbeitungs-technologie verhindert jedoch einen brei-ten Einsatz thermoplastischer Verbund-werkstoffe noch immer.

Der Tapelegeprozess

Ein Verfahren zur Verarbeitung ther-moplastischer Prepregs ist das Tapelegen.Dabei schmilzt eine Heizquelle ein odermehrere Prepregbänder auf und legt siemit einer Andruckrolle auf eine Form oder– bei der Herstellung rotationssymmet-rischer Bauteile – auf einem rotierendenKern ab. So wird ein struktur- und kraft-flussoptimiertes Verbundbauteil Lage fürLage aufgebaut. Durch den Einsatz ther-moplastischer Prepregs mit unidirek-tionaler Faserausrichtung lassen sich da-mit qualitativ hochwertige Bauteile

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Dipl.-Ing. Patrick Kölzer istseit Dezember 2000 wissen-schaftlicher Mitarbeiter derAbteilung Produktionsmaschi-nen am Fraunhofer IPT.

Telefon 0241/8904-269

Dipl.-Ing. Sebastian Schmitzist seit Mai 2003 wissen-schaftlicher Mitarbeiter derAbteilung Produktionsmaschi-nen am Fraunhofer IPT.

Telefon 0241/8904-251

Laserunterstütztes Tapelegen

schichtweise herstellen. Hier weist dasaufgebaute Laminat keine Poren undLunker auf und die einzelnen Laminat-schichten verbinden sich gut miteinander.

Typische Bauteile für die Tapelege-technologie sind große, flächige Bauteilein kleinen bis mittleren Stückzahlen, wiesie etwa in der Luft- und Raumfahrteingesetzt werden.

Zum Aufschmelzen des Prepreg-materials dienen üblicherweise verschie-dene Heizprinzipien, wie eine offene Flam-me, Heizgas und Infrarotstrahlung. Einvom Fraunhofer IPT entwickeltes Laser-system bietet gegenüber diesen Heiz-quellen den Vorteil, dass sich der Laser –

und damit der Aufschmelzvorgang – sehrschnell und äußerst präzise regeln lässt.Das ist eine Grundvoraussetzung, um dierichtige Verarbeitungstemperatur einzu-halten, die Prozesssicherheit zu gewähr-leisten und eine bis dato unerreichteBauteilqualität zu erreichen.

Das Fraunhofer IPT entwickelte da-raus ein Tapelegeverfahren, das thermo-plastische Prepregs vollautomatisiert ver-arbeiten kann. Trotz der im Vergleich zuduroplastischen Faserverbundwerkstoffenhöheren Materialpreise der Prepregs lässtsich das hohe wirtschaftliche Potenzialdes Tapelegens dadurch ausschöpfen.

Das Tapelegeverfahren

In Kooperation mit dem niederlän-dischen Unternehmen AFPT B.V. führtedas Fraunhofer IPT ein Entwicklungspro-jekt durch und baute ein Multitapelege-system auf. Eine integrierte, vom Fraun-hofer IPT entwickelte Temperaturregelungbildet die Basis für die Prozessinnovationund garantiert Robustheit, Reproduzier-barkeit und höchste Produktqualität. DasTapelegesystem ist nun in der Lage, biszu sechs Prepregbänder gleichzeitig zuverarbeiten. Auf Spulen aufgewickeltesPrepregmaterial wird über Umlenkrollenin den unteren Teil des Tapelegesystemsbis zur Andruckrolle befördert. Ein inte-grierter Diodenlaser mit einer Leistungvon 2,1 kW und entsprechenden Spezial-optiken schmilzt das Prepregmaterial überdie gesamte Breite im Zwickelbereichzwischen Andruckrolle und Form bzw. Kernauf. Die Andruckrolle drückt es auf diebereits abgelegten Lagen. Nach der Konsoli-dierung wird das vorgeschobene Prepreg-material am Ende des Ablegepfads automa-tisch geschnitten. Die Handhabung desTapelegesystems kann dabei durch einenPortal- oder Knickarmroboter erfolgen.

In Prozessuntersuchungen zeigenrohrförmige Probekörper, die das Fraun-hofer IPT im laserunterstützten Tape-legeverfahren hergestellt hat, deutlicheVorteile gegenüber konventionell gefer-tigten Bauteilen. Im Vergleich mit kon-ventionellen Prozessen, die mit Heiz-gas oder einer offenen Flamme arbeiten,erzielt das laserunterstützte Tapelegendeutlich höhere Bauteilqualitäten, redu-zierte Fertigungszeiten und Fertigungs-kosten.

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Objektive Qualitätskontrolle in der LuftfahrtindustrieThemen

Multisensorielle Mess-technik zur Erfassungvon Freiformprofilen

Die häufigsten Ursachen für aero-dynamische Verluste liegen in den geo-metrischen Verhältnissen der Turbinen-schaufeln. Eine Folge sind instationärezeitliche oder ortsbezogene Druck- undGeschwindigkeitsverteilungen sowie er-höhte Temperaturgradienten. Wichtig istes deshalb, die Toleranzen der Schaufelnaus Niederdruckverdichtern in einemwerkstückorientierten Bezugskoordi-natensystem hochgenau zu überprüfen.Doch gerade dies erfordert eine Prä-zisionsmesstechnik, die zusätzlich in min-destens vier Freiheitsgraden flexibel zumMessobjekt positionierbar ist. Die lateraleAuflösung sollte dabei sowohl bei linien-haft erfassenden Systemen als auch beipunktuell scannenden Systemkonzeptenca. 5 µm betragen. So lässt sich gewähr-leisten, dass die laterale Messpunktdichte,etwa für eine Krümmungsanalyse an denEin- und Austrittskanten der Schaufel,hinreichend groß ist.

Zur flexiblen Positionierung desSensors und um die Messdaten schnellerfassen zu können, ist es sinnvoll, dieoptische Sensorik im taktilen Koordina-tenmessgerät mit einer Dreh-/Schwenk-einheit zu kombinieren. Diese Integrationbietet die Chance, sowohl die Leis-tungspotenziale optischer Messtechnik

zu nutzen als auch auf genauere taktileSensoren referenzieren zu können. Beider Auswahl leistungsstarker Sensoren istdaher auf ein hohes Integrationspotenzialhinsichtlich Bauraum, Schnittstellen undFunktionsstabilität zu achten. Das Mess-prinzip muss in der Lage sein, die glän-zenden Oberflächen der Turbinenschau-feln mit geringer Messwertstreuung zuerfassen. Die Benutzerfreundlichkeit, diesich auch in verstärkter Softwareunter-stützung äußert, verstärkt die Akzeptanzder komplexen Mulitsensorik beim An-wender.

Abnahmekriterien von2D-Freiformprofilen

In der industriellen Praxis stützt sichdie Qualitätskontrolle frei geformterTurbinenschaufelgeometrien oft aufnicht-quantifizierte Abnahmekriterien.Stattdessen werden die Kriterien qualita-tiv beschrieben und als manuell gezeich-nete geometrische Abnahmespezifika-tionen in unternehmensinternen Stan-dards hinterlegt. Die fehlende mathema-tische Beschreibung und Quantifizierungdieser Qualitätskriterien erschwert jedocheine Zeit und Kosten sparende Bauteil-abnahme.

