Zur Substitution von Zinkphosphatschichten auf Halbzeugen für die Kaltmassivumformung wird ein tribologisches System vorgestellt, dass die technologischen Funktionen der Reibungsreduktion und des Verschleißschutzes durch alternative tribologische Effekte abbildet. Durch die gezielte Interaktion einer gestrahlten mikroskopischen Halbzeugtopografie, einer keramischen Werkzeugbeschichtung auf PVD-Basis und einem flüssigen Esterschmierstoff gelingt die zinkphosphatfreie Kaltmassivumformung nicht nur auf Laborebene, sondern auch unter industriellen Randbedingungen.

Die Produktivität von Werkzeugmaschinen wird häufig nicht durch die installierte Antriebsleistung, sondern durch selbsterregte Schwingungen, das sogenannte Rattern, begrenzt. Der Zerspanvorgang wird in solchen Fällen aufgrund der Kraft-Verlagerungs-Wechselwirkung zwischen Werkzeugmaschinenstruktur und Schnittprozess instabil. Die Folge sind hohe mechanische Belastungen der Maschinenkomponenten und der Werkzeuge. Unter solchen extremen Einsatzbedingungen kommt es nicht selten zu einer eklatanten Verkürzung der Lebensdauer einzelner Maschinenkomponenten und Werkzeugbruch. Die resultierenden Schäden führen zu aufwändigen Instandhaltungsarbeiten, welche hohe Stillstands- und Wartungskosten verursachen. Darüber hinaus sind instabil bearbeitete Werkstücke aufgrund von Oberflächenschäden meist Ausschuss. Die Vorhersage stabiler Prozessparameter zur Maximierung der Produktivität von Fräsmaschinen ist seit langer Zeit ein wichtiges Forschungsfeld. Es wurden Simulationsmöglichkeiten geschaffen, die unter Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Maschinenstruktur und des Zerspanprozesses eine Aussage über die Stabilität des Systems ermöglichen. Dennoch war die Ergebnisqualität solcher Untersuchungen bisher nicht ausreichend, um die Stabilitätssimulation in der Produktionsplanung und der Maschinenentwicklung sinnvoll einzusetzen. Das Ziel dieser Arbeit war es, zunächst die Teilsysteme Werkzeugmaschinenstruktur und Zerspanprozess sowie deren Abbildung in der Stabilitätssimulation zu untersuchen. Für die HPC-Fräsbearbeitung wurden Effekte mit Einfluss auf die Ergebnisqualität der Stabilitätssimulation identifiziert und quantifiziert. Um die notwendigen Arbeiten auf einer breiten Basis experimentell abzusichern, standen messtechnische Verfahren im Vordergrund der Betrachtung. Insbesondere die Berücksichtigung des Nachgiebigkeitsverhaltens unter Drehzahl und die direkte Messung der dynamischen Prozesskräfte ermöglichen dabei eine signifikante Steigerung der Vorhersagegenauigkeit.

Die Ressource Wissen effizient und effektiv zu nutzen, ist eine der größten Herausforderungen der Zukunft. Dies betrifft nicht nur die Gesellschaft, sondern alle in ihr agierenden Organisationen und Individuen. In besonderem Maße gilt dies für Wissensarbeiter und betrifft Studierende wie Wissenschaftler, deren primäre Aufgabe das Wachstum des eigenen wie des kollektiven Wissens ist. Dazu sind Freiräume zu schaffen, in denen sich Wissenschaffende frei, schnell und themenbezogen austauschen können. Diese Freiräume beziehen sich nicht allein auf technologische oder organisatorische Gegebenheiten, sondern auf das Auflösen von Denkblockaden. Diese können durch die neuen Möglichkeiten der Kommunikationsunterstützung und der mit „Social Software“ einhergehenden neuen Art der Kommunikation, die sich bereits auf die Gesellschaft auswirken, aufgebrochen werden. Damit steht nicht mehr nur eine Geschwindigkeitserhöhung von Computern, Netzwerken und Datenbanken als Basis eines effizienten Informationsmanagements im Fokus der Betrachtungen. Diese führte in der jüngsten Vergangenheit zu einer Gesellschaft, die sich in Anbetracht der Möglichkeiten der zur Verfügung gestellten Informationen zu einer Datenanhäufungsgesellschaft entwickelte. Mit einem vereinfachten Zugang zu Informationen allein ist nur eine Vorstufe des effizienten Lernens und der entscheidenden Weiterentwicklung des Wissens erreicht. Zum Ausbau der nächsten Stufe bedarf es der Verbindung effizienter Informations- mit Kommunikationsstrukturen, die neben Daten auch Wissen transportieren können. Lehrende und Studierende müssen für die Zukunft mehr denn je in die Lage versetzt werden, die Informationsflut nicht nur zu beherrschen, sondern kollaborativ zum Wissenszuwachs beizutragen. An die Stelle einseitiger Bereitstellung von Daten muss ein ständiger Austausch, ein gemeinsames Schaffen treten. Damit steht die Optimierung des Wissenstransfers - im Gegensatz zur Wissensbereitstellung - auf individueller wie organisatorischer Ebene im Fokus der Arbeit, die sich auf Studierende und Wissenschaftler konzentriert. Zielgruppe der Betrachtungen sind Ingenieure, da diese wie kaum ein anderer Berufszweig den sozialen Wohlstand der Industrienation Deutschland, der auf einer markt- und wettbewerbsfähigen, technisch geprägten Wirtschaft beruht, beeinflussen.

