jahresbericht - Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie

April 24, 2018 | Author: Anonymous | Category: N/A
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FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR PRODUKTIONSTECHNOLOGIE IPT

JAHRESBERICHT

2009 ANNUAL REPORT

FRAUNHOFER IPT

JAHRESBERICHT

2009 ANNUAL REPORT

1

VORWORT FOREWORD

Liebe Leserinnen und Leser,

Dear readers and friends of the Institute,

das Jahr 2009 hat viele produzierende Unternehmen und

The year 2009, a year of severe financial difficulties and

ihre Zulieferer mit der Finanz- und Wirtschaftskrise vor

economic crisis, created enormous challenges for many manu-

enorme Herausforderungen gestellt. Unter welch schwierigen

facturing corporations and their suppliers. Being active in the

Bedingungen viele Branchen zurzeit leiden, erfahren wir als

development of new production technology, we know all too

produktionstechnisches Institut allzu oft aus erster Hand von

well – from our customers‘ and partners’ experience – under

unseren Kunden und Partnern. Umso mehr freuen wir uns

which difficult circumstances today’s industrial companies are

deshalb, dass die Mehrzahl von ihnen weiterhin vertrauensvoll

made to conduct their business. All the more delighted we are

mit uns zusammenarbeitet und damit einen wichtigen Beitrag

that so many of you are continuing to work with us, making

zum wirtschaftlichen Erfolg unseres Instituts leistet.

an important contribution to the economic success of our Institute.

Im Gegenzug geben wir unser Bestes, um mit einer langfristigen strategischen Perspektive neue Themenfelder zu erschlie-

In return for your trust, we are working even harder in our

ßen und auch in Zukunft praxisnahe, anwendungsbezogene

continuing mission of applying long-term strategies in the

Forschungsergebnisse zu erzielen. In Technologiefeldern

exploration of potentially rewarding technologies in order to

wie der Optik und der Ultrapräzisionstechnik hat sich dieses

generate practice-oriented and application-centered research

vorausschauende Vorgehen seit Jahren bewährt. Das bestätigt

results now and in the future. In technologies such as optics

uns nicht zuletzt die rege Teilnahme an unseren Kolloquien

and ultra-precision engineering, our foresight has produced

und Seminaren, in denen wir interessierten Unternehmen

excellent results for years. Our events, for example, the semi-

und Wissenschaftlern gleichermaßen neue Impulse geben

nars and colloquia where we provide industrial corporations

möchten.

and scientists alike with new ideas and impulses, are always well attended.

Nur dank dieser intensiven Zusammenarbeit sind wir in der glücklichen Lage, selbst 2009 ein moderates Wachstum

It was only this intensive cooperation that has allowed us to

verzeichnen zu können. Unsere Mitarbeiter nehmen

generate a moderate growth even in this year of crisis. Our

einiges auf sich und rücken noch enger zusammen, um die

employees have been doing their bit by moving together even

akute Raumnot wenigstens ein Stück weit abzufedern. Erste

more closely, making the best of the acute shortage of space.

Entlastung bringt seit Mitte 2009 ein Pavillon im Innenhof des

Since the first stage of the “emergency relief operation”

Instituts, der auf rund 240 m² Büros und Besprechungsräume

was completed in mid 2009, a new pavilion has provided

bietet. Und weitere Linderung steht in Aussicht: Ein Anbau

app. 240 m² of office space and meeting rooms in the atrium

mit neuen Büros, Laboren, Werkstatt- und Hallenfläche soll

of the Institute. And more help is on the horizon: an extension

bis Ende 2012 fertiggestellt werden. Den Bau fördert unter

with new offices, laboratories, workshops and facilities will be

anderem das Land Nordrhein-Westfalen mit einer Summe von

completed by late 2012. The project is partly funded by the

12,2 Mio. Euro. Schon bald wird hier das Kompetenzzentrum

government of the Land North Rhine-Westphalia which will

»Hightech-Produktion für Wachstumsmärkte« als Kooperation

contribute the total sum of EUR 12.2 million. The new space

von Fraunhofer IPT und ILT an den Start gehen, das seine

will soon become the home of the Competence Center

2

Entwicklungen im Bereich der optischen Technologien sowie

“Hightech Production Technology for Growth Markets“, a

der Bio- und Medizintechnik wirkungsvoll in die Industrie

joint venture of the Fraunhofer IPT and ILT. The Center will

weitergeben soll.

conduct research in the areas of optical technologies, biotechnology and medical technology, always with the perspective of

Gerade solche regionalen Zusammenschlüsse, die hiesige

letting its corporate partners benefit from its developments.

Unternehmen stärker in unsere Arbeit einbinden, tragen jetzt erste Früchte – vom Fraunhofer-Innovationscluster »TurPro«

Regional cooperative projects in particular, integrating local

als Kooperation mit der Turbomaschinenindustrie in NRW

companies into our research, have recently started to bear

über den produktionstechnischen Exzellenzcluster der RWTH

fruit – from the “TurPro“ Fraunhofer Innovation Cluster,

Aachen bis hin zum visionären RWTH Aachen Campus, der

a joint venture with the turbo engine manufacturers from

Unternehmen unmittelbar in das Umfeld der Hochschule

North Rhine-Westphalia, via the production technology

einbindet. Das Fraunhofer IPT kann von diesen engen Koope-

“Cluster of Excellence” at the RWTH Aachen University to the

rationen und Netzwerken nur profitieren, die gleichzeitig die

same school’s visionary campus concept that envisions the

Attraktivität der Region weiter anheben.

immediate integration of corporations into the environment of the university. The Fraunhofer IPT stands to benefit from

Um für unsere ehrgeizigen Ziele auch in Zukunft hochqualifi-

such close cooperation and networks which, at the same time,

zierte und -motivierte Mitarbeiter zu gewinnen, gehen wir am

serve to make the entire region more attractive in the eyes of

Standort Aachen seit Oktober 2009 neue Wege: Sechs Busse

investors.

im Fraunhofer-Design umrunden jetzt die Innenstadt und werben um Studierende und Absolventen. Denn hier rekrutieren

In order to preserve our capacity to attract highly qualified

wir nicht nur einen großen Teil unserer wissenschaftlichen

and motivated scientists and other members of staff, an

und fest angestellten Mitarbeiter, sondern gerade auch unsere

indispensable condition if we want to reach our ambitious

studentischen Hilfskräfte, Studien- und Diplomarbeiter sowie

objectives, we have been searching for new methods at our

Bachelor- und Masterstudentinnen und -studenten. Sie alle

Aachen site since October 2009: six buses in the Fraunhofer

leisten hervorragende Arbeit und natürlich gilt ihnen allen –

design are currently circulating in the downtown area, part of

ebenso wie unseren Kunden, Partnern und Förderern – unser

a recruitment drive for students and young graduates. It is this

Dank dafür, dass wir selbst in Krisenzeiten erfolgreich forschen

area, after all, which has always provided us with a significant

und wirtschaften können.

proportion of our scientists and other employees as well as of our undergraduate assistants, postgraduate assistants and

Januar 2010

researchers and bachelor’s or master’s degree candidates. It is

January 2010

them – together with our customers, partners and supporters – who make us special, and for this, we owe all of them a debt of gratitude. It is only because of the sum of all of these contributions that we are able to continue our research and business activities, even in these times of crisis.

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

3

INHALT CONTENTS

4

2

Vorwort

38

Foreword 6

Das Fraunhofer IPT im Profil

The Fraunhofer-Gesellschaft 40

A Profile of the Fraunhofer IPT 24

Fraunhofer Center for Manufacturing

Die Fraunhofer-Gesellschaft

Organigramm Organizational Chart

42

Innovation CMI

Highlights Highlights

Fraunhofer Center for Manufacturing Innovation CMI

62

Themen Topics

25

Geschäftsfelder Business Units

126

Kooperationen Cooperations

31

Ausstattung Equipment

146

Ereignisse, Publikationen, Referenzen Events, Publications, References

34

Das Institut in Zahlen Facts and Figures

37

Kuratorium Board of Trustees

5

DAS FRAUNHOFER IPT IM PROFIL A PROFILE OF THE FRAUNHOFER IPT

Systemlösungen für die Produktion

Integrated Solutions for Production

Wir vereinen in unserem Haus Wissen und Erfahrung in allen

Our institute draws together the expertise and experience

Bereichen der Produktionstechnik. Unsere Bereiche für Pro-

from all fields of production technology: the four departments

zesstechnologie, Produktionsmaschinen, Produktionsqualität

of process technology, production machines, production

und Messtechnik sowie Technologiemanagement liefern das

quality and metrology and technology management provide

Fachwissen, um Unternehmen der produzierenden Industrie

the range of skills and competencies needed to meet the spe-

individuelle Speziallösungen anzubieten.

cialized needs of industrial production companies.

Immer komplexere Produktionsabläufe fordern eine ganzheit-

The trend towards ever more complex production processes

liche Sicht anstelle einer isolierten Betrachtungsweise. Die dis-

means that one must take a comprehensive approach to

ziplinübergreifende Zusammenarbeit in unserem Haus versetzt

production challenges instead of dealing with isolated aspects.

uns in die Lage, laufend neue Technologien und Methoden

Interdisciplinary cooperation is standard practice in our

einzuführen. Getreu unserem Motto »Systemlösungen für die

institute and the basis from which we constantly work on new

Produktion« erarbeiten wir aus verschiedenen Blickwinkeln

technologies and methods. In keeping with our motto “Inte-

heraus individuelle Unternehmens- und Technologiestrategien

grated Solutions for Production”, we develop individualized

und setzen diese in praktikable Ergebnisse um. So entstehen

business and technology strategies from various standpoints

aus den Einzelbeiträgen der Prozesstechnologie, maschinen-

and implement them in practice. The combination of

baulicher und steuerungstechnischer Komponenten, der Mess-

individual contributions from the fields of process technology,

technik sowie des Qualitäts- und Technologiemanagements

engineering and control components and metrology as well as

ganzheitliche Lösungen für die individuellen Herausforderun-

quality and technology management leads to comprehensive

gen unserer Kunden. In unseren Geschäftsfeldern erleben wir

solutions that meet the challenges faced by our clients. Our

diesen Systemgedanken besonders deutlich: Ausgerichtet an

business units are great examples of this systems approach: in

den Bedürfnissen ausgewählter Branchen und Produktgruppen

line with the needs of specific industries and product groups,

bieten wir gebündelte Kompetenz in nahezu allen Handlungs-

they provide a range of expertise which covers almost all

feldern der Produktionstechnik.

aspects of production technology.

Wissen für den Vorsprung

Our knowledge base – your competitive edge

Rund 350 wissenschaftliche und nichtwissenschaftliche

Around 350 scientists, academic and administrative staff as

Mitarbeiter sowie studentische Hilfskräfte engagieren sich in

well as student assistants work in project-oriented teams for

projektorientierten Teams für die Aufgaben unserer Kunden

our clients and partners. Our institute is distinguished by its

und Partner. Durch flache Hierarchien, Teamgeist und die Ver-

very flat hierarchy, team spirit and the sense of responsibility

antwortung des Einzelnen für das Ganze sind alle Beteiligten

that each member of staff has for overall performance. Each

unmittelbar an der Ausarbeitung der Ergebnisse beteiligt.

employee is highly aware of his or her individual contribution

Sie bringen Erfahrung, Ideen und Vorschläge ein, wägen

to the final result of the research and development activities –

Alternativen ab und entwickeln Ideen weiter. So werden die

be it their experience, their ideas and opinions or their ability

6

Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Günther Schuh Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Fritz Klocke Prof. Dr.-Ing. Robert Schmitt

Ziele unserer Projektpartner zu unseren Zielen. Wir setzen

to evaluate alternatives and take ideas a step further. And the

auf die Freude an der Arbeit und auf die Persönlichkeiten

aims of our project partners ultimately become our own. The

unserer Mitarbeiter: Sie sind unser entscheidender Vorteil im

success of our R&D activities is largely due to our employees

Wettbewerb und im Kontakt mit unseren Kunden.

– their personalities and the satisfaction and enjoyment they gain from working at our institute makes all the difference

Auftraggeber und Kooperationspartner

when dealing with our clients and gives us the edge over competition.

Unsere Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen reichen von strategischer Vorlaufforschung über bilaterale

Clients and partners

Industrieprojekte bis hin zur Koordination industrieller Projektkonsortien, etwa in EU-Verbundprojekten. Dabei stehen

Our R&D services range from strategic groundwork research

für uns praxisgerechte Lösungen und unmittelbar umsetzbare

and bilateral industrial projects to the coordination of indust-

Ergebnisse für die Industrie immer im Mittelpunkt unserer

rial project consortia in, for instance, joint projects funded by

Arbeit.

the EU. Throughout our work, we focus on generating practical solutions that can be directly implemented in industry.

Die Forschungsvorhaben des Fraunhofer IPT werden vom BMBF und vom BMWi, von der AiF, vom Land Nordrhein-

The Fraunhofer IPT’s research projects are supported and

Westfalen, in DFG-Schwerpunktprogrammen und Sonderfor-

fund-ed bythe BMBF, the BMWi, the AiF, the Land North

schungsbereichen sowie durch die Europäische Kommission

Rhine-Westphalia, the DFG’s focus research programs and

getragen. Unsere Auftraggeber und Kooperationspartner

the European Commission. We work for and with clients and

stammen aus der gesamten produzierenden Industrie mit

partners from all branches of industry – from the aerospace

Schwerpunkten in der Luft- und Raumfahrttechnik, dem

industry to the automotive industry and its suppliers as well

Automobilbau und seinen Zulieferern, dabei vor allem dem

as the tool and die making industry, life sciences, precision

Werkzeug- und Formenbau, den Life Sciences, der feinmecha-

engineering and optics industries as well as the machine tool

nischen und optischen Industrie sowie dem Werkzeugmaschi-

industry.

nenbau. The fact that our client base mainly consists of SMEs is Kleine und mittlere Unternehmen prägen das Spektrum unse-

reflected in the institute’s project structure: most of our

rer Auftraggeber. Dies spiegelt sich auch in der Projektstruktur

direct project contracts are under € 50,000 and involve the

des Instituts wider: Ein großer Teil unserer Kundenaufträge

short term development of specific system solutions to meet

weist ein Projektvolumen unter 50 000 Euro aus. Wir entwi-

industrial needs.

ckeln hier meist kurzfristig konkrete Systemlösungen für den industriellen Bedarf.

7

PROZESSTECHNOLOGIE PROCESS TECHNOLOGY

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

Feinbearbeitung und Optik

Fine machining and optics

Die Abteilung Feinbearbeitung und Optik entwickelt Techno-

The department of Fine machining and optics develops tech-

logien zur Herstellung und Bearbeitung von Präzisionskompo-

nologies for the production and processing of high-precision

nenten. Dazu zählen Glasoptiken und Replikationswerkzeuge

components including glass lenses, replication tools and

ebenso wie Komponenten für den Halbleiterbereich.

components for the semi-conductor industry.

Zentrale Technologien sind hier das Präzisionsblankpressen von

The key technologies in this area are the precision molding of

Glasoptiken und die automatisierte Finishbearbeitung. Beim

glass lenses and the automatic finishing. Our institute covers

Präzisionsblankpressen decken wir die gesamte Prozesskette

the entire precision molding process chain from the tool de-

vom Werkzeugdesign bis zum Pressen der fertigen Optik ab.

sign to the molding of the lens. We are capable of developing

So können wir, ausgehend von einer Optikzeichnung, den

and designing the entire process based on a drawing of the

gesamten Prozess entwickeln und auslegen. Den Schwerpunkt

lens. One crucial element is the mold and die production.

bildet der ultrapräzise Werkzeug- und Formenbau. At the same time, we are developing robot-based and Für die automatisierte Finishbearbeitung entwicklen wir robo-

machine-based grinding and polishing technologies which are

ter- und maschinenbasierte Schleif- und Poliertechnologien,

meant to replace the remaining manual operations in engine

um die derzeit noch manuellen Operationen im Werkzeug-

component manufacturing and the production of molds and

und Formenbau und in der Fertigung von Triebwerkskompo-

dies, progressing towards the full automation of the finishing

nenten zu substituieren.

process.

Unsere thematischen Schwerpunkte

We focus on

• Grundlagenforschung

• Basic research

• Machbarkeitsstudien

• Feasibility studies

• Technologieentwicklung

• Technology development

• Prozessanalysen

• Process analyses

• Bauteilfertigung

• Component manufacturing

Kontakt/Contact Dr.-Ing. Olaf Dambon Telefon/Phone +49 241 8904-233 [email protected]

8

CAx-Technologien

CAx Technologies

CAx-Technologien sind integraler Bestandteil der automatisier-

CAx technologies are an integral part of the automated

ten Fertigungsprozesskette: vom Produktdesign über Planung,

manufacturing process chain: from product design through

Programmierung, Simulation und Optimierung des Prozesses

planning, programming, simulation and optimization of

bis hin zur NC-Daten-Ausgabe für die Fertigung.

processes to NC data output for the manufacturing.

Im Fokus der Abteilung »CAx-Technologien« steht die

The focus of the CAx Technologies department lies on the

Entwicklung integrativer computerunterstützter Prozessketten,

development of software solutions for computer-supported

die komplexe Schnittstellen zwischen den Fertigungsschritten

process chains to reduce complex interfaces between

und Systemen reduzieren. Dafür entwickeln wir die flexible

manufacturing steps and systems. Based on our self-developed

Softwareplattform »CAx-Framework« wie auch einzelne

software platform “CAx-Framework“, individual software

Softwaremodule für die Feinbearbeitung, Hochleistungszer-

modules can be combined to custom-tailored virtual process

spanung, aber auch Laserbearbeitung und Messtechnik.

chains for fine machining, high-performance machining as well as laser machining and metrology.

Prozessstrategieorientiert bieten wir simulationsunterstützte Analysen und optimieren neue und bestehende NC-Daten

Considering processing strategies, the CAx Technologies

anhand unserer Software »NCProfiler« zur Untersuchung

department provides simulation-supported analyses and opti-

komplexer mehrachsiger Bearbeitungsstrategien.

mization of new and existing NC data using our “NCProfiler“ software, for the inspection of complex multi-axis machining

Unsere thematischen Schwerpunkte

strategies.

• Kundenspezifische CAM-Module integriert im

We focus on

»CAx-Framework« • Planung, Programmierung und Optimierung von Werkzeugbahnen

• Specialized CAM modules integrated into the “CAx-Framework”

• Analyse und Optimierung von NC-Daten

• Planning, programming and optimization of toolpaths

• Simulation unter Berücksichtigung der Maschinen-

• Analysis and optimization of NC data

eigenschaften und der CNC-Steuerung • Durchgängige CAx-Prozessketten für Werkzeug- und Formenbau, Turbomaschinen- und Optikfertigung

• Simulation considering the properties of machines and CNC controllers • Integrated CAx process chains for tool and die making, turbomachine components and optics manufacturing

Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Dipl.-Inform. Lothar Glasmacher Telefon/Phone +49 241 8904-246 [email protected]

9

PROZESSTECHNOLOGIE PROCESS TECHNOLOGY

Hochleistungszerspanung

High-performance machining

Die Abteilung Hochleistungszerspanung befasst sich mit der

In this department, we are working to improve turning and

Dreh- und Fräsbearbeitung. Unser besonderes Interesse gilt

milling process technology, concentrating our attention on

formgebenden Freiformflächen, etwa für den klassischen

free-form surfaces for classic tool and die making or the

Werkzeug- und Formenbau oder den Triebwerksbau. Die

production of turbo engines. The most challenging part of

Herausforderung liegt dabei in der Bearbeitung schwer

our research is to find ways of processing materials that are

zerspanbarer Werkstoffe wie hochharten Stählen (> 65 HRC),

particularly hard to machine such as very hard steels (> 65

Titanwerkstoffen oder Nickelbasislegierungen.

HRC), titanium and nickel-base alloys.

Außerdem entwickeln wir Bearbeitungsstrategien für die

We also develop strategies for simultaneous 5-axis machining,

simultane 5-Achs-Bearbeitung. Dafür arbeiten wir eng mit

coordinating our research closely with the CAx technologies

dem Bereich »CAx-Technologien« zusammen, um komplexe

department in order to find ways of working with complex

Oberflächengeometrien zu bearbeiten. Essentiell ist für uns

surface geometries. A close analysis of the kinematic and

daher der Blick auf die kinematischen und dynamischen

dynamic properties of tool machine and control system are of

Eigenschaften von Werkzeugmaschine und Steuerung.

crucial importance in this respect.

Unsere thematischen Schwerpunkte

We focus on

• Mehrachsfräsen

• Multi-axial milling

• Präzisionshartfräsen

• Precision hard milling

• Präzisionshartdrehen

• Precision hard turning

Kontakt/Contact Dr.-Ing. Thomas Bergs Telefon/Phone +49 241 8904-105 [email protected]

10

Lasermaterialbearbeitung

Laser machining

Hier entwickeln und qualifizieren wir Prozesse, um das Werk-

This is where we develop and optimize processes to make

zeug Laserstrahlung in industriellen Wertschöpfungsketten ef-

efficient use of laser radiation for industrial value chains.

fizient zu nutzen. Wir untersuchen sowohl direkte Strahl-Stoff-

We analyze direct interactions between beam and matter

Wechselwirkungen als auch den Einsatz von Laserstrahlung

as well as the use of laser beams in industrial facilities for

in Bearbeitungsmaschinen für laserunterstützte Prozesse. Wir

laser-assisted processes. We develop laser beam joining tech-

entwickeln Laserstrahlfügetechnologien zur Herstellung geo-

nologies for the production of geometrically complex metallic

metrisch komplexer Produkte aus metallischen Werkstoffen

objects to the point where they are ready to be implemented

und überführen sie in die industrielle Fertigung. Hochpräzise

into an actual production line. High-precision 3D-structures

3D-Strukturen für die Tribologie und den Formenbau lassen

for tribology and mold making can be manufactured using the

sich durch Laserstrahlstrukturieren herstellen. Wir qualifizieren

technique of laser beam structuring. We develop technologies

die Technologie für die Praxis und bauen prototypische

for practical use and construct prototype equipment for

Bearbeitungsanlagen für die formflexible Strukturierung.

flexible and versatile structuring processes. On top of that, we

Außerdem entwickeln wir hybride Bearbeitungstechnologien

design hybrid processing technologies for the machining and

für schwer bearbeitbare Werkstoffe. Die Prozessintegration

reshaping of hard and difficult-to-use materials. Integrated

erlaubt hier die Komplettbearbeitung komplex geformter

processes allow us to machine even components with a

Bauteile in einer Aufspannung.

complex shape in a single setting.

Neben der automatisierten Reparatur von Werkzeugen und

In addition to techniques that enable the automated repair of

Bauteilen sowie der Erzeugung von Verschleißschutzschichten

tools and components and the application of anti-wear coat-

entwickeln wir Technologien zur generativen Erzeugung

ings, we also develop additive production technologies for

metallischer und keramischer Werkzeuge und Produkte mit

metallic and ceramic tools as well as products with extremely

höchster geometrischer Flexibilität.

high levels of geometric flexibility.