Um die Toleranzen von Profilquer-schnitten exakt zu definieren, hat es sichin der Industrie etabliert, so genannteBandtoleranzen einzuführen. Das gemes-sene Ist-Profil der Schaufel muss stetsinnerhalb des definierten minimalen undmaximalen Bandes liegen. Dabei unter-liegt die Sog-Seite strikteren Toleranz-vorgaben als die Druck-Seite, da hier

aufgrund des stärkeren Einflusses derStrömungsverhältnisse höhere geome-trische Anforderungen gelten. Die quali-tativen Abnahmekriterien, wie die Sym-metrie der Schaufelkante, die Lage desScheitelpunkts oder der Verlauf der Profil-linie innerhalb des Toleranzbands, basier-ten bisher stets auf subjektiven Entschei-dungen und individuellen Erfahrungendes Maschinenbedieners. MarktführendeTurbinenbauer und ihre Kunden fordernjedoch zunehmend belastbarere Entschei-dungshilfen für die Schaufelcharakteri-sierung.

Gemeinsam mit Experten aus der Luft-fahrtindustrie analysierte das FraunhoferIPT bestehende industrielle Abnahme-

Inspektion aerodynamischer Komponenten im Flugzeugbau

standards und bewertete sie hinsichtlichihrer aerodynamischen Bedeutung. Profil-formlinien wurden zu diesem Zweck imBereich der Ein- und Austrittskante ausdem CAD extrahiert und gemäß dieserVorgaben innerhalb des erlaubtenToleranzbandes verändert. Bestehendequalitative Merkmale, wie die Symmetrieder Strömungseintritts- und -austritts-kanten, der Krümmungsverlauf der Kan-ten, aber auch die relative Lage der Skelett-linie zur Sollmittellinie wurden mathema-tisch beschrieben, bewertet und anschlie-ßend in einer Datenbank hinterlegt. Ein

Verdichter- und Turbinen-schaufeln für Luftfahrtantriebe

müssen bereits heute hohen An-sprüchen an Qualität und Wirtschaft-lichkeit gerecht werden. Hinzu kom-men ständige Forderungen nachhöherer Zuverlässigkeit und sinken-den Herstellungskosten. Um dieseKosten zu reduzieren und um Pro-duktionsausschüsse zu vermeiden,bietet sich eine fertigungsnahe undautomatisierte Qualitätsprüfung an.Die Komplexität der Qualitätskon-trolle freigeformter Geometrien anTurbinenschaufeln resultiert dabeiaus einer Vielzahl technologischer,also technischer, materieller undorganisatorischer Einflussfaktoren.

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Ihr Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Stephan Bichmannist seit Februar 2002 wissen-schaftlicher Mitarbeiter derAbteilung Mess- und Quali-tätstechnik am FraunhoferIPT.

Telefon 0241/8904-245

intelligentes Expertensystem in Verbin-dung mit dieser Datenbank zeigt nun dieobjektive Korrelation zwischen den ge-messenen Profilschnitten und den Ab-nahmespezifikationen.

AutomatisierteQualitätskontrolle

Nicht nur die Messtechnik und diedamit verbundene effiziente Erfassungder Strömungseintritts- und -austritts-kante, sondern auch die Bewertung derMessdaten sind wichtig für eine eindeu-

tige Aussage über dieQualität der Freiform-profile an Verdichter-und Turbinenschaufeln.Die Abnahmespezifi-kationen sind größten-teils durch qualitativbeschriebene Kriteriengekennzeichnet, die in-terpretierbar sind und esbisher nicht zuließen,die Messdaten automa-tisiert auszuwerten. DasFraunhofer IPT begeg-net dieser Herausforde-rung daher mit einerSoftware, mit der sichdie Qualitätskriterienvon Turbinenschaufelnautomatisiert und ob-jektiv klassifizieren las-sen. Die Unsicherheit

subjektiver, auf Erfahrung basierenderBegutachtungen verringert nun das im-plementierte Expertensystem.

Inspektion durch Lasermesstechnik

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Neue Komponenten richtig bewertenThemen

Ein weltweit agierender Antriebsherstellerfür unterschiedliche Flugzeugtypen imzivilen und militärischen Bereich entwi-ckelt und stellt Turbinentriebwerke her.Zu den strategischen Leitsätzen des Un-ternehmens gehört ein zukunftsträchti-ges, wettbewerbsfähiges Produktportfolio,das sich auf die kontinuierliche Forschung,Entwicklung und Erprobung neuer High-tech-Antriebslösungen stützt.

Für die Neuentwicklung künftigerTriebwerke sollten innovative Werkstoffeim Verdichtungsraum der Gasturbine zumEinsatz kommen. Um effiziente Turbo-verdichter mit hoher Umfangsgeschwin-digkeit und möglichst niedrigem Gewichtfertigen zu können, waren umfassendeKenntnisse über die Schaufelgitteraero-dynamik ebenso gefordert, wie die schwin-gungstechnische Beherrschung viel-stufiger Maschinen mit dünnen, schwachgewölbten Schaufeln. Die vorgesehenenInnovationen wurden für Leitschaufelnunterschiedlicher Hochverdichtungs-stufen konzipiert. Die Anforderungen lau-teten: maximale Turbinenleistung, hoheTemperaturbeständigkeit und höchstespezifische Festigkeit.

Kosten analysieren

Schon während der Entwicklung undprototypischen Erprobung des Ferti-gungsprozesses für die Bauteile stand dieEffizienz des Werkstoffeinsatzes im Vor-dergrund. Ziel der Wirtschaftlichkeits-analyse war ein Kostenmodell, das nichtnur die alternativen Herstellungskosten

Werkstoffe und Fertigungsprozesse für die nächste Triebwerksgeneration

neuer Fertigungspro-zesse abbildet und be-wertet sondern auch dieAbschätzung von Maxi-malpreisen (›ceiling pri-ces‹) für stufenabhän-gige Leitschaufeln un-ter Marktbedingungenerlaubt. Dabei galt es,die unterschiedlichenKonfigurationsmöglich-keiten der Schaufeln proStufe abzubilden undalles in ein Kalkula-tionstool auf Excel-Ba-sis zu integrieren. DieWirtschaftlichkeitsana-lysen sollten mehrmalsentlang der gesamtenTriebwerksentwicklungwiederholt werden. Sokönnten die Ergebnissedes Kalkulationstools auch als Grundlagefür spätere Sourcing-Entscheidungen die-nen.