Die Arbeit beschreibt eine Methode zur verfügbarkeitsoptimierten Gestaltung von Produktionssystemen für die mechanische Fertigung der Automobilindustrie in der Grobplanungsphase. Diese wird anhand eines Beispiels aus der Aggregatefertigung verifiziert. Hierzu wurde der funktionale Zusammenhang zwischen den Einflussgrößen als Beschreibungsgrößen für Produktionssysteme und der Systemverfügbarkeit, ausgedrückt in der Verfügbarkeitsfunktion, entwickelt. Die Vorgehensweise sieht einen approximativen Ansatz vor, der eine Materialflusssimulation nutzt und die Ergebnisse in einer Kennfläche mit Hilfe einer nicht linearen multiplen Regression beschreibt. Mit der Materialflusssimulation wurde für ein definiertes Bezugssystem der Einfluss der Beschreibungsgrößen auf die Systemverfügbarkeit im Sinne der „one-factor-at-a-time“ Methode untersucht. Abschließend wurden die aus den Beschreibungsgrößen abgeleiteten Einflussgrößen, gegliedert nach den Subsystemen (Maschine, Beladung, Transport) sowie den Ebenen des Produktionssystems (Station, OP, System), im Verfügbarkeitsmodell zusammenfassend unter Angabe des Ursache-Wirkungs-Zusammenhangs (prinzipieller Verlauf, Optimierungsrichtung) dargestellt. Abgeleitet aus einem Signifikanztest konnten elf (primäre) Einflussgrößen identifiziert werden. Es wurde eine Modifikation eines vollfaktoriellen Versuchsplans im Sinne eines D-optimal Designs eingesetzt, um die Forderung nach einer reduzierten Anzahl an Experimenten sowie die Berücksichtigung sämtlicher Wechselwirkungen zu erfüllen. Die Durchführung der erforderlichen nicht linearen multiplen Regression erfolgte mit Hilfe eines Künstlichen Neuronalen Netzes (kurz: KNN). Anschließend wurden konkrete Handlungsstrategien für die Produktionssystemgestaltung abgeleitet. Die Identifikation dieser Handlungsstrategien orientierte sich an den Einflussgrößen und deren Optimierungsrichtungen. Insgesamt wurden sechs Strategien für eine verfügbarkeitsoptimierte Konfiguration von Produktionssystemen abgeleitet, deren Einsatzgrenzen aufgezeigt und in einem GAE-Kosten-Diagramm visualisiert. Um die Anwendbarkeit im industriellen Umfeld im Rahmen der Produktionssystemgestaltung gewährleisten zu können, wurde eine softwaregestützte Implementierung durchgeführt. Diese beinhaltet neben der Grobauslegung, die Berechnung der Verfügbarkeits- sowie GAE-Erwartung und unterstützt einen Aufwand-Nutzen-Vergleich durch die Gegenüberstellung von GAE und prognostizierten Investitionskosten.

Das Ziel des Projektes "ZuPro" war die Verfügbarkeitssteigerung von Produktionsanlagen durch den Einsatz eines umfassenden Diagnosemoduls. Um dieses Ziel zu erreichen, haben sich führende deutsche Unternehmen der Produktionstechnik gefunden und gemeinsam am erklärten Ziel gearbeitet. Zentrales Element des Diagnosemoduls ist eine softwarebasierte Korrelationsmatrix, die auf Basis einer durchgängigen Mehrgrößenauswertung verlässliche Zustandsbeurteilungen für die hoch belasteten Schlüsselkomponenten (z. B. Lager, Führungen, Hauptspindeln, etc.), insbesondere in Werkzeugmaschinen ermöglicht. Dadurch ist es in Ansätzen möglich, die Wartungs- und Instandhaltungsintervalle dieser Produktionsanlagen planbar zu gestalten und die Instandhaltungsstrategien anlagenspezifisch anzupassen. Die Projektergebnisse wurden gemeinsam mit den Projektpartnern erarbeitet und auf Prüfständen der Komponentenhersteller, im Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen sowie im Industrieeinsatz bei der Leiber Group und bei EADS auf ihre Einsatzfähigkeit hin untersucht.