Unsere thematischen Schwerpunkte

We focus on

• Laseroberflächenbehandlung, Formgebung, Reparatur

• Laser surface treatment, design, repair

• Laserstrahlschweißen und -hartlöten

• Laser beam welding and hard soldering

• Laserstrahlstrukturieren

• Laser beam structuring

• Laserunterstützte Bearbeitung

• Laser-assisted machining

• Generative Fertigungsverfahren

• Additive production techniques

Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Kristian Arntz Telefon/Phone +49 241 8904-121 [email protected] 11

PRODUKTIONSMASCHINEN PRODUCTION MACHINES

Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher

Präzisions- und Sondermaschinenentwicklung

Development of precision and special purpose machines

Die Arbeitsbereiche der Abteilung »Präzisions- und Sonder-

The work of the “Precision and special purpose machines“

maschinenentwicklung« erstrecken sich über die gesamte

department covers all activities involved in the development

Entwicklung von Präzisions- und Sondermaschinen. Hier ist es

of precision and special purpose machines. We aim to develop

unser Ziel, hochgenaue Sondermaschinen und Komponenten

high-precision special purpose machines and components to

nach den Wünschen unserer Kunden ganzheitlich zu ent-

meet the specific demands of our clients. We work on the

wickeln.

basis of their requirements, either in terms of initial machine concepts, the design and optimization of critical components

Von der ersten Maschinenkonzeption über die Auslegung und

or control technology and the implementation of complex

Optimierung kritischer Komponenten bis hin zur steuerungs-

control systems.

technischen Umsetzung und Implementierung komplexer Regelungssysteme setzen wir die Anforderungen unserer

Our current projects involve the development of adaptronic

Kunden um.

systems for the automotive industry, spindles with ultrasonic and magnetic bearings for cutting hard/brittle materials, com-

In aktuellen Projekten entwickeln wir adaptronische Systeme

pact 5-axis precision machines with which to produce complex

für die Automobilbranche, Ultraschall- und Magnetlager-

molding tools and special purpose machines for customized

spindeln zur Zerspanung sprödharter Materialien, kompakte

industrial applications.

5-Achs-Präzisionsmaschinen zur Fertigung komplexer Formwerkzeuge und Sondermaschinen für industrielle Anwen-

We focus on

dungen nach Maß. • Development of special purpose machines that meet specific Unsere thematischen Schwerpunkte

client requirements • Development and optimization of precision machines

• Entwicklung bedarfsgerechter Sondermaschinen • Entwicklung und Optimierung von Präzisionsmaschinen • Messtechnische Charakterisierung und Optimierung von Produktionsmaschinen • Auslegung aerostatischer und hydrostatischer Lagersysteme • Entwicklung und Integration adaptronischer und ultraschallunterstützter Systeme • Prozessüberwachung und Steuerungstechnik Kontakt/Contact Dr.-Ing. Christian Wenzel Telefon/Phone +49 241 8904-112 [email protected] 12

• Metrological characterization and optimization of production machines • Design of aerostatic and hydrostatic bearing systems • Development and integration of adaptronic and ultrasnicassisted systems • Process monitoring and control technology

Ultrapräzisionstechnik

Ultra precision technology

Die spanende Hoch- und Ultrapräzisionsbearbeitung

High precision and ultra precision cutting processes must be

erfordert besondere Maschinen. Denn die Parameter des

carried out on special purpose machines. The parameters of

Bearbeitungsprozesses und besonders die Genauigkeit der

the machining process and, in particular, the accuracy of the

verwendeten Bearbeitungsmaschine bestimmen die Qualität

processing machine define the quality of the final workpiece

der produzierten Bauteile und Mikrostrukturen. Achsen und

and its surface properties. Axes and bearings, drives and

Lagerungen, Antriebe und Messsysteme, Steuerungen und

measuring systems, controls and machine structures must

Maschinenstruktur müssen höchsten Anforderungen genügen

meet highest standards and complement each other.

und aufeinander abgestimmt sein. In the field of ultra precision technology, we develop producFür den Sektor der Ultrapräzisionstechnik entwickeln wir Pro-

tion machines for high precision and ultra precision diamond

duktionsmaschinen zur Hoch- und Ultrapräzisionsbearbeitung

machining processes such as turning, fast tool-servo turning,

für Bearbeitungsverfahren wie Drehen, Fast-Tool-Servo-

(micro) milling, fly cutting and planning. Next to manufactur-

Drehen, (Mikro-)Fräsen, Flycutting oder Hobeln und erweitern

ing systems we develop automation solutions for machine

Maschinensysteme durch Automatisierungslösungen, wie

systems, such as a high precision automated tool exchange

den hochgenauen automatisierten Werkzeugwechsel mit

facility with submicron precision. We also develop automation

Submikrometerpräzision. Außerdem entwickeln wir Automati-

solutions for the assembly of high precision parts and hybrid

sierungslösungen für die Montage hybrider Mikrosysteme.

micro systems.

Unsere thematischen Schwerpunkte

We focus on

• Entwicklung, Service und Optimierung von Ultrapräzisions-

• Development, service and optimization of ultra precision

maschinen

machines

• Entwicklung hochdynamischer Achssysteme

• Development of highly dynamic axis systems

• Fertigung großflächiger ultrapräziser Mikrostrukturen,

• Manufacture of large surface, ultra precision microstructures,

Prototypen und Masterwerkzeuge

prototypes and master tools

• Herstellung komplexer optischer Freiformoberflächen

• Manufacture of complex optical freeform surfaces

• Handhabung, Montage und Fügen hybrider Mikrosysteme

• Handling, assembly and joining of hybrid micro systems

• Lokales Korrekturpolieren komplexer optischer Werkzeug-

• Local corrective polishing of complex optical mold inserts

formeinsätze

• Replication of polymer optics and microstructures

• Replikation von Kunststoffoptiken und Mikrostrukturen Kontakt/Contact Dr.-Ing. Christian Wenzel Telefon/Phone +49 241 8904-112 [email protected] 13

PRODUKTIONSMASCHINEN PRODUCTION MACHINES

Faserverbund- und Lasersystemtechnik

Fiber-reinforced plastics and laser system technology

Die neue Abteilung für Faserverbund- und Lasersystemtechnik

The research activities of this new department respond to

bedient die industrielle Nachfrage nach faserverstärkten

the industrial demand for fiber-reinforced lightweight com-

Leichtbaukomponenten, den zugehörigen Produktionsma-

ponents, for the relevant production machines and for laser

schinen und maschinenintegrierter Lasersystemtechnik für die

system technology integrated into production machines for

Hybrid- und Lasermaterialbearbeitung.

both laser material processing and laser-assisted processing.

Unser Maschinenpark verfügt über vielfältigste Fertigungs-

Our machine pool includes a wide range of manufacturing

anlagen und -hilfsmittel zur Verarbeitung duro- und thermo-

plant and resources with which to process thermoset and ther-

plastischer Faserverbundkunststoffe (FVK) mittels Laser- oder

moplastic fiber-reinforced plastics (FRPs) with the aid of laser

Infrarotstrahlung. Charakteristische Merkmale für Bauteile

or infrared radiation. Fiber-reinforced plastic components are

aus faserverstärkten Kunststoffen sind ihr ausgesprochenes

characteristically lightweight, chemically inert and thermally

Leichtbaupotenzial, die hohen mechanischen Kennwerte,

non-expansive, and have good mechanical properties.

chemische Inertheit und thermische Nulldehnung. We also develop solutions for industrial purposes that Darüber hinaus entwickeln wir industrietaugliche Lösungen

inte-grate laser system technology into production machines

für die Integration von Lasersystemtechnik in Produktionsma-

for laser processes, e.g. hardening, coating, welding and

schinen für die Lasermaterialbearbeitung, beispielsweise das

structuring as well as for laser-assisted hybrid processes such

Härten, Beschichten, Schweißen und Strukturieren sowie für

as laser-assisted tape laying of thermoplastic prepregs and

laserunterstützte Hybridverfahren wie das laserunterstützte

laser-assisted turning, milling and stamping high-strength

Tapelegen thermoplastischer Prepregs und das laserunterstütz-

materials.

te Drehen, Fräsen und Stanzen hochfester Werkstoffe. We focus on Unsere thematischen Schwerpunkte • Fiber-reinforced plastic processes • Prozesse zur Verarbeitung von FVK

• Fiber-reinforced plastic processing systems

• Systeme zur Verarbeitung von FVK

• Design and production of lightweight structures

• Design und Fertigung von Leichtbaustrukturen

• Production machines with integrated laser system

• Laserintegration in Produktionsmaschinen • Entwicklung modularer Laserbearbeitungsköpfe und adaptiver Laserstrahlführungssysteme Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Michael Emonts Telefon/Phone +49 241 8904-150 [email protected] 14

technology • Development of modular laser machining heads and adaptive laser beam guidance systems

15

PRODUKTIONSQUALITÄT UND MESSTECHNIK PRODUCTION QUALITY AND METROLOGY

Prof. Dr.-Ing. Robert Schmitt

Produktionsqualität

Production Quality

Exzellente Qualität und die hieraus resultierende Effizienz von

The highest possible levels of quality, resulting in correspon-

Ablauf- und Aufbauorganisation sind aus Sicht des Fraunhofer

dingly high levels of efficiency of structure and workflow or-

IPT der Schlüssel für Wettbewerbs- und Innovationskraft.

ganization – this is, in the view of the Fraunhofer IPT, the key

Dafür gilt es verschiedene Kompetenzen zu bündeln:

to competitiveness and innovative strength. For this purpose, a range of competencies must be pooled and combined.

Viele Prozesse in deutschen Unternehmen unterliegen aufgrund eines organisatorischen Wandels immer dynamischeren

Processes in German companies are subject to an ever accele-

Veränderungen. Prozesse kontinuierlich und zügig zu opti-

rating flurry of changes, often the consequence of structural

mieren bildet daher die Basis für Produktivitätssteigerungen

reorganization. The swift and continuous optimization of pro-

und Kosteneinsparungen. Für viele Unternehmen bildet dies

cesses is therefore a vital condition for increases in productivity

einen Erfolgsfaktor zur Standortsicherung und fördert das

and successful cost-cutting drives. For many enterprises, it is

Unternehmenswachstum.

also a key factor of corporate growth, enabling them to save jobs and to maintain existing operating sites.

Eine zentrale Herausforderung für Unternehmen aller Branchen ist es, ein unverwechselbares Profil zu erlangen.

Enterprises in all industries are faced with the challenge of

Einzigartige Produkte, die Kunden begeistern und fehlerfreie

developing a distinctive and unmistakeable profile. Unique

Prozesse, die effizient ablaufen, sind hier entscheidende

products that are capable of captivating customers and flaw-

Differenzierungsmerkmale im globalen Wettbewerb.

less, efficiently working processes are essential distinguishing marks on the global market.

Das Qualitätsmanagement wird daher für immer mehr Unternehmen zu einer umfassenden und zentralen Manage-

This is why the development of a comprehensive quality

mentaufgabe. Es dient ihnen dazu, die eigenen operativen

management system has become one of the most vital tasks

und strategischen Ziele zu erhalten und hat damit einen

for today’s executives. They can only attain their operative and

nachhaltigen Einfluss auf den Unternehmenserfolg.

strategic targets once such a system is in place and are well aware that it has a major impact on corporate success.

Die effiziente Anwendung der richtigen Methoden, Werkzeuge, Verfahren und Technologien zur Qualifikation von

We view the efficient use of the correct methods, tools,

Mensch, Organisation und Technik betrachten wir unter den

processes and technologies to develop human capital

drei Perspektiven Kundenorientierung, Führung und Betrieb,

resources, structural resources and technology in the terms of

die dazu beitragen, Verschwendung jeglicher Art zu vermeiden

three different concepts: Customer Orientation, Leadership

und Wettbewerbs- und Innovationskraft zu steigern. Das Qua-

and Operation, all of them helping to cut waste of any kind

litätsmanagement spielt deshalb für den Unternehmenserfolg

and to strengthen competitiveness and innovative strength.

eine entscheidende Rolle.

This is why quality management systems make such a key contribution to corporate success.

16

Ziel des Fraunhofer IPT ist es, seinen Kunden durch die Um-

The Fraunhofer IPT aims to help its customers gain a

setzung exzellenter Ergebnisse angewandter Forschung einen

competitive advantage through the implementation of the

Vorsprung zu verschaffen. Wir gestalten die Produktions-

latest results from applied research. We test and develop high-

qualität und entwickeln und erforschen hierzu leistungsfähige

performance waste-cutting tools and processes, ensuring the

Werkzeuge und Verfahren, um Verschwendung zu vermeiden.

highest level of product quality.

Unsere thematischen Schwerpunkte

We focus on

• Produktionseffizienz

• Production efficiency

– Verschwendungsfreie und robuste Prozessgestaltung

– Waste-free and robust processes

– Optimierung von Prozessketten in der Fertigung

– Optimization of manufacturing process chains

– Green Quality – Ressourceneffiziente Produktion

– Green Quality – resource-efficient production

• Unternehmensdynamik – Präventive Erfassung, Bewertung und Steuerung von Risiken – Strategische Ausrichtung zum industriellen Dienstleister – Professionalisierung der Entwicklung mechatronischer

• Strategic development – Preventive assessment, evaluation and control of risks – Strategic reorientation, turning the company into an “industrial service provider“ – Professionalization of mechatronic product development

Produkte Kontakt/Contact Dr.-Ing. Stephan Bichmann Telefon/Phone +49 241 8904-245 [email protected]

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P R O D U K T I O N S Q U A L I TÄT U N D M E S S T E C H N I K PRODUCTION QUALITY AND METROLOGY

Produktionsmesstechnik

Production metrology

Die Abteilung »Produktionsmesstechnik« des Fraunhofer

The department “Production Metrology” of the Fraunhofer

IPT beschäftigt sich mit allen Fragen der produktionsnahen

IPT dedicates its attention to all issues of production-related

Messtechnik sowie allen prüfenden oder messenden quali-

metrology and all quality management tasks of manufacturing

tätssichernden Maßnahmen in produzierenden Unternehmen.

companies that involve inspections and measuring, developing

Dabei erarbeiten wir Lösungen sowohl für technologisch

solutions for high-tech industries such as automotive manu-

geprägte Branchen wie die Automobilindustrie, den Maschi-

facturers and companies in engineering, the aerospace

nen- und Anlagenbau oder die Luftfahrtindustrie als auch für

industry, medical technology and biotechnology.

die Medizin- und Biotechnologie. In order to represent geometries in the nanometer range, Um geometrische Daten bis in den Nanometerbereich zu

we develop and employ optical as well as tactile measuring

erfassen, nutzen und entwickeln wir optische und taktile

techniques. The geometries in need of representation include

Messverfahren. Die zu charakterisierenden Geometrien

macrogeometrical free-formed surfaces, surfaces with optical

reichen von makrogeometrischen Freiformflächen bis hin zu

properties, biological surfaces and many more.

Oberflächen mit optischen Eigenschaften oder biologischen Oberflächen.

For these purposes, a comprehensive range of sophisticated measuring equipment has been made available to the working

Dazu steht uns eine umfangreiche Ausstattung moderner

group which is not only used for the provision of measuring

Messsysteme zur Verfügung, die wir nicht nur für Dienstleis-

services but also optimized and developed in close coordina-

tungsmessungen einsetzen, sondern auch zusammen mit

tion with our partners and technology suppliers.

unseren Partnern und Messtechnikanbietern optimieren und weiterentwickeln.

In addition to conducting joint venture research projects with our industry partners, we also provide them with advice in all

Neben gemeinsamer Forschung mit Industriepartnern beraten

issues of metrology strategy including technology, application

wir auch in allen Fragen der Messstrategie. Dazu zählen

and system development. Insights into the actual benefits of

Technologieberatung, Applikation und Systementwicklung.

measuring systems are vital for corporations because they

Für Unternehmen sind Kenntnisse über den Nutzen der

enable them to avoid costly investment errors. Inappropriate

Messtechnik entscheidend, um Fehleinschätzungen bei den

measuring equipment will, after all, soon make its presence

Investitionskosten zu vermeiden. Denn ungeeignete Mess-

felt, affecting process control and ultimately process quality.

technik wirkt sich schnell negativ auf die Prozessregelung und

In coordination with our customers, we systematically analyze

damit direkt auf die Produktqualität aus. In Zusammenarbeit

the critical stages of the production process and identify

mit unseren Kunden analysieren wir die kritischen Fertigungs-

solutions to ensure high levels of production quality by using

schritte innerhalb von Produktionsprozessen systematisch und

the right measuring instruments.

zeigen Lösungen auf, die die Produktqualität mit geeigneter Messtechnik sichern.

18

Unsere thematischen Schwerpunkte

We focus on

• Mikro- und Nanometrologie

• Micrometrology and nanometrology

– Interferometrie

– Interferometry

– Messen mit der Nanopositioniereinheit

– Measuring with the nano positioning unit

– Optik- und Mikrostrukturprüfung

– Structural inspection systems for optics and microstructures

• Faseroptische Sensorik

• Fiber optic sensors

– Miniaturisierung

– Miniaturization

– Messtechnik für die Medizin- und Biotechnologie

– Metrology for medical technology and biotechnology

– Messtechnik für die Mikrosystemtechnik

– Metrology for microsystems technology

• In-Prozess-Messtechnik

• In-process metrology

– Maschinenintegrierte Messtechnik

– Maschine-integrated metrology

– Prozessmonitoring

– Process monitoring

– Prozessoptimierung und -regelung

– Process optimization and control

Kontakt/Contact Dr.-Ing. Stephan Bichmann Telefon/Phone +49 241 8904-245 [email protected]

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TECHNOLOGIEMANAGEMENT TECHNOLOGY MANAGEMENT

Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Günther Schuh

Technologiefrüherkennung und -planung

Technology intelligence and planning

Wer eine erfolgreiche Wettbewerbsposition aufbauen und

Companies that intend to establish themselves successfully

halten will, muss seine Technologien richtig einsetzen. Bei

– and permanently – on a competitive market, will need to

schrumpfenden Marktlebenszyklen und wachsendem glo-

apply their technologies wisely. In an era of shortening market

balem Wettbewerb können jedoch nur solche Unternehmen

life cycles and stiffening global competition, this means that

bestehen, die kundenorientiert Technologien entwickeln,

only those companies have a chance of survival which can

erschließen, einsetzen und rechtzeitig wieder substituieren.

develop, explore and apply technologies that meet the specific requirements of each of their customers – and which also have

Um den technologischen Wandel mitzugestalten, gilt es,

the foresight and the resources to replace these technologies

Technologiekompetenz aufzubauen, zu schützen und durch

in time.

Managementkompetenz zu ergänzen. Themen wie Technologiefrüherkennung, Technologiestrategie, Technologiewissen

Companies that want to have an impact on technological

sowie Technologieplanung und -bewertung müssen mit

change must build, nurture and protect technology skills

passenden Prozessen und Strukturen untermauert und abge-

and complement them with management skills. Technology

stimmt werden, um ein effizientes Technologiemanagement

intelligence, technology strategy, technology know-how, tech-

zu erzielen.

nology planning and technology assessment systems must be implemented and reinforced with appropriate processes and

Die Fähigkeit, technologischen Wandel schnell umzusetzen,

structures to establish an efficient technology management.

wird immer wichtiger für den wirtschaftlichen Erfolg. Heute ist ein durchdachtes Technologiemanagement kein Luxus mehr,

The capacity of implementing technological change rapidly

sondern ein Muss. Die Herausforderung für Unternehmen

is becoming an ever more crucial condition for the successful

besteht darin, Erfolg versprechende Antworten auf entschei-

operation of a business. Sophisticated technology manage-

dende Fragen zu finden:

ment structures have long ceased to be a luxury. Corporations must find appropriate replies to the following key questions:

• Welche Technologien sind für das Unternehmen relevant? • Welche technologischen Entwicklungen können und sollten Unternehmen forcieren? • Welche Bedeutung haben die eingesetzten Technologien? • Welche Technologien braucht das Unternehmen für sein zukünftiges Produktspektrum und die Herstellung entsprechender Produkte? • Wie können Unternehmen Technologien effizienter nutzen?

• Which technologies are relevant for the company? • Which technological developments could and should companies try to accelerate? • How important are the technologies which are already applied? • Which technologies will the company require to manufacture its product range of the future? • How can companies use their technologies more efficiently?

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Technologiemanagement heißt, gezielt technologische Fähig-

Technology management means: to build, to apply and to

keiten und kommerzielle Potenziale aufzubauen, zu nutzen

protect technology skills and business potentials and to adapt

und zu schützen, und die Leistungsfähigkeit der Technologien,

the efficiency of technologies, products and processes to the

Produkte und Prozesse gezielt an die Unternehmensstrategie

corporate strategy.

anzupassen. We focus on Unsere thematischen Schwerpunkte • Technology management/R&D analyses (audits) • Technologiemanagement- und FuE-Analysen (Audits)

• Structure and process design in technology management

• Organisations- und Prozessgestaltung im Technologiema-

• Technology roadmapping

nagement

• Due diligence reports (technology and business)

• Technologie-Roadmapping

• Assessments of technology and market potentials

• Unternehmensbewertung (Technisch-kommerzielle Due

• Technology-based business development

Diligence) • Technologie- und Marktpotenzialbewertung

• Benchmarking • Studies

• Technologiebasierte Geschäftsfelderweiterung • Benchmarking • Studien Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Markus Wellensiek Telefon/Phone +49 241 8904-114 [email protected]

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TECHNOLOGIEMANAGEMENT TECHNOLOGY MANAGEMENT

Technologieeinkauf

Technology sourcing

Viele Unternehmen sehen den Einkauf nach wie vor als reine

Many enterprises continue to see sourcing as a mere

Unterstützungsfunktion an, die als Bestellabteilung Nachschub

supportive function, “just filling order forms”, which only

für die Produktion beschafft. In Zeiten, in denen die technolo-

exists to feed the supply lines to the production department.

gische Komplexität der beschafften Waren in einem globalen

At a time, however, when the technological complexity of the

Umfeld stetig wächst, führt dieses Vorgehen nicht mehr zum

sourced goods is steadily increasing in a global environment,

Ziel. Die strategische Bedeutung des Einkaufs wird häufig

such a strategy is doomed to fail. Nevertheless, the strategic

vernachlässigt. Dabei kann der Einkauf gleich in zweierlei

importance of the sourcing department still remains unrecog-

Hinsicht positiv Einfluss auf das Unternehmensergebnis

nized by many. Sourcing, if properly done, can have a positive

nehmen: über eine Senkung der internen Kosten des Einkaufs,

impact on corporate revenues in two different ways: it can

etwa der Kosten für Personal oder Systeme, aber vor allem

decrease the internal procurement costs by reducing the costs

durch günstigere Einkaufspreise bei minimalem Ausfallrisiko.

for the company’s personnel or system, but it can also – and

Der Schlüssel hierfür ist Transparenz – sowohl bei den

more importantly – reduce the prices of the purchased goods

eigenen, internen Prozessen und Strukturen, als auch extern,

and reduce the default risk. The key to these positive effects is

gegenüber Zulieferern. Dies umfasst auch die Bewahrung und

transparency – both for the internal processes and structures

den Ausbau des technologischen Verständnisses hinsichtlich

and for the external processes in the company’s transactions

der beschafften Komponenten, um auf Augenhöhe mit den

with its suppliers. This also means that the people in the sourc-

Lieferanten verhandeln zu können.

ing department must develop and maintain a sound grasp of the technology they are intending to procure –so they can

Die Herausforderung für den Einkauf liegt nun darin, die

conduct their negotiations with the suppliers “at eye level”.

Transparenz intern wie extern zu erhöhen – gerade dann, wenn Unternehmen sich der strategischen Bedeutung des

The sourcing department will need to increase the levels of

Einkaufs bewusst sind.

internal and external transparency – especially if the company is aware of its strategic importance.

Um hier ihre Chancen zu nutzen, müssen Unternehmen Strukturen, Prozesse und Hilfsmittel innerhalb des Einkaufs

Enterprises that want to seize their opportunities need to

anpassen und die technologische Kompetenz ihrer Mitarbeiter

adapt their sourcing structures, processes and tools to the new

ausbauen.

requirements while helping their procurement staff to acquire new technological skills.