Um das Kostenmodell aufzubauen,mussten zunächst die Herstellungsalter-nativen für den neuen Werkstoffeinsatzmodelliert werden. Die besondere Her-ausforderung bestand darin, die Kostenneuer Fertigungsprozesse in diesem frü-hen Stadium der Entwicklung abzuschät-zen, denn ähnliche Referenzprodukte undpotenzielle Lieferanten, die über die ent-sprechenden Erfahrungen in der Bearbei-

Der Markterfolg eines neuen Pro-dukts hängt stark vom Nutzen

ab, den es dem Kunden stiftet. Indiesem Zusammenhang wird allzuoft die Tatsache vernachlässigt, dass›Rekorde in der technischen Leis-tungsfähigkeit eben noch lange kei-ne Rekorde in der Disziplin Kunden-nutzen‹ bedeuten. In einem Indust-rieprojekt untersuchte das WZL jetzt,wie Komponenten hochkomplexerProdukte in der Luft- und Raum-fahrt wertorientiert zu bewertensind.

tung verfügen, existierten im Markt nicht.Allerdings stand zum Zeitpunkt derWirtschaftlichkeitsanalyse bereits eineTestfertigungsstrecke zur Verfügung, diedie technische Machbarkeit bei kleinenSchaufelstückzahlen sicherte.

Ausgewählte Herstellungsalternativengliederte das WZL zur detaillierten Unter-suchung in mehrere Phasen. Jeder Phasewurde dann ein Expertenkreis aus Werk-stoff- und Fertigungsexperten zugeord-net. Als Basis für das Kostenmodell diente

der Ansatz der ressourcenorientiertenProzesskostenrechnung. Die Experten-kreise trugen Informationen zusammenund fassten sie zu Kostenblöcken proFertigungsschritt. Als Abschluss stand dasvollständige Kostenmodell, mit dem sichdie Herstellungskosten pro Schaufel undStufe ermitteln ließen.

Preise abschätzen

Um die Maximalpreise abzubilden, istes wichtig, die Preise abschätzen zu kön-nen, die Kunden für die innovative Schaufelzahlen würden. Einen ersten Schritt bil-deten deshalb Überlegungen zu posi-tiven Werttreibern im Sinne wahrgenom-mener Nutzenelemente für den Flugzeug-betreiber. Ausgehend von den Anfor-derungen an ein Triebwerk wie maximaleReichweite, Wartungsfreundlichkeit, nied-rige Emissionswerte und geringerer Emis-sionspegel wurde das Nutzenelement derGewichtsreduzierung als besonders rele-vant wahrgenommen.

In der Analyse der Preisbereitschaftverdichtete das WZL den Zusammenhangzwischen Gewichtsreduzierung und hö-herem akzeptierten Preis zu einem Faktormit der Einheit ›Euro pro Grammreduk-tion‹. Die Auswahl stütze sich auf die gutverfügbaren Informationen im weltwei-ten oligopolistischen Triebwerksmarktüber Nutzenmodelle der Triebwerks-betreiber. Grundannahme war ein linea-rer Zusammenhang zwischen Preis-zunahme und Grammreduktion. Auf die-ser Basis legte das WZL die Faktoren fürdie Übersetzungsformel fest. Zur Preis-orientierung der innovativen Bauteile dien-te das angebotene Produktprogramm.

Variantenvielfaltbeherrschen

Die Produktkomplexität spielte bei derPreismodellierung ebenfalls eine wich-tige Rolle: Im Gegensatz zur Fertigungvergleichbarer Leitschaufeln erlaubt diekonzipierte Fertigungsstrecke die Schau-felproduktion in größeren Einheiten, sogenannten Segmenten. Je nach Konfigu-ration des Segments verursacht die Ferti-gung allerdings unterschiedliche Kosten.Daher bedürfen die verschiedenen Seg-mente auch im Sinne eines maximalenDeckungsbeitrages und höchster Kunden-akzeptanz unterschiedlicher Preise.

Für die Abbildung dieser Vielfalt ineinem Preis- und Kostenmodell entwarfdas WZL eine Konfigurationslogik, diebeispielsweise Prozessparameter bei derVerpackung der Leitschaufel änderte oderAktivitäten in der Montage strich. Soließen sich anhand der ermittelten res-sourcenorientierten Prozesskostenrech-nung die tatsächlichen Kosten der Vari-ante gut abbilden. Die fertigungstech-nisch begrenzte Segmentkonfigurationpro Stufe wurde ebenfalls in die Konfi-gurationslogik integriert.

Zusammenfassend gelang es mit derWirtschaftlichkeitsanalyse und anhanddes Kalkulationstools, die preisoptimalenSegmentkonfigurationen pro Stufe zuermitteln und sie im Laufe der weiterenEntwicklungen detaillierter zu analysie-ren. Dadurch konnte die Variantenvielfaltin einer preisorientierten Wirtschaftlich-keitsbewertung eingebunden werden.

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Ihr Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing.Felix Canales ist seit Juni2002 wissenschaftlicherMitarbeiter am Lehrstuhl fürProduktionssystematik desWZL.

Telefon 0241/80-28206

Vor dem Einsatz:Wirtschaftlichkeitneuer Triebwerks-generation mehr-

mals evaluieren

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Qualität durch Datenanalyse

Prozesskette wird so um einen Bausteinerweitert und ein integrativer Ansatz, derdas Gesamtsystem berücksichtigt, rücktnäher. Wenn das Restmaterial berechnetund die NC-Daten optimiert werden, ver-bessert sich das Bearbeitungsergebnisdeutlich. Durch neue Bearbeitungs-

ForumProduktion von Triebwerkskomponenten in BLISK-Bauweise

BLISKs können nach drei verschiedenenVerfahren hergestellt werden: Fräsen ausdem Vollen, elektrochemisches Senkenoder Anfügen fertiger Schaufelblätter andie Nabe durch lineares Reibschweißen.Fraunhofer IPT und WZL arbeiten vorallem an der ersten Variante. Um quali-tativ hochwertige frei geformte Flächenzu erzeugen, ist eine simultane Bewe-gungsführung von fünf Maschinenachsenerforderlich. Doch hier fehlt es den Pro-duktionsplanern in der Industrie bislangnoch an geeigneten Werkzeugen zur Pro-zessauslegung, was sich vor allem ineiner fehlenden Bidirektionalität der Daten-kette bemerkbar macht. Besonders dasEchtzeitverhalten des Fertigungssystemsaus Werkzeugmaschine und numerischerSteuerung (NC) wird während der Pro-zessplanung oft zu wenig berücksichtigt.Tritt bei der Bearbeitung ein Fehler auf,ist meist unklar, wo seine Ursachen liegen.Das NC-Programm lässt sich dann auf-grund der fehlenden rekursiven Verknüp-fung von NC-Daten und CAD-Modell nichtmehr an das Bauteil anpassen.

NC-Datenanalyse hilft,Maschinengrenzeneinzuhalten

Eine Lösung bietet die SoftwareNCProfiler, die das Fraunhofer IPT eigensfür die NC-Datenanalyse entwickelt hat.Indem die Software das Maschinen-verhalten zunächst im Rechner abbildet,lässt sich die geplante Werkzeugbewe-gung bereits vor den ersten Bearbeitungs-

tests untersuchen. So kann der Maschinen-bediener feststellen, ob die gefordertenAchsbewegungen der Werkzeugmaschinedie kinematischen und dynamischenGrenzwerte überschreiten und ob dieInterpolations- und Regeltakte der nume-rischen Steuerung eingehalten werden.Kritische Positionen kennzeichnet dasProgramm im Datensatz und analysiertsie mit unmittelbarem Bezug zum Bauteil,so dass der Anwender gegebenenfallskorrigierend eingreifen kann.