Der Bedarf an komplexen Präzisionskomponenten wächst kontinuierlich, gleichzeitig erfordert deren Fertigung höchste Bearbeitungsgenauigkeiten bei immer größerer kinematischer Flexibilität. Ist die Werkzeugtechnologie für die Mikrobearbeitung industrietauglich beherrscht, so stoßen viele der eingesetzten 5-Achs- Maschinensysteme in punkto volumetrische Arbeitsgenauigkeit an ihre Grenzen. Gleichzeitig kann beobachtet werden, dass diese Maschinen im Verhältnis zu deren Werkstücken sehr groß bauen. Dieses Missverhältnis wirft die Forschungsfrage nach der Wirksamkeit einer Maschinenskalierung auf. Kann die Größe eines Maschinensystems bei vergleichbaren Baugruppentoleranzen sowie Lager- und Struktursteifigkeiten deutlich reduziert werden, so kann eine Steigerung der Bearbeitungsgenauigkeit allein aufgrund der verkürzten Hebelarme erzielt werden. Dann werden Führungen und Lager mit geringeren Momenten belastet und die freien, thermisch dehnbaren Längen reduziert. Gleichzeitig kann die Vorschubdynamik aufgrund geringerer Trägheitsmassen erhöht werden. Neben technischen Vorteilen können ökonomische und ökologische Vorteile durch geringere Raum- und Energiebedarfe (Energieeffizienz) sowie reduzierte Investitionskosten erwartet werden. Vor dem beschriebenen Hintergrund wird in der vorliegenden Dissertation die Auswirkung einer konstruktiven Skalierung der Maschinensystemgröße auf die volumetrische Bearbeitungsgenauigkeit von fünfachsigen Maschinensystemen diskutiert. In einem ersten Schritt werden marktrelevante Produkte sowie die zugehörigen Bearbeitungsprozesse identifiziert und Maschinenanforderungen abgeleitet. Diese werden an kommerziell erhältlichen Maschinensystemen gespiegelt. Es werden konstruktive Aspekte zur Steigerung der Bearbeitungsgenauigkeit diskutiert, ein Fehlerfortpflanzungsmodell für Werkzeugmaschinen aufgestellt und die Potentiale der kompakten und der integralen Bauweise aufgezeigt. Als Versuchsträger wird eine 5- Achs-Maschine in Kompaktbauweise systematisch aufgebaut und messtechnisch untersucht. In einem Optimierungsschritt wird eine zusätzliche Drehachse mit einem in den Antriebsspalt integrierten Hydrostatiklager (Integralbauweise) erarbeitet. Es wird untersucht, welche Eigenschaften und welche Auswirkungen diese Achse auf die Gesamtmaschine im Vergleich zu einem kompakten Aufbau besitzt. Hierzu werden neben geometrischen, dynamischen und thermischen Untersuchungen vergleichende Antriebsuntersuchungen durchgeführt. Durch den Maschinen- und Achsaufbau kann abschließend das Optimierungspotential zur Steigerung der Arbeitsgenauigkeit durch die Kompakt- und die Integralbauweise bewertet werden.

Im Auftrag der Hans Böckler Stiftung wurde vom Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen eine Expertise über die Zukunft des deutschen Maschinenbaus erstellt. Thematisiert werden die strukturellen Auswirkungen der Wirtschaftskrise sowie die zukünftige Ausrichtung in den für den Maschinenbau relevanten Handlungsfeldern Beschäftigung, Finanzierung, Megatrends, Production Systems und Wertschöpfungsstrategien.

Die Hochdruck-Kühlschmierstoffzufuhr stellt im Vergleich zur konventionellen Überflutungskühlung eine potenzialträchtige Technologie zur Steigerung der Produktivität und Prozesssicherheit von spanenden Fertigungsprozessen dar. Im Rahmen der Arbeit wurden die Wirkmechanismen der Hochdruck-Technologie mit Zuführdrücken bis 350 bar sowie der Einfluss der relevanten Prozesseinstellparameter auf die Leistungsfähigkeit und Energieeffizienz des Hochdruck-Zerspanprozesses sowie das Prozessergebnis grundlegend und systematisch untersucht und die Grenzen bei der Drehbearbeitung verschiedener Werkstoffe ermittelt.