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Unsere thematischen Schwerpunkte

We focus on

• Lieferantenmanagement

• Supplier management

• Kosten- und Preisanalysen, z. B. Cost Tables,

• Cost and price analyses, for example: cost tables,

Linear Performance Pricing, Target Costing

linear performance pricing, target costing

• Prozess- und Organisationsgestaltung

• Organizational and process restructuring

• Einkaufsaudits

• Procurement audits

• Benchmarking

• Benchmarking

Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Markus Wellensiek Telefon/Phone +49 241 8904-114 [email protected]

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FRAUNHOFER CENTER FOR MANUFACTURING INNOVATION CMI

Das Fraunhofer Center for Manufacturing Innovation CMI in

The Fraunhofer Center for Manufacturing Innovation in

Boston, USA, ist eine Geschäftseinheit des Fraunhofer IPT. Das

Boston, USA, is a business unit of the Fraunhofer IPT. The

Center steht in enger Zusammenarbeit mit der Boston Uni-

center is affiliated with Boston University (BU) and collocated

versity und befindet sich auf deren Campus in unmittelbarer

with the Department of Manufacturing Engineering on the BU

Nachbarschaft des Manufacturing Engineering Department.

campus. Similar to Fraunhofer IPT, Fraunhofer CMI develops

Das Fraunhofer CMI entwickelt gesamtheitliche produktions-

holistic manufacturing and production technology solutions

technische Lösungen für nationale und internationale Partner

for domestic and international clients in the fields of biotech-

im Bereich der Biotechnologie, der Medizintechnik und der

nology, life science and information technology. Research at

Informationstechnik. Der Schwerpunkt der Forschungs- und

Fraunhofer CMI is primarily focused at process automation

Entwicklungstätigkeit liegt in Automatisierungsanwendungen

for the high tech industry. Furthermore Fraunhofer CMI offers

für Hochtechnologiebereiche. Daneben bietet das Fraunhofer

its clients a broad range of engineering services including

CMI seinen Kunden eine breite Palette an Ingenieurdienst-

consulting, component design, process development as well as

leistungen bis hin zur vollständigen Übernahme sämtlicher

outsourcing of R&D efforts.

Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten. We focus on Unsere thematischen Schwerpunkte • Fiber optics and optoelectronic components • Optoelektronik und Lichtwellenleiter

• Biotechnology

• Biotechnologie

• Mechanical micromachining

• Mechanische Mikrobearbeitung

• Development of precision machines

• Entwicklung von Präzisionmaschinen Our services Unsere Dienstleistungen • Product development and prototyping • Produktentwicklung und Prototyping

• Process development

• Prozesstechnologie

• Development and set up of automation equipment

• Entwicklung und Aufbau von Automatisierungsequipment

• Engineering consulting

• Beratung für Produktentwicklung und Fertigung Kontakt/Contact Prof. Dr. Andre Sharon Telefon/Phone +1 617 353-1888 [email protected]

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GESCHÄFTSFELDER BUSINESS UNITS

Wer in der Produktionstechnik erfolgreich sein will, muss

Being successful in the field of production technology requires

immer wieder über die eigenen Grenzen blicken und Verän-

the ability to overcome one’s limitations and the willingness

derungen schnell und flexibel mitgestalten. In unseren fünf

to react fast and flexibly in the face of sudden changes. The

Geschäftsfeldern bündeln wir die Kompetenzen unserer vier

competencies of our four departments, the Fraunhofer CMI

Abteilungen sowie des Fraunhofer CMI und unseres Partner-

and our partner institute, the Laboratory for Machine Tools

instituts an der RWTH Aachen, des Werkzeugmaschinenlabors

and Production Engineering WZL of the RWTH Aachen are

WZL. Diese abteilungsübergreifende Arbeit in unseren

focused in our business units. Our five business units

Geschäftsfeldern • Turbomachines and Aerospace, • Turbomaschinen und Luftfahrt,

• aachener werkzeug- und formenbau,

• aachener werkzeug- und formenbau,

• Optics and Optical Systems,

• Optik und Optische Systeme,

• Life Sciences Engineering and

• Life Sciences Engineering und

• Center for Precision and Micro Technology ZPM

• Zentrum für Präzisions- und Mikrotechnik ZPM enable us to to solve interdisciplinary problems which reach versetzt uns in die Lage, interdisziplinäre Aufgaben auch über

beyond the boundaries of our departments’ workscope. Our

die Grenzen eng gesteckter Arbeitsgebiete hinaus zu lösen.

activities in these business units are tailored to fit the individual needs and desires of selected industries, technologies or

Unser Leistungsspektrum in diesen Geschäftsfeldern orientiert

products. We cultivate close relationships and exchange with

sich an den individuellen Aufgaben und Herausforderungen

our customers and project partners and in this way regularly

innerhalb bestimmter Branchen, Technologien und Produkt-

meet industry’s new challenges.

bereiche. Hier pflegen wir einen ständigen Austausch mit unseren Kunden und Partnern und stellen uns so immer

As we continuously deal with the tasks and problems of our

wieder neuen Herausforderungen der industriellen Praxis.

customers and partners, we gain important insights which stimulate our research activities and enhance our knowledge

Indem wir uns laufend mit den aktuellen Fragen und Auf-

base. This places us in a position to develop new and individ-

gaben unserer Projektpartner auseinandersetzen, gewinnen

ual solutions on behalf of our customers.

wir nicht nur wichtige Impulse für unsere Vorlaufforschung, sondern vergrößern gleichzeitig unser eigenes Know-how. Dies erst versetzt uns in die Lage, im Auftrag unserer Kunden individuelle und innovative Lösungen zu entwickeln und zu gestalten.

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Turbomaschinen und Luftfahrt

Turbomachines and Aerospace

Die Nachfrage nach höherer Effizienz und sinkenden

The demand for more efficient aircraft engines with lower

Emissionswerten bei Turbomaschinen für Luftfahrt und

emissions is on the increase. Improved efficiency and reduced

Energieerzeugung wächst beständig. Wir optimieren nicht nur

emissions in turn are highly dependent on the right choice

konventionelle Fertigungstechnologien, sondern entwickeln

of material properties and component design. We optimize

auch neue Lösungen, mit denen sich unterschiedlichste

conventional manufacturing technologies and develop new

Technologien für den Triebwerks- und Turbinenbau simultan

solutions with which to integrate a variety of turbine and

oder sequenziell integrieren lassen. Durchgängiges

engine building technologies either simultaneously or in series

Prozesskettendesign, Automation und das Management von

into the production process.

Fertigungstechnologien sind unsere Spezialität. • Simultaneous 5-axis milling of complex flow geometries • Simultane 5-Achs-Fräsbearbeitung anspruchsvoller Strömungsgeometrien • NC-Datenanalyse und -optimierung • Design, Auslegung und Umsetzung automatisierter und maschinenintegrierter Bearbeitungsfolgen • Auslegung neuer Laserbearbeitungsverfahren • Bewertung der Zerspanbarkeit neuer Werkstoffe hinsichtlich

• NC data analysis and optimization • Design and implementation of automated machining processes • Design of new laser-based machining processes • Machinability analysis of new materials (cutting materials, tool geometries and cutting strategies) • Further development of manufacturing technologies in

innovativer Schneidstoffe, Werkzeuggeometrien und

cooperation with leading businesses in aerospace, engine

Schnittstrategien

and motor industries

• Kooperative Weiterentwicklung von Fertigungsverfahren mit führenden Unternehmen aus der Luft- und Raumfahrt, Turbinen- und Motorentechnik Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Martin Witty Telefon/Phone +49 241 8904-428 [email protected]

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aachener werkzeug- und formenbau (awf)

aachener werkzeug- und formenbau (awf)

Der aachener werkzeug- und formenbau, ein gemeinsames

The aachener werkzeug- und formenbau, a joint business unit

Geschäftsfeld des Werkzeugmaschinenlabors WZL der RWTH

combining the tool-making expertise of the Laboratory for

Aachen und des Fraunhofer IPT, bietet Unternehmen, Zuliefe-

Machine Tools and Production Engineering WZL of the RWTH

rern und Kunden des Werkzeug- und Formenbaus ganzheitli-

Aachen and the Fraunhofer IPT, provides companies, suppliers

che Lösungen, damit diese die vielfältigen Herausforderungen

and customers of the tool and die making industry with

ihrer Branche erfolgreich bewältigen.

comprehensive technological solutions that will help them to successfully master a wide range of challenges.

• Individuelle Beratungsprojekte zu den Themen – Strategieauswahl und -umsetzung

• Individual consultancy projects on the subjects of

– Technologieauswahl, -einsatz und -optimierung

– Strategy selection and implementation

– Kostensenkung und Reduktion von Durchlaufzeiten

– Technology selection, use and optimization

– Industrialisierung

– Cost reductions and Reduction of throughput times

– Prozesskettengestaltung

– Industrialization – Process chain design

• Forschungsprojekte – Auftrags- und Grundlagenforschung – Konsortialforschung

• Research projects – Contract and fundamental research – Consortium research

• Initiative und Arbeitskreis – »aachener initiative modell-, werkzeug- und formenbau«

• Initiatives and working groups – »aachener initiative modell-, werkzeug- und formenbau«

• Aus- und Weiterbildung – Kolloquium »Werkzeugbau mit Zukunft« – Seminare und Vorträge

• Training and education – “Tool and Die Making for the Future“ colloquium – Seminars and Lectures

• Kennzahlen-Datenbank Werkzeugbau – Benchmarking-Projekte und Studien – Cluster-Benchmarkings

• Tool-making performance indicator database – Benchmark projects and Studies – Cluster benchmarks

Wettbewerb »Werkzeugbau des Jahres« “Toolmaker of the Year“ competition Kontakt/Contact Dipl.-Kfm. Martin Bock Telefon/Phone +49 241 8904-159 [email protected] 27

Optik und optische Systeme

Optics and Optical Systems

Das Design und die Fertigung komplexer High-End-Optiken

Our “Optics and Optical Systems” business unit deals with the

sowie die Montage optischer Systeme behandeln wir in unse-

design and manufacture of complex high-end optics and the

rem Geschäftsfeld »Optik und optische Systeme«. Mit unseren

assembly of optical systems. Our specialists from the fields of

Spezialisten aus den Bereichen der Prozesstechnologie, der

process technology, machine development and metrology can

Maschinenentwicklung und der Messtechnik unterstützen wir

provide professional support for your projects – from the

Projekte von der Idee bis zum fertigen Produkt. Unser Ansatz

original idea to the finished product. Our approach to success-

für erfolgreiche Projekte in diesem anspruchsvollen Bereich

ful projects in this complex field is to take a comprehensive

liegt in der ganzheitlichen Betrachtung der einzelnen

view of the individual process stages and their connection to

Prozessschritte und deren Einbindung in den Gesamtprozess.

the overall process.

• Design optischer Systeme

• Design of optical systems

• Direktfertigung von Glas- und Metalloptiken

• Direct manufacture of glass and metal optics

• Formenbau und Beschichtung für die Optikreplikation in

• Mold making and coatings for glass and plastic optics

Glas und Kunststoff • Fertigung komplexer Optikkomponenten: Mikrolinsenarrays, Freiformflächen, diffraktive Strukturen

replication • Manufacture of complex optical components: micro lens arrays, freeform surfaces, diffractive structures

• Automatisierte Montage optischer Systeme

• Automated assembly of optical systems

• Optikprüfung mit Interferometrie, Deflektometrie sowie

• Optics inspection via interferometry, deflectometry and

Mikro- und Nano-Koordinatenmessgeräten • Entwicklung optischer Messtechnik für Sonderaufgaben Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Karl Vielhaber Telefon/Phone +49 241 8904-476 [email protected]

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micro and nano coordinate measuring devices • Development of optical metrology for specialist applications

Life Sciences Engineering

Life Sciences Engineering

»Life Sciences Engineering« ist ein gemeinsames Geschäftsfeld

“Life Science Engineering“ is a business unit covered by the

des Fraunhofer CMI in Boston und des Fraunhofer IPT in

Fraunhofer CMI in Boston and the Fraunhofer IPT in Aachen.

Aachen. Ziel ist es, die Kompetenzen beider Institute zu

Our purpose is the concentration of the two institute’s exper-

bündeln und produktionstechnische Lösungen für die

tise and the development of production-related solutions in

Lebenswissenschaften zu entwickeln. Unser Dienstleistungs-

the field of life sciences. Our service supply covers the whole

angebot deckt die gesamte Wertschöpfungskette ab: von

value chain, including applied research and development

angewandter Forschung und Entwicklung bis zum Ramp-up

as well as production ramp-up and commercialization.

und der Kommerzialisierung. Darüber hinaus bieten wir eine

Moreover we offer an integrated product, process and facility

integrierte Produkt-, Prozess- und Anlagenentwicklung für

development for medical technologies and the automation of

die Medizintechnik und Automatisierung biologischer und

biological and biomolecular processes.

molekularbiologischer Prozesse an. • Selection and versatile processing of biocompatible materials • Auswahl und vielseitige Bearbeitung biokompatibler Werkstoffe • Entwicklung von Messinstrumenten für die minimal-invasive Chirurgie • Faseroptische Sensorik und Sondenbau • Entwicklung technischer Lösungen zur Handhabung von Zellen und Gewebe • Automatisierung, Integration und Skalierung komplexer

• Development of measuring instruments for minimally invasive surgery • Fiber-optic sensor systems and probe construction • Development of technical solutions for handling cells and tissue • Automation, integration and scaling of complex biological process chains • Design of lab on a chip systems

biologischer Prozessketten • Auslegung von Lab-on-a-chip-Systemen Kontakt/Contact Dipl.-Ing. (FH) Ulrike Koropp Telefon/Phone +49 241 8904-139 [email protected]

29

Zentrum für Präzisions- und Mikrotechnik ZPM

Center for Precision and Micro Technology ZPM

Das Zentrum für Präzisions- und Mikrotechnik bietet eine

This center was established with funding from the Land North

Wissensplattform zu den aktuellen Aufgaben der Präzisions-

Rhine-Westphalia as a platform for the provision of current

und Mikrotechnik.

information on the topic of precision and micro-technology.

Unser Angebot reicht dabei von der Präzisionsbearbeitung von

Our services range from the precision machining of silicon

Siliziumwafern aus der Halbleiterindustrie über die Fertigung

wafers for the semi-conductor industry and the manufacture

ultrapräziser Werkzeugmaster für die Replikation von Kunst-

of ultra-precise tool masters for the replication of plastic and

stoffen und Gläsern bis hin zur Handhabung und Montage

glass components to the handling and assembly

von Mikrobrennstoffzellen.

of micro fuel cells.

• Technologieentwicklung für die (Ultra-)Präzisions- und

• Technology development for (ultra-) precision and micro-

Mikrozerspanung • Entwicklung von Präzisionsmaschinen, Handling- und Montagesystemen • Auftragsfertigung von Bauteilen und Systemkomponenten • Entwicklung und Einsatz spezieller Mess-und Prüftechniken

machining • Development of precision machines, handling and assembly systems • Commissioned production of components and system components • Development and use of specialized metrology and testing

Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Christoph Baum Telefon/Phone +49 241 8904-400 [email protected]

30

technology

AUSSTATTUNG EQUIPMENT

Präzisionsschleifmaschinen, Poliermaschinen

Präzisions- und Ultrapräzisionsdrehmaschinen

Precision grinding machines, polishing machines

Precision and ultra precision lathes

– Anlage zur ultraschallunterstützten Schleifbearbeitung:

– Drehmaschinen zur Präzisions- und Ultrapräzisions-

DMS 50 Ultrasonic – Anlage zum Ultraschallschwingläppen: Walter Exeron US 303 – Rotationsschleifmaschinen zur Waferplanbearbeitung: G&N Multi-Nanogrinder – Topfschleifmaschine zur Vor- und Feinbearbeitung sphärischer Optiken: LOH SPM Spheromatic – Schleifmaschinen zur Ultrapräzisionsbearbeitung von Stahl, technischer Keramik, Halbleiterwerkstoffen und Glas:

zerspanung von NE-Metallen, Stahl, technischer Keramik, Kunststoff, Halbleiterwerkstoffen und Glas: Precitech Nano Form 350, Rank Pneumo MSG 325, LT-Ultra MTC – Präzisionsdrehmaschinen zur Hartbearbeitung: Hembrug Slantbed Microturn 50 CNC linear, Hembrug Slantbed Microturn 100 CNC, Hembrug Slantbed Microturn CNC – Drehmaschinen: Gildemeister CT 400, Benzinger TNC

Moore Nanotech 500 FG, Toshiba ULG-100D(SH3) – Poliermaschinen zur Endbearbeitung sphärischer Bauteile: LOH SPS 120, Phoenix 4000

Präzisions- und Hochleistungsfräsmaschinen Precision and high performance milling machines

– Doppelseiten-Poliermaschine zum Planpolieren: Peter Wolters AC 530 – Ultrapräzisionsschleif- und -drehmaschinen: Toshiba ULG 100D(SH3), Moore Nanotech 350FG Five Axis Freeform Generator

– 5-Achs-Präzisionsfräsmaschinen: Maho HGF 500, Mikron HSM U 600, Heller MC 25 – 5-Achs-Präzisionsfräsmaschinen zur Mikrobearbeitung: Kern HSPC 2216, Almac CU 1005, LT Ultra MMC 1100-2Z

– Asphären-Polierroboter Satisloh AII

– Ultrapräzisions-CNC-Bearbeitungszentrum KERN Evo

– Manuelle Polierarbeitsstation

– Vertikales Bearbeitungszentrum mit zwei Spindeln und

– Tribometer-Versuchsstand TRM 1000

integriertem Dreh-Schwenkkopf zur Fräsbearbeitung und Laserbeschichtung von Freiformflächen: Deckel Maho DMC

Anlagen zur Replikation von Glas- und Kunststoffoptiken Equipment for optics replication of glass and plastics

165 V Linear – 3-Achs-Portalfräsmaschine mit Dreh-Schwenktisch zur HSC- und Hartbearbeitung: Mikromat 8V HSC – 5-Achs-Großfräsmaschinen zur Sonderbearbeitung:

– Anlagen zum Präzisionsblankpressen optischer Gläser:

Ingersoll Bohle Mastercenter

Toshiba GMP 211V, Toshiba GMP 207HV, Moore Nanotech 065 GPM-S – Anlage zum Prägen optischer Mikrostrukturen

Beschichtungsanlage Coating System PVD-Beschichtungsanlage: Cemecon 800/9

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Lasergeräte und Handhabungsanlagen Lasers and auxiliary equipment

– 6-achsige Montage- und Handhabungsroboter: aico AR6560, AR6560-L, AR6590 (Manz Automation) – 4-Achs-Roboter: DR1200/4 (Manz Automation)

– Mehrere Hochleistungsdiodenlaser mit Leistungen bis zu 4 kW von Laserline, Dilas und Jenoptik – Nd:YAG-Festkörperlaser zur Materialbearbeitung mit einer

Sondereinrichtungen Specialist equipment

Leistung bis zu 3 kW: Haas HL 3006 D – Nd:YVO4-Laser zur Laserstrahlstrukturierung: Rofin Powerline E, Edgewave IS 1064-40 E – 6-Achs-Roboter zur 3D-Lasermaterialbearbeitung: Stäubli RX 170 – 3- und 5-Achs-Handhabungssysteme für Bauteilgrößen bis zu 2 x 3 m³ und Bauteilgewichten bis 10 t: Schuler Held – Präzisionsdrehmaschine zur laserunterstützten Bearbeitung: Benzinger TNE-1S – Drehmaschine für integrierte Prozessketten der Zerspanung

– Reinraum Klasse 1000 (46 m2), Flow-Boxen 100 – Klimatisierte Kammern (±0,1 °C) – Großkammer-Rasterelektronenmikroskop mit Vakuumkammer für Bauteile bis ca. 2 m³ – Labor für metallographische Untersuchungen – 3D-Röntgen-Computertomograph Metrotom 1500 Carl Zeiss IMT – Galvanikanlage Temicon – Spritzgießmaschinen: Arburg, Ferromatik

und Lasermaterialbearbeitung: Monforts UniCen 400 »KombiMasch« – Anlagen zum Rapid Manufacturing von Kunststoff-, Kera-

Datenverarbeitung und Simulationswerkzeuge Data processing and simulation tools

mik- und Metallteilen: Stereolithographie: Stereos Desktop S 250, Lasersintern: EOSINT M 160, EOSINT M250 Xtended, Lasergenerieren und Controlled Metal Build Up: Röders RFM-600 CMB – Drückmaschine zum konventionellen und laserunterstützten Metalldrücken: Leifeld PNC/CNC 75 – Vertikales Bearbeitungszentrum mit zwei Spindeln und integriertem Dreh-Schwenkkopf zur Fräsbearbeitung und

– Softwaresysteme für CAx-Anwendungen: CATIA IV/V, Mastercam/Camaix, NC-Profiler, Cimatron E6, Open Mind, Delcam, Vericut, Pro-Engineer Wildfire 2, Unigraphics NX 2 – FEM-Simulationsprogramme: ABAQUS, AdvantEdge, ANSYS, Cosmos M – VR-Visualisierungstools: Covise, Division Mockup 200i2, Avango, Invision

Laserbeschichtung von Freiformflächen: Deckel Maho DMC 165 V Linear – 3-Achs-Portalfräsmaschine mit Dreh-Schwenktisch zum

Mess- und Prüfeinrichtungen Metrology and testing equipment

laserunterstützten Fräsen: Mikromat 8V HSC – 5-Achs-Präzisionsfräsmaschine zum Laserstrukturieren von Freiformflächen: Mikron HSM U 600 – CO2-Laser: Trumpf TruCoax 2000

– Laserinterferometer zur Form- und Oberflächenprüfung: Zygo VeriFire AT 6“, Wyko 6000, Fisba μPhaseDCI 2HR – 5-Achs-Koordinatenmessgerät zur multisensoriellen Freiform-

– IPG-Faserlaser YLR-6000-S2

kontrolle mit taktilen und optoelektronischen Messköpfen:

– Fasergekoppeltes Diodenlasersystem: LDF 400-5000 LLK-D

Werth Videocheck IP

– Pikosekunden-Laser: Lumera SUPER-RAPID

32

– 3D-Koordinatenmessgerät: Werth Videocheck UA 400

– Speckle-Interferometer zur Form- und Deformationsprüfung – Streifen- und Mikrostreifenprojektionssysteme, z.B. für Reverse Engineering – Weißlicht-Interferometer zur Mikrotopographie- und Rauheitsbestimmung: Veeco NT 1100 – Laserinterferometer Zygo VeriFire AT+ 6-Zoll – Quarzkristall-3-Komponenten Dynamometer Kistler 9255 B – Rasterkraftmikroskop AFM inkl. Explorer-Kopf: Veeco-Topometrix Accurex II – Portalintegrierter chromatischer Sensor zur 3D-Oberflächenmessung: FRT CHR 150 N – Wellenfrontmessgeräte: TriOptics WaveMaster, Trioptics WaveMaster LAB – Form- und Oberflächenmessgeräte: Taylor Hobson Talyrond, Talysurf – Formtester zur Bestimmung von Rundheit, Planlauf etc.: Mahr MMQ 400

SIS analySIS auto – Konfokales Laserscanning-Mikroskop: Leica TCS SL – Digital-Mikroskop: Keyence VHX-500F – Konfokales Lasermikroskop: Keyence VK-9700 – Laborausstattung zur metallographischen Präparation von Gefügen, Bruch und Oberflächen – Messsysteme zur Analyse des geometrischen, kinematischen, dynamischen und thermischen Verhaltens hochpräziser Maschinen – Diverse Mess- und Prüfgeräte (Kraft-, Temperatur-, Härte-, Schwingungsmessungen, etc.) sowie Auswertesysteme – Hochgeschwindigkeitskameras: SpeedCam MacroVis monochrom, BFi OPTiLAS – Flowbox zur Unterstützung von Montagearbeiten – Rundheitsmesssystem mit optischer Antastung: Mahr MMQ 400 – Zellzählgerät: Roche Inovartis Cedex HiRes Analyzer

– Hochauflösendes, optisches 3D-Oberflächenmesssystem: Alicona Imaging InfiniteFocus System G4 – Nanopositionier- und -messmaschine: Sios Messtechnik mit integriertem Fokus-Sensor – Partikelmessgeräte zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung und Partikelform: Malvern Mastersizer 2000, Malvern FPIA-2100 – Laserstrahldiagnostiksysteme: Prometec Laserscope UFF 100, Prometec Lasermeter – Mobiles Röntgendiffraktometer zur Messung von Eigenspannungen und Restaustenit ohne Kalibrierung: Stresstech XSTRESS 3000 – Tragbares Messgerät zur zerstörungsfreien Prüfung von Schleif- und Drehbrand, Härte, Entkohlungen und Wärmebehandlungsfehlern nach dem BarkhausenrauschenVerfahren: Stresstech RollScan 200 – Rasterelektronenmikroskop: Zeiss DSM 962 inkl. EDX-Analyse Oxford Isis, Carl Zeiss NeonTM EsB mit EDX-/EBSD-Analysesystem – Lichtmikroskop: Zeiss Axiophot inkl. Bildanalyse

33

DAS INSTITUT IN ZAHLEN FACTS AND FIGURES

Haushalt

Budget

Die Finanzstruktur der Fraunhofer-Gesellschaft unterscheidet

The financial structure of the Fraunhofer-Gesellschaft distin-

zwischen dem Betriebs- und dem Investitionshaushalt. Der

guishes between operational and investment budgets. The

Betriebshaushalt umfasst alle Personal- und Sachaufwen-

operational budget includes all personnel and material costs,

dungen sowie deren Finanzierung durch externe Erträge

external profits and funding. The Fraunhofer-Gesellschaft’s

und institutionelle Förderung. Der integrierte Finanzplan der

integrated financial plan allows for transfers between budgets.