Darüber hinaus transformiert die Soft-ware auch das NC-Datenformat: EineAnnäherung der Werkzeugbahn in Formso genannter Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) ersetzt die konventionelleBeschreibung durch linear interpoliertePunkte. Diese Form der Datenaufbereitungharmonisiert die Achsbewegung derMaschine und führt so zu deutlich hoch-wertigeren Oberflächen bei einer exaktdefinierten Profiltreue. Weil sich bei derNeuberechnung auch das Datenvolumenverringert, verkürzt sich meist auch dieDauer des Bearbeitungsprozesses.

Erst dadurch, dass die Software dieMaschinengrenzwerte schon in der Simu-lation genau berücksichtigt, kann derProzessplaner die geplanten technologi-schen Kenngrößen einhalten und diezuvor ermittelten Standzeiten undBearbeitungsergebnisse erreichen. Aufdiese Weise lassen sich die Bearbeitungs-strategien, die WZL und Fraunhofer IPTentwickelt haben, optimal in die Praxisüberführen.

Hochleistungszerspanprozesse wie daszirkulare Schruppfräsen oder das so ge-nannte ›Plunge Milling‹ können selbst bei

Titan- oder Nickelbasislegierungen zumEinsatz kommen, die als Werkstoffe fürden Triebwerksbau genutzt werden. Erst-mals gelingt es dabei, die simuliertenProzesskennwerte für komplexe 5-achsigeBearbeitungsoperationen tatsächlich ein-zuhalten und auszureizen. Die virtuelle

Beim Bau moderner Triebwerks-verdichter setzt die Luft- und

Raumfahrtindustrie immer häufi-ger auf integral beschaufelte Schei-ben, so genannte BLISKs. Die ohne-hin komplexe Herstellung der Strö-mungsflächen wird dabei durch diebeschränkte Zugänglichkeit der zubearbeitenden Geometriemerkmaleerschwert. Eine Folge sind techno-logisch ungünstige und stark wech-selnde Prozessbedingungen. Aus die-sem Grund erarbeiten das Fraun-hofer IPT und das WZL gemeinsamneue Wege zur Auslegung effizienterund prozesssicherer Bearbeitungs-strategien.


Dipl.-Ing. Matthias Meineckeist seit April 2004 wissen-schaftlicher Mitarbeiter derAbteilung Prozesstechnologieam Fraunhofer IPT.

Telefon 0241/8904-231

Dipl.-Ing. Drazen Veselovacist seit Juni 2001 wissen-schaftlicher Mitarbeiter amLehrstuhl für Technologieder Fertigungsverfahren desWZL und leitet seit Juni2005 die Abteilung Über-wachung und Abtragen.

Telefon 0241/80-27432

strategien wie das Tauchfräsen lassensich in ausgewählten Anwendungsfällenbereits Leistungssteigerungen von mehrals 35 Prozent erzielen.

Dennoch unterliegt der Prozess auf-grund von Maschinencharakteristika undWerkzeugverschleiß ausgeprägten Schwan-kungen. Im Extremfall wird dadurch so-gar das Bauteil beschädigt. Vor allem beider Bearbeitung schwer zerspanbarerWerkstoffe wie Titan- und Nickelbasis-legierungen treten prozessbedingte Un-regelmäßigkeiten und Anomalien auf.Um diese frühzeitig zu erkennen und imbesten Fall auch zu vermeiden, entwickeltdas WZL Sensorsysteme und Prozessüber-wachungsalgorithmen für die 5-Achs-Bearbeitung.

Anhand von Kraft-, Beschleunigungs-und Körperschallmessungen gelingt es,Fräsprozesse so zu überwachen, dassBauteilschädigungen vermieden werden.Speziell zu diesem Zweck engagiert sichdas WZL gemeinsam mit der Kistler Instru-mente AG für die werkzeugseitige Kraft-messung mit rotierenden Zerspankraft-dynamometern. Die hochauflösendenMesssysteme ermitteln die Kräfte bei ho-hen Drehzahlen und mittleren Belastun-gen im kartesischen System. Beschleu-nigungs- und Körperschallsignale dienenzur direkten werkstückseitigen Überwa-chung. Das bedeutet, dass die Signaledurch geeignete Algorithmen so inter-pretiert werden, dass ein direkter Schlussauf die gefertigte Produktqualität mög-lich ist. Wichtig wird das zum Beispiel,wenn Flugtriebwerk-BLISKs mit einemWert von mehr als 50 000 Euro bearbeitetwerden.

NC-Datenanalyse optimiertHerstellungsprozesse fürintegrale Verdichterstufen

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Tools3/2006

Personen, Ereignisse, TermineNews

Personen Personen

Personen– Ehrendoktorwürde der

Universität Hannover fürProfessor Fritz Klocke

– WZL-Hiwi Philipp Tietjengewinnt ›Siemens Unter-nehmercup‹

– Personalia

Ereignisse– Arbeitskreis ›Sekretariat‹

gegründet

– Junior-Ingenieur-Projekterfolgreich gestartet

– Optatec 2006

– EU-Abgeordnete besuchenWZL und Fraunhofer IPT

Termine

Ereignisse

Ehrendoktorwürde derUniversität Hannover fürProfessor Fritz Klocke

Die Fakultät für Maschinenbau der Uni-versität Hannover hat Professor FritzKlocke die Würde eines Doktor-Inge-nieurs Ehren halber ver-liehen. Professor Klockeerhielt die Urkunde ausder Hand des Universi-tätspräsidenten Prof.Erich Barke. Die Lauda-tio hielt Prof. Dr.-Ing.Berend Denkena vomInstitut für Fertigungs-technik und Werkzeug-maschinen der Univer-sität Hannover.

Die Ehrendoktorwür-de wurde Klocke in An-erkennung seiner Leis-tungen auf dem Gebietder spanabhebendenGrundlagenforschungund deren industriellerUmsetzung verliehen. Zudem würdigtedie Universität das breite Forschungsfeld,das Professor Fritz Klocke am Lehrstuhlfür Technologie der Fertigungsverfahrendes WZL und am Fraunhofer IPT bearbei-tet. Es umfasst nicht nur die Zerspanungmit geometrisch bestimmten und unbe-stimmten Schneiden, sondern auch dieabtragenden Fertigungsverfahren undSondergebiete der Umformtechnik.

Weiterhin hob Berend Denkena aner-kennend hervor, dass Fritz Klocke zu-sätzlich zu den zahlreichen Aktivitäten inder Forschung auch in einer Vielzahlverantwortungsvoller Ehrenämter für dieGemeinschaft der Produktionswissen-schaft tätig ist.

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h.Fritz Klocke

WZL-Hiwi Philipp Tietjen gewinnt›Siemens Unternehmercup‹

Philipp Tietjen, studentische Hilfskraft inder Gruppe ›Automatisierung‹ am Lehr-stuhl für Werkzeugmaschinen des WZL,hat beim StartUp-Unternehmensplanspiel›Siemens Unternehmercup‹ mit seinemTeam den ersten Platz belegt. Als Preislädt die Siemens AG die Sieger ein, miteinem Vorstandsmitglied der Siemens AGeinen Tag im Berufsleben eines Top-manangers zu erleben.

Das Planspiel wird jährlich vom Sie-mens Center of Knowledge Interchange(CKI) unter Koordination von ProfessorWalter Eversheim und dem Lehrstuhl fürWirtschaftswissenschaften für Ingenieureund Naturwisschenschaftler (WIN) aus-gerichtet. Es besteht aus fünf Teams, dieim direkten Wettbewerb zueinander stehenund insgesamt acht Runden spielen.

Siemens-Vorstand Dr. Klaus Wucherer(Mitte) überreicht dem SiegerPhilipp Tietjen die Siegerurkundein Anwesenheit vonProfessor Walter Eversheim (rechts)

Arbeitskreis ›Sekretariat‹gegründet

Seit dem 06. Juli 2006 haben sich dieSekretärinnen des WZL und des WZL-forums zum Arbeitskreis ›Sekretariat‹ zu-sammengeschlossen. Das Netzwerk hatsich Ziele wie Kostensenkung, Standar-disierungen von Arbeitsvorgängen, Erar-beitung effizienterer Arbeitsabläufe undden Austausch mit anderen Netzwerkenauf die Fahne geschrieben. Die Arbeits-treffen finden einmal monatlich statt.

Darüber hinaus möchte das Netzwerkzur Verbesserung des Informationsflus-ses und der Informationsstrukturen in-nerhalb des Hauses beitragen.

Erste Arbeitsschwerpunkte sind dieWeiterentwicklung des WZL-Organi-gramms (Aufbauorganisation) sowie ei-nes Einarbeitungsleitfadens für Sekre-tariatsmitarbeiterinnen, der später in dasWZL-Handbuch integriert wird.

Anregungen und Vorschläge zur Op-timierung der gemeinsamen Arbeit nimmtder Arbeitskreis gerne unter der E-Mail-Adresse [email protected].

Neue Oberingenieure

Gleich in zwei Abteilungen des Fraun-hofer IPT wechselten im vergangenenQuartal die Oberingenieure: In der Ab-teilung für Produktionsmaschinen über-nahm Dr.-Ing. Christian Wenzel die Ab-teilungsleitung von Dr.-Ing. Sven C. Lan-ge, der in die Industrie wechselt. Dr.-Ing.Sascha Klappert löste Dr.-Ing. JensSchröder als Oberingenieur der Abteilungfür Technologie- und Einkaufsmanage-ment ab. Auch Jens Schröder wird zu-künftig in der Industrie tätig sein.

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News

Ereignisse

Personen, Ereignisse, Termine

EreignisseEreignisse

Optatec 2006

Gemeinsam mit seiner jüngsten Ausgrün-dung, der Aixtooling GmbH, und dreiweiteren Fraunhofer-Instituten nahm dasFraunhofer IPT auch in diesem Jahr wie-der an der Optik-Fachmesse Optatec inFrankfurt/Main teil. Auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand zeigte das Fraun-hofer IPT vom 20. bis 23. Juni 2006verschiedene Highlights seiner aktuellenForschungs- und Entwicklungsarbeit fürdie optische Industrie.

Einen wichtigen Schwerpunkt deraktuellen Arbeiten bildet die Replikationoptischer Komponenten mit höchstergeometrischer Komplexität durch dasPräzisionsglaspressen. Auf der Optatecpräsentierte das Fraunhofer IPT nun ab-geformte Glaslinsen mit einer Durchläs-sigkeit für Wellenlängen im ultraviolettenBereich des Lichts, die sich besonders fürden Einsatz in der Laser- und Nachrich-tentechnik eignen. Als alternatives Ver-fahren zur Herstellung komplexer opti-scher Bauteile aus Stahl mit hochpräzisenKonturen zeigte das Frauhofer IPT au-ßerdem das ultraschallunterstützteDiamantdrehen anhand entsprechenderStahlbauteile, die als optische Formein-sätze oder im Automobil-, Maschinen-und Anlagenbau eingesetzt werden kön-nen. Mit Blick auf den wachsenden Be-darf der Industrie an großen mikro-strukturierten Kunststoffbauteilen führtedas Fraunhofer IPT auf der Messe eingroßflächiges Abformwerkzeug mit opti-scher Oberflächenqualität und einer Ab-messung von rund 1 m² vor. SolcheMasterwerkzeuge dienen beispielsweisezur Replikation feinster Strukturen aufKunststofffolien, die für die Herstellungmoderner TFT-Bildschirme eingesetztwerden. Die hochpräzise Oberfläche desneuen Werkzeugs wurde auf einem ei-gens für solch großflächige Bauteile ent-wickelten Bearbeitungszentrum durch dieZerspanung mit monokristallinem Dia-manten hergestellt.

EU-Abgeordnete besuchenWZL und Fraunhofer IPT

Der ehemalige CDU-Generalsekretär undjetzige Europa-Abgeordnete Herbert Reulbesuchte mit einer Delegation dieWissenschaftsstadt Aachen. Im Mittel-punkt des Besuchs des CDU-Politikers,Mitglied des Ausschusses für Industrie,Technologie und Forschung im BrüsselerEuropa-Parlament, stand ein Besuch vonWZL und Fraunhofer IPT. Professor Gün-

ther Schuh stellte die beiden Institute vorund machte deutlich, weshalb sie zurWeltspitze gehören. In den Fokus seinerPräsentation stellte Schuh allerdings dies-mal das geplante Campus-Projekt zwi-schen Aachener Westbahnhof und Mela-ten-Nord: Hier soll in den nächsten Jah-ren um die großen Forschungsinstituteder RWTH Aachen herum eine globalangelegte Forschungswelt mit rund fünf-zig technischen Entwicklungszentren ent-stehen. Damit könne nicht nur ein völligneues internationales Qualitätsniveau er-reicht werden, sondern es sollen auchrund 10 000 neue Arbeitsplätze entste-hen.

Junior-Ingenieur-Projekterfolgreich gestartet

Das Ingenieur-Studium an der RWTHAachen ist für seinen starken Praxisbezugbekannt. Das allerdings reicht den Ver-antwortlichen am Werkzeugmaschinen-labor noch nicht aus: Die Professorenhaben sich Gedanken gemacht, wie mandiesen Praxisbezug noch steigern kann.

›Junior Ingenieur‹ ist das Schlagwort,hinter dem sich neue Chancen für Aache-ner Maschinenbau-Studenten verbergen.

Das WZL bemüht sich im Junior-Ingenieur-Projekt um zukünftige Studen-tinnen und Studenten, die heute noch imSchüler-Alter sind. Die zusätzliche Be-treuung während des späteren Studiumsübernehmen wissenschaftliche Mitar-beiter des WZL. Namhafte Unternehmen

bieten Studierenden die Chance, bereitswährend ihres Studiums selbstständig in-dustrielle Forschungsprojekte in ihren aus-ländischen Werken durchzuführen.

Beim 1. Aachener Junior-Ingenieur-Tag zog das WZL jetzt erstmals Bilanz:Sechs internationale Projekte, an deneninsgesamt 24 Studierende beteiligt wa-ren, wurden in den vergangenen zwei

Jahren bearbeitet. Diese Projekte um-fassten für die angehenden IngenieureAuslandsaufenthalte zwischen drei undsechs Monaten in Ländern wie Brasilien,Mexiko und China.