Fraunhofer-Gesellschaft erlaubt die Mittelbewegung zwischen beiden Haushalten.

18 Mio €

24 Mio €

16

20

14

16

12

12

10

8 8

4 6

0 4

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Investitionen/Investment Betriebshaushalt/Operational budget

2 0 2002

2003*

2004

2005

2006

2007

2008

2009

Industrie/Wirtschaft/Verbände/Industry/business/trade association funding Forschungsförderung/sonstige FuE/Research funding Bund/Länder/EU/National/Länder/EU funding Institutsförderung/Institute funding

34

Betriebshaushalt

Operational budget

Der Betriebshaushalt hatte im Jahr 2009 ein Volumen von

The operational budget amounted to approx. € 18.5 million in

ca. 18,5 Mio €. Er wies für das Berichtsjahr eine Eigenfinanzie-

2009, with 90 percent self-financing.

rungsquote des Instituts von etwa 90 Prozent auf. Contract research Vertragsforschung Profits generated through research in national and stateDie Erträge aus Forschungsprojekten, die von Bundes- und

funded projects increased, contributing € 4.9 million to

Länderministerien gefördert wurden, haben sich erhöht und

the institute’s financing (30 percent). Profits generated

trugen mit 4,9 Mio € bzw. 30 Prozent zur Eigenfinanzierung

through EU-funded projects also increased by € 0.4 million

bei.

to € 1.1 million). EU projects are not fully-financed, calling for a contribution from the research institute. Fraunhofer

Die Erträge aus Projekten mit der EU-Kommission stiegen im

Institutes therefore limit their applications for such projects.

Vergleich zum Vorjahr um 0,4 Mio € auf 1,1 Mio €. Da die EU nicht 100 Prozent der Kosten erstattet, sind die Fraunhofer-

The Fraunhofer IPT took on projects in co-operation with

Institute aufgrund ihrer begrenzten Grundfinanzierung in der

industrial partners which, combined with the profits from

Akquisition von EU-Projekten eingeschränkt.

contract research for industry, business and trade associations, contributed € 6.8 million to the institute’s finances

Das Fraunhofer IPT führte gemeinsam mit der Industrie

(41 percent).

Verbundprojekte durch, die zusammen mit den Erträgen aus der Auftragsforschung für Industrie, Wirtschaft und

The figures indicate the preliminary annual financial statement

Wirtschaftsverbände eine Höhe von 6,8 Mio €, also 41 Prozent

of 2009.

des Eigenfinanzierungsanteils erreichten. Die Zahlen geben den vorläufigen Jahresabschluss 2009 an.

35

Personalstruktur des Fraunhofer IPT

Personnel structures at the Fraunhofer IPT

Im Jahr 2009 waren im Schnitt 349 Mitarbeiter am Institut

An average of 349 staff was employed at the institute in

beschäftigt. Der Personalbestand der festangestellten

2009, with around 155 permanent staff members in scientific

wissenschaftlichen und nicht-wissenschaftlichen Mitarbeiter

and non-scientific departments (57 percent scientific staff).

wuchs in diesem Jahr auf 155 Mitarbeiter an. Der Anteil der Wissenschaftler lag bei ca. 57 Prozent.

The Fraunhofer Center for Manufacturing Innovation CMI in Boston, USA, employed a staff of 43 in the past year, 15 of

Am Fraunhofer Center for Manufacturing Innovation CMI in

which were permanent scientific staff with a support staff of

Boston/USA waren in diesem Jahr 43 Mitarbeiter beschäftigt.

two.

Die Zahl der festangestellten wissenschaftlichen Mitarbeiter betrug 2009 15 Mitarbeiter. Zwei nichtwissenschaftliche Festangestellte unterstützten sie bei der Projektarbeit.

57% Wissenschaftler scientists 11% Administration administration 32% Techniker, Konstrukteure technicians, designers

300

200

100

0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Studentische Hilfskräfte/Students Administration/Administration Techniker, Konstrukteure/Technicians Wissenschaftler/Scientists

36

KURATORIUM BOARD OF TRUSTEES

Die Kuratorien der einzelnen Fraunhofer-Institute stehen der Institutsleitung und dem Vorstand der Gesellschaft beratend zur Seite. Ihnen gehören Persönlichkeiten der Wissenschaft, der Wirtschaft und der öffentlichen Hand an. Zum Kuratorium des Fraunhofer IPT gehörten im Berichtsjahr folgende Mitglieder: Each of the Fraunhofer Institutes has a Board of Trustees to advise the management of the institute and the Management Board of the Fraunhofer-Gesellschaft. They include personalities from academic life, business and government. The members of the Board of Trustees of the Fraunhofer IPT in the year under review were as follows:

Dr.-Ing. Hans-Henning Winkler

Manfred Nettekoven

Unternehmensberatung Dr. Winkler, Tuttlingen

Kanzler der RWTH Aachen Chancellor of the RWTH Aachen University

Dr.-Ing. Uwe H. Böhlke Head of Business Sector, Lonza Ltd., Basel/Schweiz

Dr.-Ing. Stefan Nöken Mitglied der Konzernleitung, Hilti AG, Schaan/Liechtenstein

Prof. em. Dr.-Ing. Ulrich Dilthey Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik der

MinRat Hermann Riehl

RWTH Aachen

Bundesministerium für Bildung und Forschung, Bonn

ISF Welding Institute, RWTH Aachen University

Federal Ministry of Education and Research, Bonn

Dipl.-Ing. Hans-Dieter Franke

Karl Schultheis

Geschäftsführer, Management Partner MPower GmbH,

Mitglied des Landtags NRW, Düsseldorf

Stuttgart

Member of the North Rhine-Westphalian Landtag, Düsseldorf

Dr. rer. nat. Hermann Gerlinger

Dr. rer. nat. Thomas Sesselmann

Vorstand, Carl Zeiss AG, Oberkochen

Mitglied der Geschäftsführung, Dr. Johannes Heidenhain GmbH, Traunreut

Dr.-Ing. Markus Hilleke Abteilungsleiter Corporate Machinery, Schott AG, Mainz

Prof. em. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. mult. Dr. h.c. Hans Kurt Tönshoff Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen,

Dr.-Ing. Hans-Robert Meyer

Universität Hannover

Mitglied des Beirates,

Institute of Production Engineering and Machine Tools (IFW),

Nordmetall, Arbeitgeberverband der Metallindustrie

University of Hannover

Hamburg – Schleswig, Holstein e.V., Hollern-Twielenfleth Nordmetall, Employers’ Association of the Metalworking Industry Hamburg – Schleswig-Holstein e.V., Hollern-Twielenfleth

37

DIE FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT THE FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT

Forschen für die Praxis ist die zentrale Aufgabe der Fraunhofer-

Research of practical utility lies at the heart of all activities

Gesellschaft. Die 1949 gegründete Forschungsorganisation

pursued by the Fraunhofer-Gesellschaft. Founded in 1949,

betreibt anwendungsorientierte Forschung zum Nutzen der

the research organization undertakes applied research that

Wirtschaft und zum Vorteil der Gesellschaft. Vertragspartner

drives economic development and serves the wider benefit of

und Auftraggeber sind Industrie- und Dienstleistungsunter-

society. Its services are solicited by customers and contractual

nehmen sowie die öffentliche Hand.

partners in industry, the service sector and public administration.

Die Fraunhofer-Gesellschaft betreibt in Deutschland derzeit mehr als 80 Forschungseinrichtungen, davon 60 Institute.

At present, the Fraunhofer-Gesellschaft maintains more

17 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, überwiegend mit

than 80 research units in Germany, including 60 Fraunhofer

natur- oder ingenieurwissenschaftlicher Ausbildung, bearbei-

Institutes. The majority of the 17,000 staff are qualified

ten das jährliche Forschungsvolumen von 1,5 Milliarden Euro.

scientists and engineers, who work with an annual research

Davon fallen 1,3 Milliarden Euro auf den Leistungsbereich

budget of €1.5 billion. Of this sum, more than €1.3 billion

Vertragsforschung. Zwei Drittel dieses Leistungsbereichs er-

is generated through contract research. Two thirds of the

wirtschaftet die Fraunhofer-Gesellschaft mit Aufträgen aus der

Fraunhofer-Gesellschaft’s contract research revenue is derived

Industrie und mit öffentlich finanzierten Forschungsprojekten.

from contracts with industry and from publicly financed

Nur ein Drittel wird von Bund und Ländern als Grundfinan-

research projects. Only one third is contributed by the German

zierung beigesteuert, damit die Institute Problemlösungen

federal and Länder governments in the form of base funding,

erarbeiten können, die erst in fünf oder zehn Jahren für

enabling the institutes to work ahead on solutions to problems

Wirtschaft und Gesellschaft aktuell werden.

that will not become acutely relevant to industry and society until five or ten years from now.

Niederlassungen in Europa, in den USA und in Asien sorgen für Kontakt zu den wichtigsten gegenwärtigen und zukünfti-

Affiliated research centers and representative offices in Europe,

gen Wissenschafts- und Wirtschaftsräumen.

the USA and Asia provide contact with the regions of greatest importance to present and future scientific progress and

Mit ihrer klaren Ausrichtung auf die angewandte Forschung

economic development.

und ihrer Fokussierung auf zukunftsrelevante Schlüsseltechnologien spielt die Fraunhofer-Gesellschaft eine zentrale

With its clearly defined mission of application-oriented

Rolle im Innovationsprozess Deutschlands und Europas. Die

research and its focus on key technologies of relevance to the

Wirkung der angewandten Forschung geht über den direkten

future, the Fraunhofer-Gesellschaft plays a prominent role

Nutzen für die Kunden hinaus: Mit ihrer Forschungs- und

in the German and European innovation process. Applied

Entwicklungsarbeit tragen die Fraunhofer-Institute zur

research has a knock-on effect that extends beyond the direct

Wettbewerbsfähigkeit der Region, Deutschlands und Europas

benefits perceived by the customer: Through their research

bei. Sie fördern Innovationen, stärken die technologische

and development work, the Fraunhofer Institutes help to re-

Leistungsfähigkeit, verbessern die Akzeptanz moderner

inforce the competitive strength of the economy in their local

Technik und sorgen für Aus- und Weiterbildung des dringend

region, and throughout Germany and Europe. They do so by

benötigten wissenschaftlich-technischen Nachwuchses.

promoting innovation, strengthening the technological base,

38

Ihren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern bietet die Fraunhofer-

improving the acceptance of new technologies, and helping to

Gesellschaft die Möglichkeit zur fachlichen und persönlichen

train the urgently needed future generation of scientists and

Entwicklung für anspruchsvolle Positionen in ihren Instituten,

engineers.

an Hochschulen, in Wirtschaft und Gesellschaft. Studentinnen und Studenten eröffnen sich an Fraunhofer-Instituten wegen

As an employer, the Fraunhofer-Gesellschaft offers its staff

der praxisnahen Ausbildung und Erfahrung hervorragende

the opportunity to develop the professional and personal

Einstiegs- und Entwicklungschancen in Unternehmen.

skills that will allow them to take up positions of responsibility within their institute, at universities, in industry and in society.

Namensgeber der als gemeinnützig anerkannten Fraunhofer-

Students who choose to work on projects at the Fraunhofer

Gesellschaft ist der Münchner Gelehrte Joseph von Fraunhofer

Institutes have excellent prospects of starting and developing

(1787-1826), der als Forscher, Erfinder und Unternehmer

a career in industry by virtue of the practical training and

gleichermaßen erfolgreich war.

experience they have acquired. The Fraunhofer-Gesellschaft is a recognized non-profit organization that takes its name from Joseph von Fraunhofer (1787-1826), the illustrious Munich researcher, inventor and entrepreneur.

Itzehoe Rostock Lübeck Bremerhaven Oldenburg Bremen Berlin Hannover Potsdam Teltow

Braunschweig Magdeburg

Paderborn

Cottbus

Oberhausen

Halle

Dortmund

Schkopau

Schmallenberg

Duisburg

Kassel

Sankt Augustin

Leipzig

Dresden

Erfurt

Aachen Euskirchen

Gießen

Freiberg Chemnitz

Jena Ilmenau

Wachtberg Darmstadt

Würzburg

Bayreuth

Bronnbach Erlangen

Kaiserslautern Fürth

St. Ingbert Saarbrücken Karlsruhe Ettlingen

3ğQ]WDO Stuttgart

Freiburg Holzen EfringenKirchen

Nürnberg

Straubing Augsburg

Freising

München

Garching

Oberpfaffenhofen

Prien

Holzkirchen

39

ORGANIGRAMM ORGANIZATIONAL CHART

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Institutsleiter

Fraunhofer Institute for Production Technology IPT

Executive Director

Steinbachstr. 17

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. F. Klocke

- 106

52074 Aachen Geschäftsführender Oberingenieur

Germany

Managing Chief Engineer Telefon/Phone +49 241 8904-0

Dr.-Ing. T. Bergs

Prozesstechnologie

Produktionsmaschinen

Process Technology

Production Machines

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. F. Klocke

- 106

Prof. Dr.-Ing. C. Brecher

Oberingenieure

Oberingenieure

Heads of Department

Heads of Department

- 108

- 106

Dipl.-Ing. K. Arntz

- 121

Dipl.-Ing. M. Emonts

- 150

Dr.-Ing. T. Bergs

- 108

Dr.-Ing. C. Wenzel

- 220

Dr.-Ing. O. Dambon

- 233

Dipl.-Ing. Dipl.-Inform. L. Glasmacher

- 246

Präzisions- und Sondermaschinenentwicklung Precision and Special Purpose Machine Development Dipl.-Ing. P. Utsch

Feinbearbeitung und Optik

- 154

Fine Machining and Optics Dipl.-Ing. oec. R. Zunke

- 137

Faserverbund- und Lasersystemtechnik

Dipl.-Ing. Martin Hünten

- 497

Fiber Reinforced Pastics and Laser System Technology Dipl.-Ing. C.-J. Rosen

Hochleistungszerspanung

- 249

High Performance Cutting Dipl.-Ing. M. Witty

- 428

Ultrapräzisionstechnik Ultra Precision Technology

Lasermaterialbearbeitung

Dipl.-Ing. R. Tücks

- 152

Laser Machining Dipl.-Ing. S. Bausch

- 242

Präzisionsmontage und Automatisierungstechnik

Dipl.-Ing. D. Donst

- 120

Precision Assembly and Automation Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. N. Pyschny

CAx-Technologien CAx Technologies Dipl.-Ing. Dipl.-Inform. L. Glasmacher 40

- 246

- 164

Verwaltungsleitung Head of Administration J. von Heel

- 109

Produktionsqualitiät und Messtechnik

Technologiemanagement

Production Quality and Metrology

Technology Management

Prof. Dr.-Ing. R. Schmitt

- 108

Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. G. Schuh

Oberingenieur

Oberingenieur

Head of Department

Head of Department

Dr.-Ing. Stephan Bichmann

- 245

Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. M. Wellensiek

- 108

- 114

Technologiefrüherkennung Produktionseffizienz

Technology Intelligence

Production Efficiency

Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. S. Orilski

Dipl.-Ing. S. Frischemeier M. Eng.

- 168

- 416 Technologieplanung

Unternehmensdynamik

Technology Planning

Corporate Dynamics

Dipl.-Phys. A.-L. Gehrmann

Dipl.-Psych. S. Hatfield

- 169

- 257 Technologieeinkauf

Mikro- und Nanometrologie

Technical Purchasing

Micro and Nano Metrology

Dipl.-Ing. J. Kreysa

Dipl.-Ing. K. Vielhaber

- 274

- 476

In-line- und In-Prozess-Messtechnik Inline and In-Process-Metrology Dipl.-Phys. N. König

- 113

Faseroptische Sensorik Fiber Optical Sensors Dipl.-Phys. N. König

- 113

41

HIGHLIGHTS HIGHLIGHTS

42

44

Life Sciences Engineering Life Sciences Engineering

48

Integrative Produktionstechnik für energieeffiziente Turbomaschinen – TurPro Integrative Production Technology for EnergyEfficient Turbo Engines– TurPro

50

Polieren und Strukturieren: Designoberflächen im Werkzeugbau Polishing and Structuring: Design Surfaces in Tool Making

52

Energieeffiziente Beleuchtung – Herausforderungen für die Mikrotechnik Energy-efficient Lighting – a Challenge for Micro Technology

54

Prozessketten für die Optikfertigung Process Chains in Optical Components Manufacturing

56

Innovative Prozesskettenoptimierung in der Metallherstellung Innovative Optimization of Process Chains in Metal Manufacturing

58

Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer Integrative Production Technology for High Wage Countries

43

HIGHLIGHTS

LIFE SCIENCES ENGINEERING LIFE SCIENCES ENGINEERING Das Fraunhofer IPT bündelt seine produktionswissenschaftli-

The Fraunhofer IPT has recently extended its cooperation

chen Kompetenzen im Geschäftsfeld »Life Sciences Enginee-

with the Fraunhofer CMI in the area of industrial engineering

ring« gemeinsam mit dem Fraunhofer CMI seit 2008 auch im

to biological and medical applications. In 2009, the number

Bereich biologischer und medizinischer Anwendungen. Im Jahr

of “Life Sciences Engineering” joint ventures increased

2009 haben die Aktivitäten im Geschäftsfeld »Life Sciences

significantly while ongoing projects (automation of biological

Engineering« deutlich zugenommen und die laufenden Projek-

processes, medical technology) were successfully continued.

te zur Automatisierung biologischer Prozesse sowie im Bereich der Medizintechnik wurden erfolgreich fortgeführt.

Automatic Tissue Engineering

Automatisiertes Tissue Engineering

Back in early 2008, the two Fraunhofer research associations “Life Sciences” and “Production” started a joint venture

Bereits Anfang 2008 startete ein Kooperationsprojekt der

which is supported by the Fraunhofer Future Foundation. The

beiden Fraunhofer-Verbünde »Life Sciences« und »Produk-

plan is to develop a ground-breaking process of producing

tion«, das von der Fraunhofer-Zukunftsstiftung gefördert wird.

in-vitro skin test systems by late 2010. The resulting automatic

Geplant ist, bis Ende 2010 ein Produktionssystem zur Herstel-

production system is worldwide unique: For the first time the

lung von In-vitro-Hauttestsystemen zu entwickeln. Ein solches

fabrication of functional human skin equivalents in high quan-

Produktionssystem ist weltweit einzigartig: Es erlaubt erstmals

tities, consistent high quality and with reduced production

die automatisierte Herstellung eines funktionsfähigen Modells

costs, becomes feasible.

der menschlichen Haut in hohen Stückzahlen, einheitlich hoher Qualität und mit deutlich reduzierten Herstellkosten

By pooling the resources and the expertise of four Fraunhofer Institutes, it will become possible to produce human skin

Erst die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen vier Fraun-

tissue for the medical and pharmaceutical industry. The

hofer-Instituten macht es möglich, die Vision von maschinell

modular, fully automatic and sterile production system has

hergestellter Haut zu verwirklichen. Das modular aufgebaute

been designed to isolate different skin cell types from human

Produktionssystem ist darauf ausgelegt, vollautomatisch und

biopsy specimens, to expand them and to assemble them to

unter sterilen Bedingungen verschiedene Hautzelltypen aus

3D skin test systems by using a collagen matrix. Automation

humanen Hautbiopsaten zu isolieren, zu vermehren und in

issues provide the greatest challenges for the interdisciplinary

einer Kollagenmatrix zu 3D-Hauttestsystemen zusammenzu-

project’s scientists and engineers: how to design workable

setzen. Die große Herausforderung für das interdisziplinäre

automated procedures for the processing of the delicate bio-

Projektteam liegt in der automatisierten Bearbeitung und

logical material. Due to the natural biological diversity of the

Handhabung des empfindlichen biologischen Materials. Auf-

human biopsies and the fluctuations of the cell growing pro-

grund der natürlichen biologischen Diversität des Eingangs-

cess the automated quality control of biological intermediate

materials und den dadurch bedingten Schwankungen des Zell-

and end products is another important area of development.

44

wachstumsprozesses ist die automatisierte Qualitätskontrolle

The first half of the project was dedicated to the Fraunhofer

von biologischen Zwischen- und Endprodukten ein weiterer

IPT’s development of a new technique of isolating and

entscheidender Entwicklungsschwerpunkt.

propagating cells that can be smoothly integrated into an automatic system. Designated functional prototypes were

In der ersten Hälfte der Projektlaufzeit passte das Fraunhofer

designed to dispense with the need for manual processing,

IPT die bislang im Labor etablierte, manuell durchgeführte

while new dynamic and non-invasive measuring strategies as

Zellisolation und Zellvermehrung mit Hilfe spezieller Funktions-

well as new quality control techniques were adapted to meet

prototypen an die Anforderungen der Automatisierung an.

the requirements of automatic measuring technologies. A cell-

Für die automatisierte Messtechik wurden dynamische und

culture laboratory was established to give the Fraunhofer IPT

nicht-invasive Messstrategien sowie neue Systeme zur Quali-

the possibility of conducting biological trials to test the proto-

tätskontrolle entwickelt. Um die Prototypen und modifizierten

types. Material flow analyses and FMEA provided additional

Prozesse in biologischen Versuchen zu erproben, richtete das

information for the design and the construction of individual

Fraunhofer IPT ein hausinternes Zellkulturlabor ein. Parallel

system modules. In October 2009, an important milestone was

dazu wurden Materialflussanalysen und FMEA durchgeführt,

reached when the “Design Freeze” provided the foundation

um die Anlagenmodule passend auszulegen und zu konstru-

for the construction of the system modules.

ieren. Im Oktober 2009 erreichte das Projekt mit dem »Design Freeze« einen wichtigen Meilenstein und schuf damit die Basis

It is planned to conduct the first trial run of the complete

für den Aufbau der Anlagenmodule.

production facility in early 2011. After that, it is hoped, the facility will produce 3D skin test systems for biocompatibility

Der erste Testlauf der vollautomatisierten Produktionsanlage ist

tests of the type which is required in the development of cos-

für Anfang 2011 geplant. Die 3D-Hauttestsysteme, die in der

metics, pharmaceuticals, medical products and chemicals. The

Anlage hergestellt werden, können für Verträglichkeitstests

Fraunhofer IPT is currently analysing the commercial potential

in der Entwicklung von Kosmetika, Arzneimitteln, Medizin-

of the new facility and will soon prepare a market launch.

produkten und Chemikalien eingesetzt werden. Das Fraunhofer IPT analysiert parallel dazu die Verwertungsmöglichkei-

High Throughput And Low Cost Automated Tissue

ten am Markt und bereitet den Markteintritt vor.

Homogenizer

Hochdurchsatz-Gewebe-Homogenisator

The Fraunhofer CMI received funding from an industrial partner to develop a low cost automated system for homogenizing

Das Fraunhofer CMI entwickelt im Auftrag eines Industrie-

foodstuffs and tissues for DNA analysis. Currently, researchers

partners ein kostengünstiges, automatisiertes System zur

spend significant time and effort to obtain purified DNA for

Homogenisierung von Nahrungsmitteln und Geweben für

downstream analysis by techniques such as PCR. All scientific

nachfolgende DNA-Analysen. Aktuell verwenden Forscher

discovery relies on reproducible results which are more likely to

viel Zeit und Aufwand darauf, in manuellen Prozessen reine

occur employing automated systems instead of highly variable

DNA für Analysetechniken, wie beispielsweise die Polymerase-

manual methods. Current commercial instruments are expensi-

Kettenreaktion (PCR), zu gewinnen. Die Grundlage für die

ve, only semi-automated, requiring significant manual sample

wissenschaftliche Arbeit bilden reproduzierbare Resultate,

processing prior to automated DNA purification. Fraunhofer

die durch automatisierte Systeme leichter zu erzielen sind als

CMI has developed a new instrument that is capable of quickly 45

HIGHLIGHTS

durch manuelle Methoden. Am Markt erhältlich sind heute

homogenizing an array of unique tissue samples directly in

nur sehr teure und halbautomatisierbare Geräte, die noch

a microplate. The instrument requires no special training to

einen hohen Aufwand für die manuelle Probenvorbereitung

achieve uniform, repeatable results, and is thus adaptable to

erfordern. Das Fraunhofer CMI hat ein neues Gerät entwickelt,

semi- and fully automated equipment. Additionally, the system

mit dem sich mehrere verschiedene Gewebeproben schnell

is easy to clean and sterilize, has adjustable speed and force to

und gleichzeitig in einer Mikrotiterplatte homogenisieren

control shear and unwanted heating, and is useful for sample

lassen. Die Bedienung des Gerätes ist einfach und die

sizes ranging the entire breadth needed for clinical.

Resultate sind reproduzierbar. Zusätzlich ist das Gerät einfach zu reinigen und zu sterilisieren und eignet sich für klinische

Automatic Production of Vascular Prostheses

Proben in verschiedenen Volumina. Since early 2009, the NRW Bank has been supporting the Automatisierte Fertigung von Gefäßprothesen

project “ProthoMat” for which the Fraunhofer IPT is involved in the construction and design of an automatic production

Seit Frühjahr 2009 fördert die NRW-Bank das Projekt »Protho-

facility and the industrial processes for the series production of

Mat«, in dem das Fraunhofer IPT im Auftrag der NonWoTecc

large lumen and small lumen vascular prostheses (on behalf of

Medical GmbH den Aufbau einer automatisierten Produk-

NonWoTecc Medical GmbH). By means of an existing proto-

tionsanlage für die Serienfertigung groß- und kleinlumiger

type the need for optimization has been deduced and noted

Gefäßprothesen wissenschaftlich und koordinierend begleitet.

as technical specifications. Fraunhofer IPT provides its client

Anhand einer existierenden Prototypenanlage konnte der

company with advice in how the design and construction of

Optimierungsbedarf abgeleitet und in einem Lastenheft

an existing facility for the production of prototypes and exis-

festgehalten werden. Das Fraunhofer IPT unterstützte das

ting production processes may be improved. The idea of the

junge Unternehmen in Konstruktion und Prozessauslegung

project is to support NonWoTecc Medical in the development

zur Erstellung des Pflichtenhefts sowie bei der Durchführung

of their facilities by giving them access to the experience in

und Umsetzung einer FMEA. Aktuell arbeitet das Fraunhofer

process automation that the Fraunhofer IPT has acquired over

IPT an der Erstellung des Anlagen- und Prozessmanagements

many years of assisting industrial corporations in similar tasks.

und bereitet eine Vorgehensweise zur Prozessoptimierung vor. Ziel der Projektkoordination ist es, auf Basis der langjährigen

A Quick Test of Establishing the Susceptibility of Bacteria

Erfahrung des Fraunhofer IPT in der Prozessautomatisierung

to Antibiotic Products

die NonWoTecc Medical GmbH bei der erfolgreichen Anlagenentwicklung zu unterstützen

The Fraunhofer CMI has received funding from the National Institute of Health (NIH), the medical research institution of the

Schneller Test zur Empfindlichkeit von Bakterien

US Department of Health, for an innovative research project

gegenüber Antibiotika

in the field of diagnostics. The project aims to develop a method of detecting quickly what kind of effect an antibiotic

Das Fraunhofer CMI erhält für ein innovatives Forschungs-

product has on infectious pathogens (see page 124). Such a

projekt im Bereich der Diagnostik eine Förderung durch das

method could help to accelerate the process of developing an

US-amerikanische National Institute of Health (NIH). Ziel des

appropriate strategy for combating infections, particularly in

Projektes ist es, eine Detektionsmethode zu entwickeln, die

the light of increased instances of antibiotic resistance.

46

sehr schnell Informationen über die Wirksamkeit von Antibio-

The Automated Production of Active Ingredients in

tika auf Infektionserreger liefert (siehe Seite 124). Besonders

Tobacco Plants

vor dem Hintergrund des verstärkten Auftretens von Antibiotika-Resistenzen, bieten diese Untersuchungen ein wichtiges

A second interdisciplinary joint venture which is also funded

Hilfsmittel zur beschleunigten Auswahl einer wirksamen Anti-

by the Fraunhofer Future Foundation started in 2009 and aims

biotikatherapie.

to develop an automated facility for the biotechnological production of biopharmaceuticals – such as vaccines – in tobacco

Automatisierte Wirkstoffproduktion in Tabakpflanzen

plants. The Fraunhofer IPT has been commissioned to design and construct a high-tech greenhouse where such plants

Ein zweites interdisziplinäres Kooperationsprojekt, das

can be raised. As part of this assignment, the Fraunhofer IPT

ebenfalls von der Fraunhofer-Zukunftsstiftung gefördert

will also develop prototypes for certain production processes

wird, startete im Jahr 2009 mit dem Ziel, eine automatisierte

such as sowing and harvesting as well as for measuring and

Produktionsanlage für die biotechnologische Herstellung von

control procedures required for the systematic cultivation of

Biopharmazeutika, etwa von Impfstoffen, in Tabakpflanzen

the plants. The idea is to ensure consistent quality levels of

zu entwickeln. Aufgaben des Fraunhofer IPT sind hier die

the cultivated plants and their active ingredients by providing

Auslegung, die Konstruktion und der Aufbau eines hoch-

consistent levels of irrigation, lighting and a range of other key

modernen Gewächshauses für die kontrollierte und optimierte

conditions.

Kultivierung der Tabakpflanzen. Die Entwicklung umfasst die Umsetzung spezieller Prototypen zur Auslegung von Produktionsprozessen wie Aussaat und Ernte sowie für die Mess-, und Regelungstechnik zur Aufzucht der Pflanzen. Durch gleichbleibende Bedingungen bei der Bewässerung, Beleuchtung und weiteren Parametern soll eine konstante Qualität der gezüchteten Pflanzen und der in ihnen enthaltenen Wirkstoffe sichergestellt werden. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. (FH) Ulrike Koropp Telefon/Phone +49 241 8904-139 [email protected]

47

HIGHLIGHTS

INTEGRATIVE PRODUKTIONSTECHNIK FÜR ENERGIEEFFIZIENTE TURBOMASCHINEN – TURPRO INTEGRATIVE PRODUCTION TECHNOLOGY FOR ENERGY-EFFICIENT TURBO ENGINES– TURPRO Turbomaschinen in Kraftwerken und in Flugtriebwerken

Turbo engines in power stations and aircrafts must be able

müssen extreme Belastungen aushalten und dabei zuverlässig

to work reliably under extremely high mechanical load. This

funktionieren. Ihre Fertigung und Instandhaltung ist jedoch mit

is one reason why so much effort and expense is needed to

hohen Kosten verbunden und sehr aufwändig. Das Fraunhofer

produce them and to keep them in good working order. The

IPT arbeitet deshalb gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut

Fraunhofer IPT is currently developing new technologies and

für Lasertechnik ILT und elf namhaften Industriepartnern im

processes for the production and repair of energy-efficient

Fraunhofer-Innovationscluster »TurPro« an neuen Techno-

turbo engines as part of the “TurPro“ Fraunhofer Innovation

logien und Prozessen für die Fertigung und Instandhaltung

Cluster which also includes the Fraunhofer Institute for Laser

energieeffizienter Turbomaschinen.

Technology ILT and eleven renowned industrial corporations.

Durch neue Bearbeitungsverfahren lassen sich die Komponen-

New processing techniques have made it possible to design

ten von Turbomaschinen leichter und robuster gestalten und

light yet robust turbo engine components that provide easier

reparieren, so dass im späteren Einsatz Energie und Kosten

access for repairs, allowing their operators to save time and

gespart werden. Die Partner im Fraunhofer-Innovationscluster

energy. The industrial partners of the Fraunhofer Innovation

»TurPro« entwickeln dafür komplexe Zerspan- und Laser-

Cluster “TurPro“ are taking these complex machining and

verfahren weiter und passen sie an neue, besonders geeignete

laser processing techniques one step further, adapting them to

Werkstoffe an. Ziel ist es, Bearbeitungszeiten zu verkürzen,

the use of new and particularly suitable materials. The aim is

Prozessstabilität zu vergrößern, die Präzision der oft

to shorten processing times and to cut costs while increasing

sicherheitskritischen Bauteile zu verbessern und Kosten zu

the levels of process stability and precision. In focus are

senken. Dazu entwerfen die Mitglieder des Innovationsclusters

components which are critical for the safety of the engines

in interdisziplinärer Zusammenarbeit neue, integrative

and therefore demand sophisticated repair and manufacturing

Prozessketten – von mechanischen Fertigungsverfahren und

processes. For this purpose, the members of the Innovation

generativer Laserfertigungstechnik über CAx-Technologien,

Cluster have joined forces to design new integrative process

Werkstofftechnik, optische Sensorik bis hin zur Werkzeug-,

chains that feature mechanical production processes and

Maschinen- und Anlagentechnik.

additive laser manufacturing techniques as well as CAx

48

Die Industriepartner im Fraunhofer-Innovationscluster »TurPro«

technologies, material engineering, optical sensors, tooling

sind Hersteller von Kraftwerkstechnik, Luftfahrtunternehmen,

technology and systems engineering.

Zulieferer und Technologielieferanten aus NordrheinWestfalen, Hessen und Bayern. In einem Zeitraum von drei

The industrial partners of the Fraunhofer Innovation Cluster

Jahren wird das Netzwerk mit insgesamt 10,25 Mio Euro vom

“TurPro“ include manufacturers of power station equipment,

Land Nordrhein-Westfalen, der Fraunhofer-Gesellschaft und

aerospace companies, suppliers and technology providers from

den Unternehmen finanziert.

the Länder North Rhine-Westphalia, Hesse and Bavaria. Over a period of three years, the network will receive € 10.25 million

Der Fraunhofer-Innovationscluster »TurPro« ist in zwei so

in funds from the Land North Rhine-Westphalia, the

genannte »Stages« gegliedert: Ziel der ersten Komponente,

Fraunhofer-Gesellschaft and the individual corporations.

Stage 1, ist es, in Form von fünf Technologieclustern eine Produktionsumgebung zu schaffen, die Einzeltechnologien und

The Fraunhofer Innovation Cluster “TurPro“ has been sub-

Kompetenzen entwickelt und zu durchgängigen, integrativen

divided into two stages: in stage 1, five technology clusters

Lösungen verknüpft. Neue Werkstoffe müssen hinsichtlich ih-

will be established to create an industrial environment for the

rer Bearbeitungsfähigkeit untersucht und Designkonzepte auf

development of individual technologies and skills, cross-linking

Herstellbarkeit und -kosten geprüft werden. Da es sich hier um

them to form integrated solutions. The suitability of various

Spitzentechnologie handelt, sind die Bauteile von sehr hohem

new materials for different processes will be analyzed, and

Wert. Um effizient und kostengünstig fertigen zu können,

design concepts will be subjected to comprehensive feasibility

fordern die Turbinenhersteller und -zulieferer leistungsfähige

and efficiency tests. The high-end and high-tech components

und gleichzeitig stabile Prozesse.

represent a considerable value. The manufacturers of turbines and their suppliers require highly effective and stable processes

Die zweite Komponente, Stage 2, dient dazu, die Innovationen

so they can manufacture high value products at competitive

für energieeffiziente Turbomaschinen in Zukunft deutlich

prices.

schneller zur Marktreife zu führen. Das Partnernetzwerk muss sich dazu zu einem echten Kompetenznetzwerk erweitern.

In Stage 2, strategies will be devised to shorten the devel-

Eine transparente Kommunikation der Partner im Netzwerk

opment times and the time-to-market for energy-efficient

bildet die Basis, um zukünftige Produktanforderungen und

turbo engines considerably. For this purpose, the cooperation

Fertigungstechnologien optimal miteinander abzugleichen.

network must be upgraded to become a proper competence

Verschiedene Methoden aus dem Technologiemanagement

network. Transparent communications of the network partners

helfen dabei, frühzeitig geeignete Maßnahmen zu identifizie-

will provide the foundation for the perfect alignment of

ren.

manufacturing technologies and future product requirements. Several technology management techniques will be used early

Kontakt/Contact

on to identify suitable strategies.

Dipl.-Ing. Martin Witty Telefon/Phone +49 241 8904-428 [email protected]

49

HIGHLIGHTS

POLIEREN UND STRUKTURIEREN: DESIGNOBERFLÄCHEN IM WERKZEUGBAU POLISHING AND STRUCTURING: DESIGN SURFACES IN TOOL MAKING Ob Schalterelement oder Armaturenbrett – viele Produkte, vor

Switch components as well as switchboards and many other

allem für die Automobilindustrie, werden aus Kunststoffen

products besides – particularly in the automotive industry – are

hergestellt. Je nach späterem Anwendungsgebiet müssen sie

made from plastic materials. Depending on their ultimate

visuellen Ansprüchen genügen oder haptische und optische

application, they must be attractive in appearance or meet a

Funktionen gewährleisten. Spritzgießwerkzeuge mit ent-

specific haptic or optical purpose. Injection molding tools can

sprechenden Oberflächen dienen dazu, solche hochwertigen

produce these high-quality plastic components cost-effectively

Kunststoffbauteile kostengünstig und reproduzierbar in

and with high levels of reproducibility in large quantities – but

großen Stückzahlen zu produzieren.

to do this, they require specially designed surfaces.

Hochglänzende, frei geformte Werkzeugoberflächen

High-gloss, free-formed tool surfaces

Besonders glatte oder sogar hochglänzende Oberflächen

Specifically smooth or even glossy finishes on free-formed tool

lassen sich auf frei geformten Werkzeugoberflächen zurzeit

surfaces currently require time-consuming manual grinding

nur von erfahrenen Mitarbeitern durch zeitintensives manu-

and polishing processes – which, on top of that, can only be

elles Schleifen und Polieren erzeugen. Das Ergebnis hängt

performed by highly experienced professionals. Even then,

dabei stark von der Erfahrung des Mitarbeiters ab und ist oft

results vary – according to the skills of the person who has

nur schwer reproduzierbar. Um unabhängig von persönlichen

performed the job – and are, at any rate, not reliably repro-

Fähigkeiten reproduzierbare Polierergebnisse zu erhalten,

ducible. The Fraunhofer IPT is currently attempting to develop

arbeitet das Fraunhofer IPT zusammen mit neun weiteren

a technique that guarantees reproducible polishing results

Partnern im BMWi-geförderten Innonet-Projekt »MoldFinish«

that do not depend on individual skills, cooperating with nine

(Förderkennzeichen: IN-5570) an einer automatisierten Polier-

partners in the InnoNet project “MoldFinish” and supported

zelle, die möglichst viele verschiedene Geometrien schleifen

by the German Federal Ministry of Economics and Technology

und polieren kann.

(BMWi) (contract number: IN-5570), to design an automatic polishing cell capable of grinding and polishing a large variety

Die Basis für den automatisierten Polierprozess bildet ein

of geometries.

Knickarmroboter, in den eine axial zustellbare Polierspindel integriert ist. Neue Polierwerkzeuge, deren Oberflächen durch

The basic element of the automatic polishing process is an

eine Gummimembran eine konstante Druckverteilung auf

articulated robot with an integrated polishing spindle that is

das Werkstück ausüben, gewährleisten besonders konstante

equipped with an axial feeding mechanism. New polishing

50

Bearbeitungsbedingungen. Der Polierprozess wird über ein

tools with surfaces that apply (via a rubber membrane) a

CAD/CAM-Modul gesteuert. Dies bietet den Vorteil, dass die

constant pressure distribution on the workpiece ensure

Bahnen und Parameter analog zum Fräsen auf frei geformten

particularly steady processing conditions. The polishing process

Flächen programmiert und eingestellt werden können. Ziel

is controlled by a CAD/CAM module. This has the advantage

ist es, die einzelnen Prozessschritte, die für plane Geometrien

that the tracks and parameters can be programmed and con-

bereits bekannt sind, auf frei geformte Oberflächen zu

figured, in an analogy to the milling process, on free-formed

übertragen.

surfaces. The eventual objective is to find ways of converting the individual process steps – which are already known for flat

Komplexe Oberflächendesigns durch Laserstrukturieren

geometries – on free-formed surfaces.

Um Werkzeuge mit komplex strukturierten Oberflächen

Complex surface designs through laser structuring

schneller, kostengünstiger und reproduzierbar herzustellen, entwickelte das Fraunhofer IPT das Laserstrahlstrukturieren

In order to allow manufacturers to produce tools with

von Oberflächen. Ziel des BMWi-geförderten InnoNet-Projekts

complex structured surfaces more quickly, cost-effectively and

»QualiStruk3D« (Förderkennzeichen: IN-7519) ist es, diese

reproducibly, the Fraunhofer IPT developed the technique of

leistungsfähige Fertigungstechnologie weiter zu verbessern

surface laser structuring. The InnoNet project “QualiStruk3D”,

und so den steigenden Qualitätsanforderungen gerecht zu

supported by the German Federal Ministry of Economics and

werden. Elf Partner aus Industrie und Forschung bringen

Technology (contract number: IN-7519), aims to improve this

praktisches Wissen aus dem Fertigungsalltag ein und sichern

efficient manufacturing technology even further, adapting it

die Umsetzbarkeit der Projektergebnisse.

to ever more demanding quality requirements. Eleven partners from industry and research inform this project with their

Auf Basis der Forschungsergebnisse aus dem Vorgängerprojekt

practical manufacturing experiences and ensure the eventual

»FlexOStruk« erweitert das Fraunhofer IPT im aktuellen

implementability of the research results.

Projekt das Prozesswissen über die Potenziale und Grenzen unterschiedlicher Laserstrahlquellen. Außerdem optimiert das

On the basis of the previous project “FlexOStruk”, the Fraun-

Fraunhofer IPT die Datengenerierung für die Bearbeitung,

hofer IPT is using the current project to develop the process

indem die Datenmenge verringert wird. Anhand neuer

knowledge about the potential and limitations of different

Bearbeitungsstrategien lassen sich dann selbst großflächige

laser beam sources. The Fraunhofer IPT is also optimizing the

Bauteile mit hochgenauen, nahtlosen und abbildungstreuen

data generation for the processing by reducing the data

Strukturen versehen.

volume. New processing strategies will then allow the application of high-precision, seamless and accurate structures

Kontakt/Contact

even on large-surface components.

Dipl.-Ing. Kristian Arntz Telefon/Phone +49 241 8904-121 [email protected]

51

HIGHLIGHTS

ENERGIEEFFIZIENTE BELEUCHTUNG – HERAUSFORDERUNGEN FÜR DIE MIKROTECHNIK ENERGY-EFFICIENT LIGHTING – A CHALLENGE FOR MICROTECHNOLOGY Die stetige Weiterentwicklung lichtemittierender Dioden

The further development of light-emitting diodes (LEDs)

(LED) hat in den vergangenen Jahren leistungsfähige,

has led to efficient, resource-saving light sources during the

ressourcenschonende Lichtquellen hervorgebracht. Der Einsatz

last years. The use of such light sources, however, has so

solcher Lichtquellen beschränkt sich bisher jedoch auf wenige

far been restricted to only a few applications, although the

Anwendungen, obwohl die Vorzüge hinsichtlich Energieeffi-

advantages with regard to energy-efficiency and durability

zienz und Lebensdauer durchaus bekannt sind. Das Fraunhofer

are well known. Within the context of the research project

IPT entwickelt ein Verfahren und ein Maschinensystem zur

“FlexPAET”, the Fraunhofer IPT is currently developing

kostengünstigen Produktion flächiger Optiken, die in Zukunft

processes and equipment that will allow the cost-effective

zur Verbreitung der LED-Beleuchtungstechnik beitragen wird.

production of flat optics, paving the way for an even wider use of LED technology in the future.

Strukturierte, flächige Lichtleiter besitzen als Optiken für die Beleuchtungstechnik und als Hintergrundbeleuchtung für

Structured and planar light guidance systems are ideally

LCDs optimale Eigenschaften. Die optische Funktionalität stel-

suited to serve as optical components for lighting and

len dabei komplexe, dreidimensionale Mikrostrukturen sicher.

backlight technology, with complex and 3-dimensional

Die Herstellung großflächiger Bauteile, in deren Oberfläche

microstructures ensuring high levels of visual functionality.

solche Strukturen mit Abmessungen von wenigen tausendstel

The production of large-components with microstructured

Millimetern eingebracht werden, stellt die Produktionstechnik

surfaces, however, has so far posed a serious problem to the

jedoch vor bislang unlösbare Probleme. Die flexible Mikro-

industrial production process engineers. The new technique

strukturierung durch mehrschrittige Heißprägeverfahren

of flexible microstructuring with step-and-repeat hot embos-

bietet nun die Chance, die fertigungstechnischen Defizite

sing processes now appears capable of providing a solution.

der bisherigen Verfahren zu beseitigen: Im Forschungsprojekt

Within the context of the research project “FlexPAET”, the

»FlexPAET«, das von der Europäischen Union im 7. Rahmen-

Fraunhofer IPT is developing an adaptive hot embossing

programm gefördert wird, entwickelt das Fraunhofer IPT

process, integrating the technology into a process chain of

ein Verfahren zum adaptiven, mehrschrittigen Heißprägen

a cost-effective production of planar lighting optics. The

und bindet die Technologie in eine Prozesskette zur kosten-

project is funded by the European Commission through the

günstigen Herstellung flächiger Beleuchtungsoptiken ein.