Die Unternehmen waren mit den Lei-stungen aus der Projektarbeit äußerstzufrieden. »Die Studenten waren besserals professionelle Unternehmensberater«,war auf dem Junior-Ingenieur-Tag zuhören. Gerne, so wurde deutlich, würdendie Unternehmen noch mehr internatio-nale Projekte mit Aachener Junior-Inge-nieuren durchführen, wenn das Interes-se bei den Studenten zunehmen sollte.Und auch die weit gereisten Studentenwaren sich einig: »Das war keine verlo-rene Zeit.« Sichtlich beeindruckt auch

beim Hallenrundgang:EU-Abgeordneter Herbert Reul(2. von links)

Voll besetzter Hörsaal beim1. Aachener Junior-Ingenieur-Tag

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Tagungen/Seminare

14. September 2006Erfolgsfaktoren imTechnologiemanagementDas Seminar zeigt auf, wie eineffektives und effizientes Techno-logiemanagement im Unternehmenunter verschiedenen Rahmen-bedingungen eingeführt undumgesetzt werden kann, wie essich organisatorisch einbetten lässtund wie Prozesse und Methodenmit Blick auf die Unternehmens-situation gestaltet und angewendetwerden können. Das Seminar bietetden Teilnehmern nicht nur eineausführliche Darstellung vonVorgehensweisen des Technologie-managements, vor sondern vor allemauch die Chance, von erfolgreichenPraxisbeispielen zu profitieren.

VeranstalterWZLforum an der RWTH Aachen

VeranstaltungsortWZLforum, Aditec-Gebäude

Ihr AnsprechpartnerKatrin Fausten M.A.Telefon 0241/[email protected]

28. - 29. September 2006Management mechatronischerEntwicklungenIn Zusammenarbeit mit Unterneh-men aus dem Maschinen- undAnlagenbau sowie der Software-entwicklung haben die Veranstalterdieses Seminars Vorgehensweisenund Methoden zum Managementmechatronischer Entwicklungspro-jekte entwickelt. Diese umfassenBausteine wie das ›Requirements-Engineering-Methodikkonzept‹,interdisziplinäre Beschreibungs-techniken und ein Anforderungs-management anhand einer Reife-gradsystematik von Spezifikations-dokumenten. Das Seminar vermitteltden Teilnehmern praxisnah dieeinzelnen Bausteine.




11. - 12. Oktober 2006Zustandsüberwachung und-diagnose an Produktions-maschinenZiel dieses Seminars ist es, einenEinblick in den aktuellen Stand derMaschinenzustandsüberwachungund -diagnose zu geben. Dabeierhalten die Teilnehmer einenÜberblick über verfügbare Über-

wachungsprodukte und -techno-logien. Themen des Seminars sindmoderne Zustandsüberwachungs-konzepte, neueste Entwicklungenhinsichtlich der Sensorik und derMethoden zur Signalauswertungsowie steuerungsintegrierteÜberwachungsstrategien.


VeranstaltungsortWZL-Neubau


12. - 13. Oktober 2006Kundenorientierte Produkt-entstehung – Management derfrühen PhasenDie Philosophie des Quality Func-tion Deployment (QFD), die dieKundenorientierung eines modernenQualitätsmanagements in allenPhasen der Produktentwicklungverankert, fokussiert auf die ge-meinsame Betrachtung von Datender Märkte, Kunden und Mit-bewerber. Zu diesem Zweck führtdas QFD systematisch und schritt-weise unterschiedliche Unterneh-mensbereiche wie Marketing,Produktentwicklung, Fertigung,Beschaffung und Qualitätssicherung

durch ein System aufeinanderabgestimmter Planungs- und Kom-munikationsschritte zusammen.Wie die Theorie in die Praxis um-gesetzt werden kann, beantwortetdieses Seminar.




25. - 26. Oktober 2006Integrierte Simulation inder FertigungDas Seminar zeigt die Chancen, aberauch die Grenzen heutiger Simu-lationsanwendungen in Industrieund Forschung bei den Fertigungs-verfahren Umformen, Gießen undZerspanen sowie zum Thema›Integrierte Simulation von Prozessund Maschine‹ auf. Es berichtenerfahrene Referenten über ihreErkenntnisse und Erfahrungen mitder Fertigungssimulation.


VeranstaltungsortWZL Neubau


31. Oktober 2006Sigma Change 2Das Seminar zeigt auf, wie führendedeutsche Unternehmen Herausfor-derungen begegnen und präsentierteine neuartige Konzeption, die SixSigma und Elemente des ChangeManagements miteinander vernetzt.Die Seminarbeiträge sowie diedarauf folgenden Diskussionenreflektieren zahlreiche Aspekte desSigma Change. Ziel ist es, einejahrzehntelange Expertise derQualitätswissenschaften und desChange Managements zur Lösungindividueller Fragen in einenindustriellen Expertenaustauscheinzubringen.




8. - 9. November 2006Basisseminar SchleiftechnikDas Seminar vermittelt ein grundle-gendes Verständnis des Span-bildungsprozesses und des Einflus-ses der Schleifprozessparameter aufdie Bauteilqualität und Bearbei-tungszeit für die relevanten Schleif-verfahren. Die Grundlagen desAbrichtens, Messens und Prüfenssowie der Auslegung von Kühl-schmierstoffen und Schleifwerk-

zeugen werden erklärt und späterin praktischen Übungen an Schleif-maschinen und Prüfständen vertieft.Das Seminar wendet sich an An-wender der Schleiftechnik, Maschi-nenbediener, Meister sowie Werk-statt- und Abteilungsleiter aus denBereichen Arbeitsvorbereitung,Fertigung, Service und Vertrieb

VeranstalterWerkzeugbau-Akademie

VeranstaltungsortWZLforum an der RWTHAachen, ADITEC-Gebäude

Ihr AnsprechpartnerDr.-Ing. C. ZeppenfeldTelefon +49 (0)241/[email protected]

8. - 10. November 20063. Lean Management Summit –Aachener Management TageBei den Aachener ManagementTagen 2006 erfahren die Teilneh-mer, welche neuen Trends im LeanManagement zu erwarten sind.Experten aus Industrie und Wissen-schaft referieren über ihre Erfahrun-gen und Best Practices. Die Besu-cher der Veranstaltung erfahren, wiesie Know-how aufbauen und dieReferenzstrategien der bestenUnternehmen zielgerichtet anwen-den können. Im Hinblick auf eineganzheitliche Betrachtung derThematik werden die Beiträge derIndustrie durch neue Ergebnisse derForschung ergänzt. Im vergangenen

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TermineTermine

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Tools3/2006

Jahr konnten bereits rund 350Teilnehmer von der Expertise der 40hochkarätigen Referenten undModeratoren aus Wirtschaft undWissenschaft profitieren.