7th framework programme.

52

Der Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten liegt im Aufbau

The main focus of the research project is put on the devel-

eines Maschinensystems, das die Struktur komplexer Mikro-

opment of a machine system which systematically imprints

werkzeuge gezielt in ein thermoplastisches Bauteil abprägt.

the structure of complex micro-tools into a thermoplastic

Im Gegensatz zum herkömmlichen Heißprägevorgang werden

component. In contrast to the conventional process of hot

einzelne Strukturelemente auf einer Oberfläche modular

embossing, individual structural elements are combined one-

kombiniert. Auf Flächen bis zu 1 x 2 m² lassen sich mit dem

by-one on a single surface. The machine can provide surfaces

Maschinensystem Mikrostrukturen mit einer Positioniergenau-

of up to 1 x 2 m² with imprinted microstructures, guarantee-

igkeit von 2 μm einbringen. Hinschtlich der Flexibilität und

ing a positioning accuracy of 2 μm. This creates boundless

Geschwindigkeit ergeben sich so ungekannte Möglichkeiten

opportunities for the production of visually functionalized

für die Herstellung optisch funktionalisierter Oberflächen.

surfaces in terms of flexibility and speed.

Die optische Funktion des geprägten Bauteils wird mit inte-

The optical function of the embossed component is measured

grierter Messtechnik direkt im Maschinensystem untersucht.

directly in the machine system by means of integrated met-

So lassen sich Fehler im optischen Design direkt in der

rology. Errors in the optical design can therefore be detected

Maschine feststellen. Ein Algorithmus vergleicht die optische

directly on the machine. An algorithm compares the optical

Funktion des geprägten Bauteils mit den Werten, die für die

function of the embossed component with the required

Komponente gefordert sind. Auf diese Weise identifiziert das

values. In this manner, the system identifies those positions

System die Positionen auf der Oberfläche, an denen die Struk-

on the surface where the structure has to be improved. The

turierung nachgebessert werden muss. Der Optimierungs-

optimization process will be continued until the measured

vorgang wird so lange fortgesetzt, bis die gemessenen

optical properties correspond to the required specifications.

optischen Eigenschaften den geforderten Spezifikationen entsprechen.

The process is part of a replication process chain that is suitable for mass production. Similar to the approach of CD

Das Fraunhofer IPT bindet das Verfahren in eine Prozesskette

and DVD production, form tools will be produced out of the

zur massentauglichen Replikation ein: Analog zur Vorgehens-

embossed component by means of galvanic electroforming

weise in der CD- und DVD-Produktion werden vom geprägten

processes, enabling the cost-efficient production of high

Bauteil durch galvanische Abformung Formwerkzeuge erstellt,

quality optics.

die in Massenproduktionsverfahren wie dem Spritzguss eine kostengünstige Herstellung qualitativ hochwertiger Optiken erlauben. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Christoph Baum Telefon/Phone +49 241 8904-400 [email protected]

53

HIGHLIGHTS

PROZESSKETTEN FÜR DIE OPTIKFERTIGUNG PROCESS CHAINS IN OPTICAL COMPONENTS MANUFACTURING In den vergangenen Jahren hat das Fraunhofer IPT einen

Over the past few years, the Fraunhofer IPT has made major

entscheidenden Beitrag dazu geleistet, die Fertigungstech-

contributions to significant improvements in the manufactur-

nologien für optische Komponenten deutlich zu verbessern.

ing technologies for optical components. One key condition

Ein wichtiges Kriterium für eine erfolgreiche Produktion

for the successful production of complex optical elements and

komplexer Optiken und optischer Systeme ist eine äußerst

systems is an extremely flexible process chain. The Fraunhofer

flexible Prozesskette. Das Fraunhofer IPT beherrscht heute

IPT has mastered the integrated precision replication of glass

die vollständige Herstellung von Glas- oder Kunststoffoptiken

and plastic lenses and the individual production of prototypes

durch präzise Replikation ebenso wie die Einzelanfertigung

from different materials.

von Prototypen aus unterschiedlichen Materialien. Glass lenses – An integrated process chain Glasoptik – Eine ganzheitliche Prozesskette In the past, the Fraunhofer IPT acquired substantial experience In der replikativen Fertigung hochpräziser Glasoptiken durch

in the replicative manufacturing of high-precision glass lenses

das Verfahren des Präzisionsblankpressens hat das Fraunhofer

through precision glass molding – experience it is using today

IPT in der Vergangenheit umfassende Erfahrungen sammeln

as a foundation for the development of innovative techniques.

können und führt diese Entwicklungen auch heute weiter fort.

On the basis of a FEM simulation, we start by simulating the

Auf der Grundlage einer FEM-Prozesssimulation wird zunächst

shrinking behavior of the glass and determine the desired

das Glasschrumpfungsverhalten simuliert und die Form und

shape and the geometry of the mold. In the subsequent

Geometrie des gewünschten Formwerkzeugs bestimmt.

process stage, dedicated CAD/CAM interfaces support the

Eigene CAD/CAM-Schnittstellen unterstützen im folgenden

ultraprecision grinding during the production of the optimized

Prozessschritt das Ultrapräzisionsschleifen bei der Fertigung

molds. Recent research from the field of coating technology

der optimierten Formwerkzeuge. Forschungsarbeiten aus dem

have taught us how to extend the service life of the tool and

Bereich der Beschichtungstechnik erlauben es, die Standzeit

to ensure a reliable molding process. In the final molding step,

der Werkzeuge zu verlängern und einen zuverlässigen

the exact parameters required to manufacture a precisely

Abformprozess zu gewährleisten. Im abschließenden Abform-

customized optical glass element are identified.

schritt werden zielgerichtet die exakten Pressparameter identifiziert, um eine Fertigung der Glasoptik »nach Maß« zu gewährleisten.

54

Kunststoffoptik – Präzision in hohen Stückzahlen

Plastic lenses – Precision in large quantities

Die besonderen Vorteile von Kunststoffoptiken gegenüber

Plastic optical elements are lighter than those made from

Optiken aus Glas sind ihr geringes Gewicht und die Möglich-

glass. It is also possible to produce virtually any geometry

keit, nahezu beliebige Geometrien mit optischen Freiform-

with optical free form surfaces and adjustment structures

flächen und Justagestrukturen kostengünstig durch Spritz-

cost-effectively using techniques such as injection molding

gießen oder -prägen zu fertigen. Der Preis für diese Design-

and injection compression molding. But there are drawbacks,

freiheit ist jedoch recht hoch, denn es gilt die systembedingte

too: the system-related material loss must be taken into

Materialschwindung zu berücksichtigen und zu kompensieren.

account and compensated while it is not possible, in contrast

Anders als bei Glasoptiken lässt sich dies für komplexe Frei-

to optical glass elements, to simulate this process beforehand

formoptiken nicht vorab simulieren. Die Materialschwindung

for complex freeform elements. The material loss can therefore

kann daher nur iterativ reduziert werden. Dazu wird die

be reduced in iterative steps only. For this purpose, the

Geometrie fertiger Kunststofflinsen gemessen und mit der

Fraunhofer IPT measures and compares the actual geometry

Sollgeometrie verglichen. Im zweiten Schritt entsteht ein

of finished plastic lenses with the target geometry. In a second

Formeinsatz, der exakt um diese Abweichungen korrigiert

step, a mold insert is created which has been corrected by

wurde. So lassen sich auch komplexe, dickwandige Geo-

exactly these deviations. This technique enables the produc-

metrien herstellen, die auf wenige Mikrometer genau tausend-

tion of complex, thick-walled geometries which can then be

fach repliziert werden können.

accurately (i.e. in the micrometer range) replicated thousands of times.

Mit dem Ziel, Glas- und Kunststoffoptiken replikativ mit höchster Formtreue herzustellen, hat das Fraunhofer IPT eine

Under its objective of replicating optical elements made

ideale Plattform geschaffen, auch zukünftige maschinen- und

from glass or plastics with the highest levels of accuracy, the

prozesstechnologische Entwicklungen entlang der aufgezeig-

Fraunhofer IPT has created the perfect platform for future

ten Prozessketten weiter voranzubringen. Die Replikation von

developments in machine and process technology and for

Wafer-level-Optiken aus Glas und funktionsintegrierten Frei-

future optimizations of the aforementioned process chains.

formoptiken aus Kunststoff bilden dabei nur zwei Eckpfeiler

The replication of wafer-level optical components made from

der laufenden Entwicklungen.

glass and of functionally integrated free-form plastic components are only two pillars of the ongoing developments.

Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Martin Hünten Telefon/Phone +49 241 8904-497 [email protected] Dipl.-Phys. Christian Buß Telefon/Phone +49 241 8904-166 [email protected]

55

HIGHLIGHTS

INNOVATIVE PROZESSKETTENOPTIMIERUNG IN DER METALLHERSTELLUNG INNOVATIVE OPTIMIZATION OF PROCESS CHAINS IN METAL MANUFACTURING Die Optimierung technischer Prozesse anhand klassischer

Common optimization tools such as the Design of Experience

Werkzeuge wie dem »Design of Experience« (DOE) und der

(DOE) and the Statistical Process Control often reach

Statistischen Prozessregelung stößt bei komplexen Systemen

their limits in complex systems. Innovative techniques,

immer öfter an ihre Grenzen. Durch den Einsatz neuer Me-

however, provide new opportunities – in cooperation with

thoden konnte das Fraunhofer IPT eine verfahrenstechnische

H. C. Starck GmbH, Fraunhofer IPT has achieved extensive

Anlage zur Metallherstellung bei der H. C. Starck GmbH

improvements on a machine for metal production.

deutlich verbessern. H. C. Starck produces a wide range of refractory metals, ceraDie H. C. Starck Gruppe stellt an verschiedenen Stand-

mic dry chemicals as well as conductive polymers at different

orten ein breites Produktsortiment an Refraktärmetallen,

operating sites. H. C. Starck continuously invests into the

keramischen Pulvern und elektrisch leitfähigen Polymeren

optimization and improvement of its operations and systems

her. Um seine Wettbewerbsfähigkeit auch langfristig zu

in order to remain competitive. This means that even the most

sichern, investiert H. C. Starck laufend in die Optimierung

highly skilled and experienced employees are engaged in a

und Weiterentwicklung seiner Verfahren und Anlagen. Zwar

process of lifelong learning. In many production facilities, the

verfügen die verantwortlichen Mitarbeiter über langjährige

large number of input and disturbance variables and the huge

verfahrenstechnische Erfahrung, doch die Praxis birgt immer

amounts of data generated by the metrological recording of

wieder neue Herausforderungen: Die hohe Zahl an Eingangs-

a process simply overwhelm conventional optimization tools

und Störgrößen und das ernorme Datenaufkommen bei

such as the DOE.

der messtechnischen Erfassung des Prozessverlaufs führen bei vielen Produktionsanlagen oft zum Scheitern klassischer

With their joint project, the Fraunhofer IPT and H. C. Starck

Optimierungsansätze wie DOE.

set out to reach so far unachievable levels of equipment availability and product quality by using a new approach to

Ziel des gemeinsamen Projekts von Fraunhofer IPT und

improve an extraordinarily challenging system. Applying the

H. C. Starck war es, am Beispiel einer besonders heraus-

new method of Innovative Process Chain Optimization (IPO),

fordernden Anlage mit einem neuen Optimierungsansatz

the objective was to identify critical weaknesses of the

die Anlagenverfügbarkeit und Produktqualität deutlich zu

machine and to develop adequate solutions of eliminating

verbessern. Anhand der Methode der Innovativen Prozess-

them.

56

kettenoptimierung (IPO) sollte ein gemeinsames Projektteam

The IPO technique is based on the well-known DMAIC-cycle.

die entscheidenden Schwachstellen der Anlage systematisch

IPO’s major advantage is an interdisciplinary tool kit, in which

ermitteln und durch geeignete Lösungen beheben.

conventional and novel methods of analyzing processes are integrated. These methods include the tools of the “Value

Die Grundlage der IPO-Systematik bildet ein Vorgehens-

Stream Mapping-method”, the “Theory of Inventor's Problem

modell, das auf dem bekannten DMAIC-Zyklus basiert. Ein

Solving (TRIZ)” and the “Theory of Constraints (TOC)”.

interdisziplinärer Werkzeugkasten, in dem konventionelle und neue Methoden der Prozessanalyse und -optimierung

The project enabled the H. C. Starck employees to indepen-

integriert sind, unterstützt den Anwender beim Einsatz der

dently apply IPO. Important weaknesses of the machine

Methodik. Zur Anwendung kommen vor allem die Werkzeuge

and essential causal relations were identified, sharpening

der »Wertstrommethode«, der »Theorie des erfinderischen

the understanding of the machine’s functionality. Through

Problemlösens« (TRIZ) und der »Theory of Constraints« (TOC).

the help of TRIZ’s tools, 13 novel solutions for the technical optimization of the system were discovered, one of which is

Die Ergebnisse des gemeinsamen Projekts befähigten die

considered for patent application.

Mitarbeiter von H. C. Starck dazu, die Systematik selbstständig anzuwenden und die wichtigen Schwachstellen der Anlage zu ermitteln. Indem die Mitarbeiter selbst die wichtigsten Ursache-Wirkungs-Beziehungen ausarbeiten konnten, erlangten sie ein umfassenderes Verständnis von der Funktionsweise der Anlage. Mit den eingesetzten TRIZ-Werkzeugen erarbeiteten sie zusammen mit dem Fraunhofer IPT 13 neue Lösungen für die technische Optimerung der Anlage. Eine der Lösungsideen wird nun voraussichtlich zum Patent angemeldet. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Simon Frischemeier M. Eng. Telefon/Phone +49 241 8904-416 [email protected]

57

HIGHLIGHTS

INTEGRATIVE PRODUKTIONSTECHNIK FÜR HOCHLOHNLÄNDER INTEGRATIVE PRODUCTION TECHNOLOGY FOR HIGH WAGE COUNTRIES Ziel des Exzellenzclusters »Integrative Produktionstechnik für

The main objective of the Cluster of Excellence “Integrative

Hochlohnländer« ist es, aus der Produktionstechnik heraus

Production Technology for High Wage Countries”, funded

Beiträge zum Erhalt arbeitsmarktrelevanter Produktion

by the German Research Foundation, is to find ways of opti-

in Hochlohnländern zu leisten. In vier der 18 Teilprojekte

mizing production engineering processes to the point where

entwickelt das Fraunhofer IPT gemeinsam mit 19 Professoren

production in high-wage countries remains a commercially

werkstoff- und produktionstechnischer Lehrstühle sowie

viable option. In four of the 18 sub-projects, the Fraunhofer

mehreren An-Instituten der RWTH Aachen zukunftsrelevante

IPT develops future production technologies together with

Fertigungstechnologien. Der Exzellenzcluster wird gefördert

19 professors of material and production engineering of the

von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

RWTH and several other institutes.

Technologiereife

Hybride Produkte

5

DualphasenStähle

4 Mikro- / nano nanostrukturierte ostrukturie ert r e Oberflächen Oberf r lä ächen Nanokristalline Composite-Beschichtungen Com mposite-B Beschichttungen Leiterb bahnen auf auf Kunststoff Kunsttstoff f Leiterbahnen faserv faserverstärkte r erstärk kte Guss Gussbauteile sbauteille Ve Verbunddruckguss erbundd druckgu uss

3

Kombinierte Prozessschritte

„ In-Situ-Wärmebehandlung

„ (Dünn-)bandgießen

2

„ Bake-Hardening hybride Bleche

1

„ kombinierter Spritz- / Druckguss Technologiereife

Werkzeugmaschinenintegrierte Bearbeitungsroboter Inkrementelle Blechumformung mit Streckziehen hybride hyb bride Bear Bearbeitungszentren rbeitungsze entren

Hybride Maschinen

1.

Grundlagenforschung

2.

Konzeptentwicklung

3.

Prototypenstadium

„ Schleifhärten

Technologiereife

4.

Serienerprobung

5.

Serienreife

„ laserunterstützte Blechumformung „ laserunter- „ laserunterstütztes Tapelegen „ Wasserstrahlgeführtes Laserstrahlschneiden stütztes Fräsen „ Laser-Metall-Schutzgasschweißen „ laserunterstütztes Drehen „ High-Speed-PVD Kombinierte „ Cobapress Wirkprinzipien „ Thixoverfahren „ Ultraschall-unterstütztes Zerspanen „ Squeeze-Casting Technologiereife

58

Technologiereife

„ Presshärten

Technology readiness

Hybrid products

5

Dual Phase Steel

„ Press hardening

4 Mikro- / nano-structured surfaces Nano cristalline composite coatings conductive paths on plastics Fibre-reinforced casted parts Comp Composite posite die diie casting castin ng

3

Technology readiness Combined process steps

„ In-situ heat treatment „ Grind hardening „ Thin strip casting

2

Basic research Concept development

3.

Prototype

4.

Qualification for production

5.

Ready for production

„ Bake-Hardening Hybrid sheets

1

„Metal-plastic die casting

Technology readiness

Technology readiness

„ Laser assisted sheet forming

Machine tool integrated machining robot Incremental sheet forming combined with stretch-forming

Hybrid machines

1. 2.

Hybrid machine tools

„Laser assisted tape placement „ Water-jet controlled laser cutting „ Laser-metal gas-shielded welding „ Laser assisted turning „ High-speed-PVD Combined „ Cobapress principles „ Thixo-production „ Ultrasonic assisted Cutting „ Squeeze-Casting „ Ultrasonic assisted milling

Technology readiness

Für die vier Forschungsfelder des Exzellenzclusters – die

Within the sub-project “Technology Roadmapping“, roadmaps

individualisierte, die virtuelle, die hybride und die selbstopti-

are created for the four main fields of research of the Cluster

mierende Produktion – erarbeiten die Partner im Teilprojekt

of Excellence, namely the individualized, virtual, hybrid

»Technologie-Roadmapping« Roadmaps und Radare. Es gilt,

and self-optimizing forms of production. Internal as well

sowohl clusterinterne als auch -externe Technologien aufzu-

as external technological developments are identified and

zeigen und in zeitlich logische Sequenzen zu überführen, um

aligned according to development milestones to increase the

Transparenz über zukünftige technologische Entwicklungen zu

transparency of the development process. Furthermore, future

schaffen. Aus den erwarteten technologischen Entwicklungen

research tasks can be derived from the roadmap to place

lassen sich Forschungsaufgaben ableiten, die eine strategische

the cluster’s research focus on relevant topics of production

Ausrichtung des Exzellenzclusters auf relevante Fragen der

technology.

Produktionstechnik sicherstellen. One example for first results of the Cluster of Excellence is a Ein Beispiel für erste Ergebnisse des Exzellenzclusters bietet

“technology radar” for hybrid production technologies: Each

der Technologie-Radar für die hybride Produktionstechnik: Vier

of the radar’s four sectors represents a different approach

Sektoren des Radars repräsentieren unterschiedliche Ansätze

to the hybridization of products or production technologies.

der Hybridisierung von Produkten und Fertigungsverfahren.

The radar shows how far the individual hybrid technologies

Die hybriden Technologien lassen sich im Radar entsprechend

have progressed from the basic research stage to the point

ihrer Technologiereife einordnen – am Anfang steht die

where they are ready for production. Brief descriptions of all

Grundlagenforschung, am Ende die Serienreife der Techno-

technologies provide more detailed technological, economical

logie. Die einzelnen Technologien werden in Steckbriefen

and research-related information.

hinsichtlich technologischer, wirtschaftlicher und forschungsseitiger Aspekte detailliert beschrieben. 59

HIGHLIGHTS

Ziel des Teilprojekts »Virtuelle Produktionssysteme« ist ein

The sub-project “Virtual Production Systems“ aims to reduce

verringerter zeitlicher Aufwand zum Einfahren neuer Fräs-

the time-consuming effort required to implement new milling

prozesse für komplexe Bauteile. Dazu dient der Aufbau einer

processes, particularly for complex workpieces. This project is

integrierten Kette aus spezialisierten Systemen, die die Pro-

designed to provide a CAx framework which will drastically

zessplanungszeiten drastisch senken kann. Die Kopplung der

shorten process planning times. This provides a platform for

zu entwickelnden Modelle erfolgt über ein CAx-Framework.

the integrated simulation of tool making and production

Dies bildet eine Plattform für die ganzheitliche Simulation

processes which takes into account all NC planning functions.

von Werkzeugmaschinen- und Fertigungsprozessen, die alle NC-Planungsfunktionalitäten einbezieht.

The process modelling provides the basis for an evaluation of the cutting conditions. The objective is to use these data

Anhand der Prozessmodellierung lässt sich eine Kraft-

as an input for a subsequent force prediction for complex

vorhersage für komplexe, mehrachsige Prozesse treffen,

and multi-axis milling processes which takes into account

die die Bewegungsführung, die Aufmaßsituation sowie

the motion guidance, the current distribution of the residual

den Maschinen- und Steuerungseinfluss berücksichtigt. Die

material and the machine as well as the NC influence. The

wissenschaftliche Herausforderung besteht darin, geeignete

scientists must now develop efficient coupling mechanisms for

Modellierungsansätze zur Berechnung der Eingriffssituation

the virtual machine tool as well as reliable algorithms for an

zu erstellen, die eine hohe Vorhersagequalität in vertretbarer

interpretation of the simulation that generates practical and

Rechenzeit bieten.

reliable results within a reasonable period of time. Moreover, the applied simulation systems must be enhanced.

Mit dem »Cognitive Tolerance Matching« (CTM) entwickelt das Fraunhofer IPT gemeinsam mit dem Werkzeugmaschi-

Together with the Laboratory for Machine Tools and

nenlabor WZL der RWTH Aachen und der BMW Group

Production Engineering WZL of the RWTH Aachen University

einen Ansatz, um Produktionsprozesse anhand kognitiver

and the BMW Group, the Fraunhofer IPT is developing the

Technologien zu optimieren. Im Mittelpunkt stehen komplexe

method of “Cognitive Tolerance Matching (CTM)” in order to

Prozesse mit einer sehr hohen Anzahl innerer Abhängigkeiten,

optimize existing production processes by means of cognitive

bei denen klassische Methoden zur Prozessoptimierung an

technologies. The project focuses on complex processes with a

ihre Grenzen stoßen. Den Kern des CTM bildet eine kognitive

high number of inherent dependencies. Classical methods of

Softwarearchitektur, mit der sich Ursache-Wirkungs-Zusam-

process optimization are generally not suitable for these kinds

menhänge in Prozessketten modellieren lassen. Auf Basis

of processes. A cognitive software architecture at the heart

solcher Modelle gelingt es dann, schnelle Entscheidungen zur

of CTM models cause-and-effect chains and reaches quick

Produktionsoptimierung zu fällen.

decisions of how to optimize the processes on the basis of these generated models.

Die Entwicklung erfolgt momentan für die Hinterachsgetriebeproduktion der BMW Group. Die Softwarearchitektur ist

The development is conducted with the rear axle drive

modular aufgebaut, damit sie später an beliebige Produktions-

production unit of the BMW Group. The software architecture

prozesse angepasst werden kann.

has a modular structure which will allow its easy adaptation to a wide range of different production processes.