VeranstaltungsortDorint Sofitel Quellenhof Aachen

Ihr AnsprechpartnerKirstin Marso M.A.Telefon 0241/[email protected]

10. November 2006EntlohnungssystemeAuf Basis der Besonderheiten unter-schiedlicher Entgeltsysteme imWerkzeug- und Formenbau stelltdas Seminar den Teilnehmernverschiedene praxisnahe Konzepteund den Weg von der fixen zurvariablen Vergütung vor. Zur Ver-tiefung erarbeiten die Teilnehmerein Entgeltsystem anhand einesFallbeispiels in Gruppenarbeit,dessen Lösungen sie im Anschlussvorstellen und diskutieren.


VeranstaltungsortWZLforum an der RWTH Aachen,ADITEC-Gebäude

Ihr AnsprechpartnerDipl.-Kfm. Martin BockTelefon 0241/[email protected]

13. November 2006Senkung von Kosten undDurchlaufzeiten im Werkzeug-und FormenbauDas Seminar zeigt den Teilnehmernneueste Methoden und Instrumenteauf, um systematisch auf allenEbenen die Struktur von Kosten undDurchlaufzeiten im Werkzeugbau zuerfassen. Die Teilnehmer lernenzunächst die theoretischen Grundla-gen zur erfolgreichen Senkung vonKosten- und Durchlaufzeiten ken-nen. Durch die Anwendung vonMethoden und Instrumenten trai-nieren sie in Beispielen schließlichderen Einsatz in der betrieblichenPraxis.


VeranstaltungsortWZLforum an der RWTH Aachen,ADITEC-Gebäude


14. November 2006Führung von Werkzeugbau-BetriebenDas Seminar vermittelt Führungs-kräften im Werkzeugbau undinteressierten Wissenschaftlernsystematisch und anwendungsori-entiert die Grundlagen zur erfolgrei-chen Strategieentwicklung.




15. - 16. November 2006Innovative CAD/CAM/NC-VerfahrenskettenZiel dieses Seminars ist es, denaktuellen Stand der Technik in derFertigungsplanung und Steuerungs-technik sowie die Schnittstellezwischen beiden Bereichen zubeleuchten und aktuelle Entwick-lungstrends aufzuzeigen. Themasind hier neueste Entwicklungenrund um CAD/CAM-Systeme, NC-Programmiersysteme und NC-Simulationstools. Aktuelle Arbeitenaus der Forschung runden dasVortragsprogramm ab.




22. - 23. November 2006Kolloquium ›Optik –Schlüsseltechnologie mit Zukunft‹Mit dem zweitägigen Kongress rundum die Themen Optik und Photonikbietet das Fraunhofer IPT gemein-sam mit seinem jüngsten Spin-off,der Aixtooling GmbH, eine Infor-mationsplattform zu aktuellen Pers-pektiven, technologischen Innova-tionen und neuen Anwendungenaus Industrie und Forschung. DasKolloquium, das alle zwei Jahre inAachen stattfindet, knüpft an dieErfolge der vergangenen Jahredurch die industrienahe Darstellungder Themen Optikdesign, -produk-tion und -anwendung an. Zahl-reiche hochkarätige Referenten ver-sprechen eine anwendungsnahePräsentation aktueller Entwicklun-gen und Trends.

VeranstalterFraunhofer IPT

VeranstaltungsortDorint Quellenhof, Aachen

Ihre AnsprechpartnerDipl.-Phys. Klaus EderTelefon 0241/[email protected]

29. - 30. November 2006Aktuelle Entwicklungen beimVorverzahnenDieses Seminar bringt seinen Teil-nehmern aktuelle Entwicklungenrund um Verfahren und Strategienzur Vorbearbeitung von Verzah-nungen sowie deren Chancen undRisiken nahe. Dazu referierenExperten für Verzahnmaschinen-

und Werkzeugherstellung sowieAntriebstechnik über ihre Erfahrun-gen, Meinungen und Visionen zumVorverzahnen. Im Hinblick auf eineganzheitliche Betrachtung derThematik werden die Beiträge ausder Industrie durch grundlagen-orientierte Beiträge aus der For-schung ergänzt.




7. - 8. Dezember 2006Von der Idee zum Produkt –Das Risiko im GriffIn diesem Seminar stellen Referen-ten aus Industrie und Forschungverschiedene Ansätze und Erfahrun-gen im Umgang mit unternehmens-relevanten Risiken vor. Es vermitteltLösungen, die systematisch vorhan-dene prozessund produktbezo-gene Risiken erfassen und Strate-gien sowie Optimierungschancenentlang des gesamten Produkt-lebenszyklus aufzeigen. Das optio-nale Vertiefungsseminar am zweitenTag vermittelt den Teilnehmern einmethodisches Instrumentarium, umRisiken zu identifizieren, zu priori-sieren und auf Grundlage dieserAnalyseschritte Strategien imUmgang mit Risiken abzuleiten.

News Personen, Ereignisse, Termine

TermineTermine




18. Januar 2007Product Lifecycle ManagementDas Product-Lifecycle-Management(PLM) bietet einen der leistungs-fähigsten Ansätze für die Optimie-rung der Innovationsprozesseproduzierender Unternehmen.Obwohl die hohe Bedeutung desPLM von vielen Unternehmenbereits erkannt wird, nutzen diewenigsten die vorhandenenPotenziale. Ziel des Seminars ist es,die Implementierung und denEinsatz effektiver PLM-Systeme undMethoden in der Praxis aufzuzeigensowie ihren Nutzen zu verdeutli-chen. Die Teilnehmer lernen Vor-gehensweisen und Ansätze derPLM-Informationsvernetzungkennen, die Wettbewerbsvorteileerschließen können. Referenten ausIndustrie und Forschung berichtenüber praxisrelevante Entwicklungen.




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Tools3/2006

Impressum

Tools 3/200613. JahrgangISSN 0947-8647

Ein Magazin über die Forschung derAachener Produktionstechniker des WZLund Fraunhofer IPT. Zur Informationder Medien, Wirtschaft und Wissenschaft;für Kunden, Partner und Mitarbeiter.

Erscheinungsweise: viermal jährlich

HerausgeberProfessor Christian BrecherProfessor Fritz KlockeProfessor Robert SchmittProfessor Günther Schuh

Fraunhofer-Institut fürProduktionstechnologie IPTSteinbachstraße 1752074 AachenTelefon 0241/8904-180Telefax 0241/8904-6180www.ipt.fraunhofer.de

Laboratorium für Werkzeugmaschinenund Betriebslehre WZL der RWTH AachenSteinbachstraße 1952074 AachenTelefon 0241/80-27968Telefax 0241/80-22293www.wzl.rwth-aachen.de

WZLforum gGmbHSteinbachstraße 2552074 AachenTelefon 0241/80-23614Telefax 0241/80-22575www.wzlforum.rwth-aachen.de

RedaktionsanschriftLaboratorium für Werkzeugmaschinenund Betriebslehre WZL der RWTH AachenSteinbachstraße 1952074 Aachen

RedaktionSusanne Krause M.A. (verantwortlich)Kurt Rütten

Grafik, LayoutDipl.-Des. Heike I. Plath AGDwww.plath-design.de

FotosMTU Aero Engines GmbH (S. 5);Fraunhofer IPT (S. 6, 13);Stephan Bichmann (S. 9);MEV Verlag (S. 10); Heidi Peters (S.14);Kurt Rütten (S. 15,16,17);

DruckRhiem Druck GmbH, Voerde

Nachdruck, auch auszugsweise, nur mitvollständiger Quellenangabe und nachRücksprache mit der Redaktion.Belegexemplare werden erbeten.

Termine

Kolumne

Planung und Auslegung auto-matisierter Fertigungsanlagen fürdie Luft- und Raumfahrtindustrie

Gerade in Hochlohnländern wie Deutsch-land kann die wirtschaftliche Fertigungkomplexer Bauteile für die Luft- undRaumfahrt lediglich durch optimiertehochproduktive Fertigungsanlagen mög-lich sein. Dieser Forderung lässt sich nurnachkommen, wenn über den gesamtenLebenszyklus konsequent hochinnovativeAnsätze verfolgt werden.

Die Leistungsfähigkeit modernster Pro-duktionsanlagen und der wirtschaftlicheErfolg während des Betriebs wird bereitsbei der Konzeptfindung grundlegendbeeinflusst. Nur durch einen konsequen-ten und frühzeitigen Einsatz von Simula-tions- und Optimierungswerkzeugen imEntwicklungsprozess können heute leis-tungsfähige Anlagen für die konkurrenz-fähige Fertigung anspruchsvoller Pro-dukte am Standort Deutschland verwirk-licht werden. Aufgrund langjähriger prak-tischer Erfahrung und durch stetigen Ein-bezug neuster wissenschaftlicher Erkennt-nisse ist das WZL ein geschätzter Partnerbei der Entwicklung modernster und in-novativer Produktionsanlagen. Angefan-gen beim Konzept und der Optimierungder kinematischen Eigenschaften über dieSimulation und Verbesserung struktur-mechanischer Eigenschaften bis hin zuranwendungsorientierten Verbesserungdes mechatronischen Gesamtsystems bie-tet das Expertenteam des Lehrstuhls fürWerkzeugmaschinen am WZL alle Lösun-gen komplett aus einer Hand.

Kolumne

News Termine

Eine optimal gestaltete Anlage ist fürden wirtschaftlichen Betrieb ebenso wich-tig wie die konsequente Nutzung flexi-bler Automatisierungslösungen für dieFertigungsleittechnik und Logistik. DerLehrstuhl für Werkzeugmaschinen bietetmit der Software ›cosmos 4 MES Suite‹neue Lösungen zur Ablaufsteuerung und-überwachung für die unterschiedlichenTypen flexibler Fertigungssysteme (FFS).Diese Software bietet dem Anwender dieChance, frei skalierbare Automatisierungs-aufgaben zu lösen – von der Anbindungeines Roboters zur Werkstückhandhabungan eine Einzelanlage bis hin zur komplexenAutomatisierung von Mehrmaschinen-systemen mit Anbindung an Lager- undTransportsysteme.

Nur durch die ganzheitliche Betrach-tung aller Herausforderungen von der Ent-wicklung bis zum Anlagenbetrieb, wie sieam WZL konsequent verfolgt, lassen sichdie Potenziale moderner Produktions-anlagen voll erschließen. So wird denAnlagenentwicklern und -betreibern lang-fristiger wirtschaftlicher Erfolg im interna-tionalen Wettbewerb garantiert.

Ihre AnsprechpartnerDr.-Ing. Frank Possel-Dölken undDipl.-Ing. Falco Paepenmüller sindOberingenieure am Lehrstuhl fürWerkzeugmaschinen des WZL.Telefon 0241/80-27408

Messen

17. - 20. Oktober 2006Airtec 2006In diesem Jahr präsentieren sichWZL und Fraunhofer IPT erstmalsauf der Airtec, einer neuen Zuliefer-messe für die Luft- und Raumfahrt,die ab sofort jährlich in Frankfurtam Main stattfinden soll. Die Paletteder Themen, die auf dem gemeinsa-men Stand vorgestellt wird, reichtvom Triebwerksbau über das Fräsenund Schleifen neuer Titanwerkstoffebis hin zur Vermessung von Bau-teilen und zur Prozessüberwachungim Flugzeugbau. Als besonderesHighlight planen WZL und Fraun-hofer IPT, verschiedene Struktur-und Triebwerkskomponenten aus-zustellen, anhand derer die ein-gesetzten Technologien verdeutlichtwerden.

VeranstalterWZL, Fraunhofer IPT

VeranstaltungsortMesse FrankfurtHalle 8, Stand K85

Ihr AnsprechpartnerDipl.-Ing. Matthias MeineckeTelefon 0241/[email protected]

24. - 28. Oktober 2006EuroBLECH 2006Auf der diesjährigen EuroBLECH inHannover stellt das Fraunhofer IPTgemeinsam mit den Fraunhofer-Instituten ILT, IST, IWS und IWUneue Entwicklungen für dieBlechbearbeitung vor. Das Fraunho-fer IPT ist hier unter anderem mitExponaten zum Umformen undFügen vertreten, so zum Beispielmit neuen keramischen Tiefzieh-werkzeugenfür die Blechumformung und einemgroßen Karosserieblech aus Alumini-um, das durch Laserstrahllötengefertigt wurde.

VeranstalterFraunhofer IPT, WZL

VeranstaltungsortHannover MesseHalle 11, Stand F44

Ihr AnsprechpartnerSusanne Krause M.A.Telefon 0241/[email protected]

29. November -02. Dezember 2006Euromold 2006Auch auf der diesjährigen Euromoldpräsentieren sich WZL und Fraun-hofer IPT wieder zusammen aufdem Gemeinschaftsstand derFraunhofer-Gesellschaft. Im Rahmendes Geschäftsfeldes aachenerwerkzeug- und formenbau (awf)stellen die beiden Institute aktuelle

Entwicklungen und Trends imWerkzeug- und Formenbau sowieden Wettbewerb ›Excellence inProduction‹ vor. Außerdem präsen-tiert das Fraunhofer IPT als Mitgliedder Fraunhofer-Allianz ›RapidPrototyping‹ keramischeHochleistungsformeinsätze fürTiefziehwerkzeuge.

VeranstalterFraunhofer IPT, WZL

VeranstaltungsortMesse FrankfurtHalle 8, Stand M122/L113


Inspektion aerodynamischer Komponentenim Flugzeugbau

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TOOLSTOOLSInformationen der Aachener Produktionstechniker

ISSN 0947-8647

Hochleistungsbauteile aus faserverstärktenKunststoffen

Werkstoffe und Fertigungsprozessefür die nächste Triebwerksgeneration

2006

Kooperative Entwicklung von Bearbeitungs-technologien für Turbinenwerkstoffe

Produktion von Triebwerkskomponentenin BLISK-Bauweise

Laboratorium für Werkzeugmaschinen und

Betriebslehre WZL der RWTH Aachen

Steinbachstraße 19

52074 Aachen

Fraunhofer-Institut für

Produktionstechnologie IPT

Steinbachstraße 17

52074 Aachen

Vor dem Einsatz:Wirtschaftlichkeit neuer

Triebwerksgenerationmehrmals evaluieren

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