60

Im Projekt »Flexible Montagesysteme für die selbstopti-

The project ”Flexible Assembly Systems for self-optimizing

mierende Produktion« entwickelt das Fraunhofer IPT eine

Production“ aims to develop a robot-based assembly system

roboterbasierte Anlage zur vollautomatisierten Montage von

for the fully automated assembly of marking lasers. This

Beschriftungslasern. Mit dieser Anlage werden grundlegende

assembly system serves to explore basic approaches of how

Ansätze selbstoptimierender Prozesse untersucht, die flexibel

to design processes of self-optimization which require flexible

einsetzbare sensorische Komponenten und Werkzeuge

sensors and tools. The main objective is to optimize the

erfordern. Ziel ist es, ein optimiertes Vorgehen ohne manuelle

execution of complex assembly tasks without any need for

Eingriffe umzusetzen. Drei kooperierende Roboter mit aus-

manual work. Three robots with exchangeable tools will be

tauschbaren Werkzeugen dienen bei der Montage sowohl zur

applied to realize the assembly processes, i.e. component

Bauteilhandhabung und zum Führen der Fügetechnik als auch

handling, joining, alignment as well as measurement and

zum bedarfsgerechten Einsatz passender Sensorik.

inspection.

Für die Handhabung und Ausrichtung der (mikro-)optischen

In the course of the project, Fraunhofer IPT has developed

Komponenten hat das Fraunhofer IPT Lösungen entwickelt,

solutions for a highly precise handling and alignment of

die konventionelle Industrieroboter für hochpräzise Positio-

optical components, qualifying conventional industrial robots

nier- und Justageaufgaben qualifizieren. Durch modulare

for precision assembly tasks. Such solutions are based on

Montageköpfe, die für die mobile Vorpositionierung durch

alignment units which can be carried and prepositioned by

einen Roboter geeignet sind und die die Feinjustage der

industrial robots and which carry out the alignment of optical

Komponenten übernehmen, erreicht das Montagesystem eine

components in six axes with sub-micron resolution.

deutlich höhere Flexibilität. Kontakt/Contact Dr.-Ing. Thomas Bergs Telefon/Phone +49 241 8904-105 [email protected]

61

THEMEN TOPICS

64

66

68

70

72

Simulation zur Prozess- und Werkzeugauslegung

80

Laseroberflächenbehandlung für den Verschleiß-

des Präzisionsblankpressens

schutz im Werkzeugbau

Simulation Strategies for Optimized Process and

Laser Surface Treatment for Wear-Resistance in

Mold Design in Precision Glass Molding

Tool and Die Making

Steel4Optics – Direkte Diamantzerspanung

82

Entwicklung von CAM-Modulen für optimierte

von gehärtetem Stahl

Fräsprozesse

Steel4Optics – Direct Diamond Turning of

Development of CAM Modules for Optimized

Hardened Steel

Milling Processes

HardPolish – Kombiniertes Hartdrehen und

84

Durchgängige CAx-Prozesskette zur Bauteil-

Polieren von Hartmetall

reparatur

HardPolish – Combined Hard Turning and

Integrated CAx Process Chain for Repair of

polishing of Cemented Carbide

Components

KBAMM – Knowledge-Based Adaptive

86

Flexibles Laserunterstütztes Stanzen

Micro Milling

verschiedener Schnittkonturen

KBAMM – Knowledge-Based Adaptive Micro

Flexible Laser-assisted Punching of Different

Milling

Cutting Geometries

Vorrichtung zum Schrumpfspannen rotations-

88

SonicFinish – Ultraschallunterstütztes

symmetrischer Werkstücke

Superfinishing

Clamping Rotationally Symmetric Workpieces

SonicFinish – Ultrasonic-assisted Superfinishing

Through the Effects of Thermal Shrinkage 90 74

76

78

62

Grundlagenprüfstand zur Analyse von

Pro-La-Sys – Integrierte intelligente Lasersystemtechnik

Fräsprozessen

Pro-La-Sys – Integrated Intelligent Laser Systems

Test Bench for the Analysis of Milling Processes

Technology

Generative Fertigung von Bauteilen und

92

ERANET-OPTICALSTRUCT – Mikrostrukturierung

Werkzeugen aus Hartmetall

von Freiformflächen

Additive Manufacturing of Hard Metal

ERANET-OPTICALSTRUCT – Microstructuring of

Components and Tools

Freeform Surfaces

Tribologische Oberflächenfunktionalisierung

94

Replikation von Freiformflächenoptiken durch

durch Laserfinishing

Kunststoffspritzguss

Functionalization of Tribological Surfaces

Replication of Freeform Optics by Plastic Injection

Through Laser-Finishing

Molding

96

Miniaturisierte Sonden für die optische

112

Messtechnik

Benchmarking: Lernen von den Besten Benchmarking: Learning from the Best

Miniature Probes for Optical Measurement Instruments

114

Technologiemanagement bei der Loewe AG Loewe AG Technology Management

98

Adaptive Optikfertigung mit maschinenintegrierter Messtechnik

116

Erfolg bei der Diversifikation:

Machine-Integrated Metrology for the

Auf Kernkompetenzen aufbauen

Adaptive Production of Optical Components

Success in Diversification: Building on Core Competences

100

Software für die Optikprüfung Inspection Software for Optical Components

118

Innovationspotenziale der Lieferanten nutzen How Companies Foster the Innovation Capability

102

Robuste Algorithmen für die produktionsnahe

of their Suppliers

interferometrische Optikprüfung Robust Algorithms for Interferometric

120

Inspection of Optical Components 104

Zusammenarbeit in standortübergreifenden

Globale Optimierung der Materialkosten Global Optimization of Material Costs

122

Fraunhofer CMI – Diagnosesystem für bakterielle

Prozessketten erfolgreich absichern

Bluterkrankungen

Successfully Ensuring Collaboration in Process

Diagnostics for Bacteremia

Chains across Locations 124 106

108

Fraunhofer CMI – Schneller Test zur Empfind-

Studie: Wie Kultur beim Wandel hilft

lichkeit von Bakterien gegenüber Antibiotika

Study: How Culture Supports Change

Rapid Antibiotic Susceptibility Testing

Solution SelfAssess – Online-Tool für den ServiceStrategie-Check Solution SelfAssess – Online Tool for the Service Strategy Check

110

Technisches Risikomanagementsystem bei der MAN Turbo AG The Technology Risk Management System of MAN Turbo AG

63

THEMEN TOPICS

SIMULATION ZUR PROZESS- UND WERKZEUGAUSLEGUNG DES PRÄZISIONSBLANKPRESSENS SIMULATION STRATEGIES FOR OPTIMIZED PROCESS AND MOLD DESIGN IN PRECISION GLASS MOLDING Das Präzisionsblankpressen ist ein leistungsfähiges Fertigungs-

Precision glass molding is an efficient manufacturing process

verfahren zur replikativen Herstellung asphärischer Glas-

for the replicative production of aspherical glass lenses.

optiken. Während des Prozesses führen unterschiedliche

During the process, the influence from many factors leads to a

Einflüsse zu einem Schrumpffehler, der in der heutigen Praxis

shrinkage error, which is currently compensated by time- and

durch zeit- und kostenintensive Iterationsschleifen kompensiert

cost-intensive practical iterations. An integrated numerical

wird. Das Fraunhofer IPT hat dafür ein integriertes numerisches

simulation tool was developed at the Fraunhofer IPT to provide

Simulationstool entwickelt, mit dem sowohl die Prozesse als

an optimized design of the process and the tool inserts them-

auch die Werkzeugformeinsätze selbst optimiert werden kön-

selves. This tool can be applied for different molding system

nen. Das Konzept lässt sich flexibel an verschiedene Anlagen

concepts via a user-friendly interface.

anpassen und bietet dem Anwender eine benutzerfreundliche Eingabemaske.

In several national and international research projects, the Fraunhofer IPT established the basic principles and application

In verschiedenen nationalen und internationalen Forschungs-

methods of an integrated, numerical simulation tool for

projekten erarbeitet das Fraunhofer IPT die Grundlagen

precision glass molding. The aim is to develop a general simu-

und Einsatzmethoden eines integrierten, numerischen

lation tool capable of reducing or even completely eliminating

Simulationstools für das Präzisionsblankpressen. Ziel ist es,

conventional time- and cost-consuming iteration cycles for the

eine vielseitig einsetzbare Software zu entwickeln, mit der

shrinkage compensation.

konventionelle, zeit- und kostenaufwändige Iterationszyklen reduziert oder gegebenenfalls sogar komplett eliminiert

In the precision glass molding process, many factors such as

werden können.

thermal expansion, residual stress relaxation and non-uniform temperature distribution significantly influence the process

Beim Präzisionsblankpressen beeinflussen während des

results during the heating, forming and cooling phases. An

Aufheizvorgangs, der Umformung und der Abkühlung

unforeseeable variation of lens geometries is the consequence.

viele Faktoren das Prozessergebnis – von der thermischen

Needing to take all these factors into account for the purpose

64

Ausdehnung über den Abbau von Eigenspannungen bis hin

of the simulation, the Fraunhofer IPT carried out fundamental

zu einer ungleichförmigen Temperaturverteilung. So entstehen

research to develop a comprehensive process model. In

nicht-absehbare Optikgeometrien. Um all diese Einflüsse in der

addition to a structural model for the viscoelastic deformation

Simulation zu berücksichtigen, erarbeitet das Fraunhofer IPT

of glass, an accurate thermal model must also be developed,

grundlegende Informationen zum Aufbau eines umfassenden

allowing to establish the non-uniform temperature distribution

Prozessmodells. Hier soll nicht nur ein Strukturmodell der

within the glass and thus the thermal stress generated. This

viskoelastischen Verformung von Glas entworfen werden.

provides the added possibility of simulating the changes of

Vielmehr gilt es auch, ein genaues thermisches Modell

optical properties.

aufzubauen, um die ungleichförmige Temperaturverteilung und die erzeugte thermische Spannung innerhalb des Glases

The required form accuracy of the molded glass optical

zu ermitteln. Auf diese Weise lassen sich auch die Änderungen

components is mostly in the sub-micron range. In order to

der optischen Eigenschaften simulieren.

generate simulation results with a similar level of accuracy, the Fraunhofer IPT is investigating the material properties of

Die geforderten Formgenauigkeiten der gepressten Glas

the optical glass. Experimental tests are carried out on the

optiken liegen im Sub-Mikrometerbereich. Um Simulations-

precision molding machine in order to systematically analyze

ergebnisse mit einer entsprechend hohen Genauigkeit zu

the forming process and to continuously improve the material

erhalten, untersucht das Fraunhofer IPT die Materialeigen-

models. The simulation tool is applied for the molding of

schaften des optischen Glases. Systematische Praxisversuche

aspherical lenses, lens arrays and lens wafer arrays. The

auf der Pressmaschine dienen dazu, den Umformprozess

simulation result has achieved an accuracy of about 1 μm.

zu analysieren und die Materialmodelle kontinuierlich zu

Based on this prediction accuracy, the cost-intensive iterations

verbessern. Das Simulationstool kommt bereits bei der

required in conventional tool finishing can be eliminated.

Abformung asphärischer Linsen, Linsenarrays und Waferarrays zum Einsatz. Das Simulationsergebnis erreicht dabei eine

New research studies will further improve the forecasts of

Genauigkeit von etwa 1 μm. Mit dieser Prognosegenauigkeit

optical property changes in molded lenses. A graphical user

lassen sich die aufwändigen Iterationsschleifen während der

interface is further developed to adapt this simulation tool

Werkzeugherstellung eliminieren.

for industrial applications, allowing also technically unskilled operators to use the software. The simulation tool can also be

Die aktuellen Forschungsarbeiten sollen nun die Vorhersage

adapted to other glass forming processes.

der optischen Eigenschaftsänderungen der gepressten Linsen noch verbessern. Außerdem wird die grafische

Kontakt/Contact

Benutzerführung weiterentwickelt, um in der industriellen Anwendung fachfremden Bedienern die Nutzung der

M. Sc. Fei Wang

Software zu erleichtern. Das Simulationstool kann zusätzlich

Telefon/Phone +49 241 8904-468

zum Präzisionsblankpressen auch an weitere Prozesse der

[email protected]

Glasumformung angepasst werden.

65

THEMEN TOPICS

STEEL4OPTICS – DIREKTE DIAMANTZERSPANUNG VON GEHÄRTETEM STAHL STEEL4OPTICS – DIRECT DIAMOND TURNING OF HARDENED STEEL Gehärteter Stahl lässt sich mit monokristallinen Diamantwerk-

Hardened steel cannot be conventionally machined with

zeugen aufgrund des hohen Verschleißes auf konventionellem

monocrystalline diamonds, due to the excessive tool wear.

Wege nicht bearbeiten. Jedoch würde gerade die Diamant-

If such a diamond-machining technology became feasible, a

zerspanung von Stahl die Herstellung einer Vielzahl effizienter

large number of highly efficient, innovative products could be

und innovativer Produkte ermöglichen. Das Fraunhofer IPT hat

created. This is why the ultrasonic-assisted diamond turning

deshalb das ultraschallunterstützte Diamantdrehen entwickelt

technology developed at the Fraunhofer IPT that enables the

und schließt damit diese technologische Lücke, indem es die

direct manufacturing of hardened steel with diamond tools is

direkte Bearbeitung von gehärtetem Stahl mit Diamantwerk-

such exciting news.

zeugen ermöglicht. The conventional ultra-precision machining process with Durch Ultrapräzisionszerspanung mit definierter Schneide

monocrystalline diamond tools enables the creation of

lassen sich komplexe, strukturierte Geometrien mit optischen

highly complex structured geometries in combination with

Oberflächengüten herstellen. Konventionelle Materialien für

optical surfaces. Conventional materials that are suitable for

die Ultrapräzisionszerspanung sind Nichteisenmetalle wie Alu-

diamond machining are nonferrous metals, plastics and a few

minium, aber auch Kunststoffe wie PMMA und einige spröd-

crystalline materials such as aluminium, PMMA and silicon.

harte Werkstoffe, etwa Silizium. Die ultraschallunterstützte

The ultrasonic-assisted process enlarges the range of suitable

Bearbeitung erweitert das Spektrum auf weitere Werkstoffe,

materials significantly – to the point where it includes even

wie beispielsweise Stahl.

steel.

Die Affinität des Diamantkohlenstoffs zum Eisen führt jedoch

The main cause for the high tool wear during the conventional

bei der konventionellen Drehbearbeitung hochlegierter Stähle

diamond machining process of steel is the affinity of the

mit Diamantwerkzeugen zu einem hohen Werkzeugverschleiß.

carbon to the iron in the steel. This means that the high

Bereits nach einem Drehweg von wenigen Metern – üblich

levels of consistency, accuracy and surface quality required in

sind mehrere Kilometer – ist die Schneidkante vollständig

ultra-precision machining can no longer be met. If, however,

verschlissen. Die geforderten Bauteilgenauigkeiten und

the tool is set into a axial oscillation in its cutting direction, the

Oberflächengüten lassen sich auf diese Weise nicht mehr

resulting, intermittent high-frequency contact between tool

einhalten. Wird das Werkzeug jedoch in eine einachsige

and machined part causes a significant reduction of the tool wear.

66

Schwingung in Schnittrichtung vesetzt, führt der intermittierte

The Fraunhofer internal research project “Steel4Optics” is

Kontakt zwischen Diamant und Werkstück zu einem deutlich

currently developing a unique ultrasonic system for diamond

reduzierten Verschleiß.

turning with an oscillation frequency of 80 kHz and applying this system in actual production. The system is capable of

Innerhalb des Fraunhofer-internen Projekts zur »Mittel-

achieving surface roughness levels of 5 nm Ra and form

standsorientierten Eigenforschung« (MEF) mit dem Namen

accuracies below 300 nm P-V on aspherical shapes. The tool

»Steel4Optics« entwickelt das Fraunhofer IPT ein weltweit

life time is increased at least by a factor of 100 compared to

einzigartiges Ultraschallsystem mit 80 kHz zur Diamantdreh-

the conventional process.

bearbeitung und setzt es zur Bauteilfertigung ein. Die erreichbaren Oberflächengüten liegen im Bereich von 5 nm Ra

This technology enables the manufacturing of aspherical,

und die Formgenauigkeiten unterhalb von 300 nm P-V bei

concave and convex molds for injection molding from harden-

apshärischen Geometrien. Die Werkzeugstandzeit verbessert

ed steel. These optical molds meet the highest standards of

sich gegenüber der klassischen Bearbeitung mindestens um

accuracy, have far longer live times, higher levels of scratch

den Faktor 100.

resistance and are, in contrast to conventionally nickel plated steel molds, in no danger of delamination. Production times

Diese Technologie erlaubt die Fertigung asphärischer, konkaver

of the molds are reduced from several weeks to only a few

und konvexer Formwerkzeuge für den Kunststoffspritzguss

days, and the molds can be easily repaired to restore them to

aus gehärtetem Stahl. Diese optischen Formwerkzeuge mit

their original state. Fraunhofer IPT offers this technology of

höchsten Genauigkeiten bieten gegenüber den konventionell

creating components with various geometries as a service to

verwendeten, nickelbeschichteten Einsätzen eine Verviel-

its customers.

fachung der Standzeit, höhere Kratzbeständigkeit und keine Gefahr der Schichtablösung. Zudem verkürzt sich die Herstellungszeit der Werkzeuge deutlich – von einigen Wochen auf einige Tage. Die Werkzeuge können mit geringem Aufwand repariert und in den Ausgangszustand zurückversetzt werden. Das Fraunhofer IPT bietet diese Technologie zur Fertigung von Bauteilen unterschiedlicher Geometrien als Dienstleistung an. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Benjamin Bulla Telefon/Phone +49 241 8904-122 [email protected]

67

THEMEN TOPICS

HARDPOLISH – KOMBINIERTES HARTDREHEN UND POLIEREN VON HARTMETALL HARDPOLISH – COMBINED HARD TURNING AND POLISHING OF CEMENTED CARBIDE Hochpräzise Umformwerkzeuge aus Hartmetall unterliegen

High-precision forming tools made of cemented carbide are

höchsten Anforderungen hinsichtlich Form und Maß.

subject to stringent requirements of shape and dimension.

Ihre Standzeiten und damit der Verschleiß, beispielsweise

Service lives and levels of wear, for example from fretting on

Reibverschleiß an Ziehkanten, bestimmen sich in starkem

sharp edges, are largely determined by their levels of surface

Maße durch die Oberflächenrauheit. Zwar kann das

roughness. While hard turning enables the manufacturing

Hartdrehen die geometrischen Anforderungen erfüllen, doch

of such parts within the desired dimensional tolerances, the

die geforderten Rauheitswerte lassen sich fast ausschließlich

required roughness values are only attainable by means of

durch abschließendes manuelles Polieren an einer weiteren

a subsequent manual polishing process. Due to errors that

Arbeitsstation erzielen. Umspannfehler und der Einfluss des

may occur in the course of unclamping and reclamping the

Werkers beim manuellen Polieren führen jedoch dazu, dass

workpieces during the conversion of the work station and

sich das Bearbeitungsergebnis nur bedingt reproduzieren lässt.

particularly due to human errors committed during the manual

Für produzierende Unternehmen wird es daher lukrativ, die

polishing, reproducibility levels are low. This explains why there

Polierbearbeitung zu automatisieren.

will be good reasons for production companies to automate the polishing process.

Im BMWi-geförderten dreijährigen InnoNet Projekt »HardPolish – Entwicklung eines kombinierten Hartdreh- und

In the course of the three-year long InnoNet project

Polierprozesses« (Förderkennzeichen: IN-6048) entwickelt

“HardPolish – Development of a combined hard turning and

das Fraunhofer IPT gemeinsam mit einem Konsortium von elf

polishing process“ (contract number: IN-6048), funded by

Partnern ein hybrides Fertigungsverfahren aus Hartdrehen und

the German Ferderal Ministry of Economics and Technology

Polieren. Ziel ist die automatisierte Bearbeitung hochpräziser

(BMWi), a consortium of eleven partners is developing a

rotationssymmetrischer Umformwerkzeuge in derselben

hybrid production technique for the automated manufacturing

Maschine. Das Fraunhofer IPT ist hier verantwortlich für die

of high-precision rotation-symmetric forming tools by means

prozesstechnologische Auslegung und Abstimmung der

of hard turning and polishing in a single lathe. The Fraunhofer

beiden Fertigungstechnologien sowie für die Qualifizierung

IPT is responsible for the process technology layout and the

des Fertigungssystems.

adjustment of both production technologies as well as for the qualification of the production system.

Die Kombination der beiden Fertigungsverfahren des Hartdrehens und Polierens in einer Maschine erlaubt die Komplett-

With the combination of both production technologies (hard

bearbeitung in einer Aufspannung. Dies verkürzt nicht nur die

turning and polishing) in one lathe, it becomes possible to

68

Nebenzeiten, sondern vermeidet auch Umspannfehler beim

complete the entire production process in a single setting,

Wechsel der Arbeitsstationen. Für einen vollautomatisierten

reducing idle times as well as the number of errors committed

Fertigungsablauf entwickeln die Projektpartner sowohl eine

in the course of unclamping and reclamping the parts for

Poliereinheit als auch Systeme zur Messung von Form und

changing the work stations. In addition to the polishing

Rauheit und integrieren beide eine konventionelle Hartdreh-

device, measuring systems for form and roughness are also

maschine. Anhand der Ergebnisse der Formmessung lässt sich

developed and integrated into the lathe, enabling the creation

der Werkzeugverschleiß automatisch kompensieren. Die Mess-

of a fully automatic production process. On the basis of

daten der Oberflächenrauheit dienen dazu, die automatisierte

the form measuring results, the degree of tool wear can be

Polierbearbeitung zeitlich und hinsichtlich des gewünschten

automatically compensated, while the results from measuring

Bearbeitungsergebnisses zu optimieren. Die Integration einer

the surface roughness levels serve as a foundation for the

hochgenau einstellbaren Y-Achse in die Hartdrehmaschine

optimization of the desired qualities and the processing time

verkürzt die Rüstzeiten zum Einrichten der Werkzeuge spürbar.

of the automatic polishing. By means of the integration of a

Die Integration der zusätzlich entwickelten Komponenten in

high-precision Y-axis into the lathe, the set-up times of the

die Maschine wurde Ende 2009 abgeschlossen. Es folgen nun

tools can be drastically reduced. At the end of 2009, the

weitere Projektarbeiten zur Qualifizierung und Verifizierung

integration of all additional components into the lathe was

des Fertigungssystems.

finished. The subsequent work will serve to qualify and verify the production system.

Das »HardPolish«-System zeichnet sich vor allem durch seinen Automatisierungsgrad von nahezu 100 Prozent aus. »Hard-

With its automation level of nearly 100 %, the “HardPolish“

Polish« erlaubt erstmals weltweit eine schnelle, automatisierte,

system is the first system of its kind anywhere in the world

ausschussfreie und reproduzierbare Vor- und Endbearbeitung

that allows a fast and automated, reject-free and reproducible

hochpräziser, rotationssymmetrischer Massivumformwerk-

pre- and finish-machining of high-precision, rotation-symmet-

zeuge.

rical forming tools.

Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Jens Helbig Telefon/Phone +49 241 8904-136 [email protected]

69

THEMEN TOPICS

KBAMM – KNOWLEDGE-BASED ADAPTIVE MICRO MILLING KBAMM – KNOWLEDGE-BASED ADAPTIVE MICRO MILLING Das Mikrofräsen ist eines der wichtigsten Fertigungsverfahren

Micro-milling is one of the key techniques for the production

zur Herstellung hochpräziser Formeinsätze für Anwendungen

of high-precision mold inserts in applications such as

wie den Kunststoffspritzguss. Die Gesamtkosten für die hoch-

injection molding. In order to calculate the overall costs of

wertigen Mikrofräswerkzeuge ergeben sich aus den Faktoren

the micro-milling equipment, three factors must be taken

Beschaffungspreis, Standzeit und laufende Betriebskosten. Im

into consideration: purchase price, service life and operating

Projekt »KBAMM« verbessert das Fraunhofer IPT die Prozess-

costs. The “KBAMM” project of the Fraunhofer IPT has been

stabilität beim Mikrofräsen und verkürzt die Prozesszeiten,

designed to improve the process stability of micro-milling and

um damit die Kosten für Werkzeuge und Prozessführung zu

to shorten the processing times, cutting equipment costs and

senken.

process management costs.

Bei der spanenden Fertigung ist es wichtig, die Prozesspara-

It is always important in machining to keep the process pa-

meter innerhalb enger Grenzen einzuhalten. Gerade beim

rameters within a narrow band of permissible variations. The

Mikrofräsen gilt es, kleine Parameterfenster zu treffen, um

parameter windows in micro-milling are particularly small and

kostengünstig und prozesssicher fertigen zu können. Denn

make it all the more difficult to operate accurately and cost-

Mikrofräswerkzeuge zeigen sich aufgrund ihrer geringen

effectively. Due to their small diameters, micro-milling tools

Durchmesser besonders empfindlich gegenüber Prozess-

are specifically sensitive and susceptible to process variations

schwankungen, die aus Parameterabweichungen resultieren.

that result from parameter deviations. In practice this means

Diese Anfälligkeit bewirkt, dass Werkzeuge, die zu stark

that tools which are frequently subjected to process variations

beansprucht werden, nicht erst verschleißen, sondern viel

will rather break immediately than wear out more quickly over

häufiger direkt brechen. Eine weitere Fehlerquelle für Mikro-

a longer period of time. A further potential source of errors for

prozesse ergibt sich aus 3D-Modellen mit Flächendefekten,

micro-processes are surface defects in 3D models, for example

etwa mit Sprüngen, die durch die CAD/CAM-Prozesskette in

fissures, which are transferred into the NC program via the

das NC-Programm überführt werden. Die Folge sind Prozess-

CAD/CAM process chain. This results in discontinuities in the

unstetigkeiten und Konturabweichungen.

process and high levels of contour variation would inevitably follow.

Im Projekt »KBAMM«, gefördert durch die VDI/VDE Innovation + Technik GmbH (VDI/VDE-IT) (Förderkennzeichen: IN-7041),

In the “KBAMM” project supported by the VDI/VDE-IT GmbH,

entwickelt das Fraunhofer IPT mit Unterstützung von Projekt-

a society of the Association of German Engineers and the As-

partnern Lösungen, um die Prozessstabilität und Produktivität

sociation for Electrical, Electronic & Information Technologies

70

für den Mikrofräsbearbeitungsprozess von Werkzeugstählen

(contract number: IN-7041) the Fraunhofer IPT and several

zu verbessern. Übergeordnetes Ziel ist ein Software-Modul,

project partners develop solutions to improve the process

das geglättete Werkzeugbahnen mit vorschubangepassten

stability and productivity of micro-milling processes for tools

Prozessstrategien generiert oder auch bestehende NC-

steels. A further objective is to develop a software module

Programme optimiert. Dieses CAM-Modul bedient sich der

capable of generating smooth tool paths with feed-adapted

Analyse- und Optimierungssoftware »NCProfiler«, um kritische

process strategies, possibly even of optimizing existing NC

Prozessbereiche innerhalb der Werkzeugbahnen zu identifi-

programs. This CAM module will use the analytical optimiza-

zieren und zu beseitigen. Anschließend werden optimierte

tion software “NCProfiler” to identify and eliminate critical

NC-Programme erstellt, die die jeweiligen Randbedingungen

process areas on the tool paths. Subsequently, optimized NC

der Maschine genau berücksichtigen.

programs will be created which take into account the specific marginal conditions of each machine.

Der optimierte NC-Code enthält darüber hinaus eine lokal vorschubangepasste Drehzahl der Werkzeugspindel, die

The optimized NC code furthermore features a locally feed-

den »Vorschub pro Zahn« konstant hält – denn dies gilt als

adapted rotational speed of the tool spindle which steadies

wichtiges Kriterium für die Prozessstabilität. Indem die Spindel-

the “feed rate per tooth”– because such a constant rate is a

drehzahl genau an den Vorschub angepasst wird, kann die

key condition for adequate process stability. By adjusting the

Maschine den maximal zulässigen Vorschub voll ausnutzen.

rotational speed of the spindle to the feed rate, the machine

Dabei sinken gleichzeitig die Gefahr des Werkzeugbruchs und

can steadily work at maximum capacity, reducing the tool

die Bearbeitungszeit.

breakage risks as well as the processing times.

Aktuelle Forschungsarbeiten untersuchen den Einfluss der

Current research projects are exploring the impact of a

Drehzahländerung während des Prozesses auf die Paarung

change in rotational speed on the interactions between tool

Werkzeug und Werkstück. So lassen sich negative Auswirkun-

and workpiece. This will serve to anticipate and counter any

gen von Seiten der Spindel ausschließen und Beschleunigungs-

possible adverse effects that the spindle might have. It will

grenzen definieren. Parallel dazu entwickelt und implementiert

also make it possible to identify the limits of the acceleration

das Fraunhofer IPT die erforderliche Algorithmik für optimierte

process. At the same time, the Fraunhofer IPT is developing

5-Achs-Bahnen.

and implementing the algorithms required for optimized 5-axis paths.

Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Benedikt Gellißen Telefon/Phone +49 241 8904-256 [email protected] Monika Mallok M.A. Telefon/Phone +49 241 8904-409 [email protected]

71

THEMEN TOPICS

VORRICHTUNG ZUM SCHRUMPFSPANNEN ROTATIONSSYMMETRISCHER WERKSTÜCKE CLAMPING ROTATIONALLY SYMMETRIC WORKPIECES THROUGH THE EFFECTS OF THERMAL SHRINKAGE Das Fraunhofer IPT hat in Kooperation mit der MTU Aero

In cooperation with MTU Aero Engines GmbH, the Fraunhofer

Engines GmbH ein Spannsystem auf Basis thermischen

IPT has developed a clamping system which is based on the

Schrumpfens entwickelt, das flache Werkstücke mit großem

principle of thermal shrinkage and which is capable of fixing

Durchmesser in wenigen Sekunden mit einer Rundlauftoleranz

flat, large-diameter workpieces within seconds at concentricity

von 0,01 mm einspannen kann. Dazu wird die Vorrichtung

tolerance levels of 0.01 mm. Under this technique, the

zunächst induktiv erwärmt, dann das Werkstück genau

clamping device is inductively heated before the workpiece

positioniert, durch das Abkühlen gespannt und später induktiv

is positioned – the clamping effect is obtained through

wieder gelöst. Die thermische Belastung des Werkstücks ist bei

the thermal shrinkage of the device.The workpiece is later

diesem neuen, patentierten Verfahren äußerst gering.

unclamped through another act of induction. This new and patented technique subjects the workpiece to extremely low

Bei der Drehbearbeitung flacher Werkstücke mit großen

levels of thermal stress.

Durchmessern sind das Spannen und die Ausrichtung der Werkstücke auf den Rundlauf sehr zeitaufwändig. Die

The turning of flat, large-diameter workpieces requires a lot

Werkstücke werden aus Stabilitätsgründen axial gespannt, das

of time and effort for the clamping of the workpieces and

Öffnen und Schließen der Vorrichtung erfolgte bisher anhand

their concentricity alignment. In order to ensure their stability,

zahlreicher Schrauben. Zudem mussten die Werkstücke

the workpieces are clamped axially, while the conventional

manuell auf den Rundlauf ausgerichtet werden.

clamping device is opened and closed with a large number of screws. The concentricity alignment also involves a great deal

Das neue Verfahren des Fraunhofer IPT spannt die Werkstücke

of manual labor.

radial, indem ein Teil der Vorrichtung aufgeschrumpft wird. Bei Raumtemperatur ist der Innendurchmesser des Spannrings

The new technique developed by the Fraunhofer IPT allows

etwas kleiner als das zu spannende Werkstück. Der Ring

the workpieces to be clamped radially by making use of

wird daher zum Einspannen um einige Millimeter geweitet.

the effects of thermal shrinking. At room temperature, the

Dazu wird er induktiv erwärmt und die Temperatur gehalten.

interior diameter of the clamping ring is a little smaller than

Nach dem Erwärmen lässt sich das Werkstück leicht in den

the diameter of the workpiece. Before the clamping, the

Spannring einlegen. Schon 200 °C reichen zum Öffnen

ring is therefore extended by a few millimeters through heat

72

der Vorrichtung aus. Möglich wird dies durch ein spezielles

induction. Once the temperature has been raised to (and kept

Festkörpergelenk, das einerseits die Bewegung der thermi-

at) this higher level, the workpiece can be easily inserted into

schen Dehnung zulässt, andererseits aber das Werkstück im

the clamping ring. 200 °C are enough to open the device. The

gespannten Zustand äußerst stabil fixiert. Das Abkühlen der

technique is based on the use of a designated solid-body joint,

Vorrichtung kann durch eine Kühlschmierstoffanlage ebenfalls

which accommodates the thermal expansion while keeping

in wenigen Sekunden erfolgen. Das Werkstück richtet sich

the clamped workpiece in a fixed and extremely stable state.

dabei durch das radiale Schrumpfen von selbst hochgenau

Once the cooling lubricant has been applied, the device will

aus. Eine Rundlaufgenauigkeit von 0,01 mm im Spannbereich

release the workpiece just as quickly (within a few seconds).

ist durch das neue Konzept möglich.

The workpiece aligns itself through the effects of radial shrinkage, a technique that guarantees high levels of accuracy.

Die besondere Form des Festkörpergelenks bewirkt nicht nur

Concentricity accuracy levels of 0.01 mm can be obtained

eine radiale, sondern auch eine axiale Spannung. So wird

inside the clamping range.

das Werkstück beim Schrumpfen des Spannrings auf die Anlagefläche herabgezogen. Dies gewährleistet zusätzlich eine

The design of the solid-body joint ensures that the workpieces

reproduzierbare und extrem stabile Einspannung – selbst bei

are clamped axially as well as radially. During the process

sehr großen Bearbeitungskräften, die etwa beim Schruppen

of thermal shrinkage, the workpiece is pulled down to the

schwer zerspanbarer Materialien entstehen. Die mechanische

contact surface, generating an additional, reproducible clamp-

Belastung des Werkstücks ist sehr gering, denn durch die

ing effect that ensures even higher levels of stability – these

Schrumpfspannung entsteht eine sehr große, homogene

provide sufficient resistance even to strong processing forces

Kontaktfläche zwischen Werkstück und Vorrichtung. Es treten

such as those that are generated by the rough machining

nur geringe Spannungen auf, Spannmarken am Werkstück

of hard and difficult-to-cut materials. The workpieces are

lassen sich so vermeiden.

subjected to very low levels of mechanical stress, because the contact surface between workpiece and device is large and

In der Regel kann ein Werkstück in weniger als einer Minute

homogeneous. As a consequence, the levels of mechanical

ein- oder ausgespannt werden. Die Schrumpfspanntechnik ist

stress are very low, which means that clamping marks on the

also ein sehr effizientes Verfahren und trägt dazu bei, Rüst-

workpieces can be easily avoided.

zeiten zu verkürzen. Beim Entwicklungspartner MTU könnten mit dieser Technik erhebliche Kosten eingespart werden.

Generally the clamping and unclamping of any given workpiece should take less than a minute. This is why the

Kontakt/Contact

thermal shrinkage technique of clamping is highly efficient and could make a major contribution to cutting setup times.

Dipl.-Ing. Roman Kalocsay

Our development partners at MTU have managed to reduce

Telefon/Phone +49 241 8904-427

their operating costs considerably.

[email protected]

73

THEMEN TOPICS

GRUNDLAGENPRÜFSTAND ZUR ANALYSE VON FRÄSPROZESSEN TEST BENCH FOR THE ANALYSIS OF MILLING PROCESSES Der Einsatz neuer und hochentwickelter Werkstoffe stellt die

The discovery and development of new materials provide pro-

Fertigungstechnik vor immer neue Herausforderungen. Dabei

duction engineers with a steady flow of challenges. Efficient

spielt die Effizienz bei der Bearbeitung solcher Werkstoffe eine

machining processes are the key question for the use of those

entscheidende Rolle. Das Fräsen erfordert immer genauere

new materials. The establishment of more detailed knowledge

Kenntnisse über Wirkzusammenhänge und Vorgänge in der

of milling processes that takes into account the complex

Zerspanzone. Das Fraunhofer IPT hat zu diesem Zweck einen

interactions in the chipping zone is an essential requirement.

Grundlagenprüfstand konzipiert und aufgebaut, der eine

For this purpose, the Fraunhofer IPT conceptual designed

umfassende Analyse der Abläufe in der Zerspanzone erlaubt.

and build up a novel test bench that allows a comprehensive analysis of the processes that occur in the chipping zone.

Die Zugänglichkeit zur Zerspanzone ist beim Fräsen durch die Rotation des Werkzeugs und die überlagerte Vorschubbewe-

Due to the combined effect of the rotating tool and the

gung stark einschränkt. Für Untersuchungen im Bereich der

simultaneous feed movement while milling, the chipping zone

Zerspanzone wird der Prozess auf dem Grundlagenprüfstand

is hardly accessible. To enable the analysis of the processes

auf eine einzige Bewegung reduziert, die dem Prinzip

that occur in the chipping zone, the novel test bench reduces

des Hobelns entspricht. Um die Spanungsgeometrie des

this complexity of movements to a single, planing thrust. In

Fräsprozesses am Grundlagenprüfstand abbilden zu können,

order to handle the uncut chip geometry of milling processes,

wird diese analytisch berechnet und auf eine Ebene transfor-

the uncut chip geometry of a milling process is analytically

miert. Anschließend wird das Werkstück entsprechend der

described and transformed to a level plane. After this, a

transformierten Spanungsgeometrie profiliert und auf dem

workpiece profile is created, based on the calculated uncut

Grundlagenprüfstand an einer Linearachse eingespannt.

chip geometry. The profiled workpiece is mounted at the test bench on a linear axis.

Der Aufbau des Grundlagenprüfstandes erlaubt es, verschiedenste Werkzeugmikro- und -makrogeometrien sowie

The design of the test bench allows to analyze a range of

Beschichtungen zu untersuchen. Dazu nimmt eine Kraft-

microgeometrical and macrogeometrical properties of the

messeinheit den genauen Verlauf der Kräfte während eines

tool and the behavior of different coatings. A force sensor

einzelnen Zahneingriffs auf. Durch die gute Zugänglichkeit

records precisely the force progression during the engagement

gelingt es, den Prozess mit Hilfe einer Hochgeschwindigkeits-

of a single tooth. Since the chipping zone of the test bench

kamera aufzunehmen und verschiedene Phasen des Prozesses

is highly accessible, the process can be filmed with a high-

74

sichtbar zu machen. Besonders interessant sind die Bereiche

speed camera which allows to show different stages of the

von Schneideneintritt und -austritt, wenn Spanungsdicken

machining process. The inlet and outlet sections are subjected

auftreten, die unterhalb der Schneidkantenverrundung der

to particular relevance, as their thickness of cut is smaller than

eingesetzten Werkzeuge liegen. Eine standardisierte Me-

the edge rounding of the tools. The standardized method to

thodik, neue Werkzeuge und Beschichtungen zu testen und

test new tools and coatings and to cut innovative materials

innovative Werkstoffe zu zerspanen, erlaubt eine ganzheitliche

allow a holistic classification of the performance characteris-

Klassifizierung der Leistungscharakteristik.

tics.

Um Einflüsse durch Schwingungen zu minimieren, ist der

In order to minimize the impact of vibration, the workpiece

Werkstückträger des Prüfstands hydrostatisch gelagert. Die

holder of the test bench is supported by a hydrostatic bearing.

maximale Schnittgeschwindigkeit des Prüfstandes liegt bei

The test bench achieves a maximum cutting speed of

140 m/min. Für Spanwurzeluntersuchungen ist geplant, den

140 m/min. For the purpose of conducting chip root analysis,

Prüfstand zusätzlich mit einer Quick-Stop-Einheit zu versehen.

the test bench will be equipped with an additional quick-stop

Diese ist so konstruiert, dass der Zerspanungsprozess an

unit. This unit will allow to “freeze-frame“ the machining

diskreten Stellen »eingefroren« werden kann. Dazu wird die

process in discrete moments. Therefore, an explosive charge

Schneide während des Prozesses mit einer Sprengladung aus

will shoot the cutting edge out of engagement during the

dem Eingriff geschossen. Die Zündung erfolgt elektronisch

process. The ignition will be electronically controlled, depend-

gesteuert, abhängig von der Bearbeitungsgeschwindigkeit

ing on the processing speed and the properties of the section

und der zu untersuchenden Stelle. Als zweite Erweiterung

under scrutiny. It is also planned to implement a system of

des Prüfstandes ist geplant, ein System zu implementieren,

measuring temperatures and temperature changes. The

mit dem sich Temperaturen und Temperaturverläufe messen

Fraunhofer IPT built the test bench within the “hybrid HPC“

lassen. Das Fraunhofer IPT baute den Prüfstand im Projekt

project that was supported with funds from the Fraunhofer

»hybrid HPC« auf, das mit Mitteln aus dem Fraunhofer-

internal “Challenge“ program.

internen »Challenge«-Programm finanziert wurde. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Lars Rohde Telefon/Phone +49 241 8904-205 [email protected]

75

THEMEN TOPICS

GENERATIVE FERTIGUNG VON BAUTEILEN UND WERKZEUGEN AUS HARTMETALL ADDITIVE MANUFACTURING OF HARD METAL COMPONENTS AND TOOLS Generative Fertigungsverfahren eignen sich besonders dafür,

Additive or generative manufacturing techniques are highly

geometrisch komplexe Freiformbauteile aus Hartmetall schnell,

suitable for the production of geometrically complex freeform

flexibel und ohne den Einsatz weiterer Werkzeuge oder

components from hard metals: these techniques are quick,

Formen zu fertigen. Solche Bauteile dienen beispielsweise zum

flexible and do not require any additional tools or molds. The

Verschleißschutz in der Energietechnik oder im Werkzeug- und

finished components are used as anti-wear protection devices

Formenbau. Das Fraunhofer IPT entwickelt zu diesem Zweck

in power engineering and the production of dies and molds.

seit 2004 ein laserbasiertes generatives Verfahren, das

Since 2004, the Fraunhofer IPT has been working to develop

Selektive Lasersintern (SLS), und setzt es in die industrielle

a laser-based additive technique, the Selective Laser Sintering

Praxis um.

(SLS), implementing it into industrial practice.

Längere Werkzeugstandzeiten bei der Fertigung von

Longer service lives for tools that are used to create plastic

Kunststoffprofilen, beispielsweise für Fenster, Rollläden oder

profiles (for example in the industrial production of windows,

Dichtungen, waren das Ziel des Fraunhofer IPT und seiner

shutters and gaskets): this was the objective of the Fraunhofer

Industriepartner im Verbundprojekt »Generative Fertigung

IPT and its corporate partners in the joint project “Additive

von Extrusionswerkzeugen aus Hartmetall – GENIAL«, das mit

Production of Hard Metal Extrusion Tools“ that was supported

Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung

with funds from the Federal Ministry for Education and

(BMBF) gefördert wurde (Förderkennzeichen: 02PU2220). Bei

Research (BMBF) (contract number: 02PU2220). Tool changes

der Herstellung von Kunststoffprofilen im Extrusionsverfahren

and long setup times in the production of plastic profiles

verursachen Werkzeugwechsel und Rüstzeiten hohe Kosten.

are a key cost factor of the industrial extrusion process. The

Gerade moderne Kunststoffe, die zusätzlich mit Graphit, Krei-

most up-to-date plastic materials – those that have been

de oder anderen Stoffen verstärkt sind, lassen herkömmliche

additionally reinforced with graphite, chalk or other materials

Werkzeuge jedoch schnell verschleißen. Generativ gefertigte

– are particularly hard to process and cause conventional tools

Werkzeuge aus Wolframkarbid-Kobalt (WC-Co) könnten hier

to wear and deteriorate quickly. Tungsten-carbide-cobalt

deutlich längere Standzeiten erzielen. Die Partner im Projekt

(WC-Co) tools, hardened in additive manufacturing processes,

»GENIAL« arbeiteten deshalb daran, komplexe Hartmetall-

can provide an answer to this problem. The project partners

werkzeuge schichtweise aufzubauen und so in kurzer Zeit ein

focused their attention on the layer-by-layer production of

hohes Maß an geometrischer Flexibilität zu erreichen.

complex hard metal tools, reaching a high degree of geometrical flexibility within a short space of time.

76

Das Fraunhofer IPT qualifizierte die generativen Fertigungs-

The Fraunhofer IPT qualified the additive manufacturing

verfahren des 3D-Druckens und Lasersinterns (LaserCUSING®)

technique of 3D-printing and laser sintering (LaserCUSING®)

für die Verarbeitung von WC-Co-Pulver und modifizierte die

for the processing of WC-Co powder and modified the

verwendeten Werkstoffe verarbeitungsgerecht. Untersucht

materials in view of the process requirements. During the

wurde der Einfluss der Stellgrößen beim 3D-Drucken und beim

3D-printing and the laser sintering processes, their engineers

Lasersintern auf das entstehende WC-Co-Gefüge, auf die rela-

analyzed the influence of the manipulated variables on the de-

tive Dichte des Werkstoffverbunds und auf die mechanischen

veloping WC-Co structure, the relative density of the material

Kennwerte von Prüfkörpern. So sollte eine maximale Dichte

composite and the mechanical properties of the specimens.

des Werkstoffs erzielt werden. Die maximale Werkstoffdichte

The objective was to reach the highest possible density of the

beim Lasersintern von WC-Co lag bei 98,5 Prozent. Abschlie-

material. The maximum material density of WC-Co reached a

ßend fertigte das Fraunhofer IPT WC-Co-Komponenten für

level of 98.5 %. As a last step, the Fraunhofer IPT manufac-

Extrusionswerkzeuge durch Lasersintern und setzte diese in

tured WC-Co components for extrusion tools through laser

den Unternehmen der kunststoffverarbeitenden Verbund-

sintering that were subsequently applied by the corporate

partner ein.

project partners in their plastics processing operations.

Der Anwendungsbereich der Extrusion stellt sehr hohe Anfor-

The application area of extrusion technology places high

derungen an die Oberflächengüte der Werkzeuge. Die Unter-

demands on the surface qualities of the tools. The analyses

suchungen offenbarten zunächst nur kurze Standzeiten der

showed initially that the tools had only short service lives

Werkzeuge, da sich Oberflächendefekte der Werkzeuge als

since their surface defects were projected as grooves on to

Riefen auf der Oberfläche der Extrusionsprodukte abbildeten.

the surface of the extrusion products. This was caused by the

Der Grund dafür war die Restporosität der lasergenerierten

residual porosity of the laser-generated tool inserts. In the

Werkzeugeinsätze. In weiterführenden Forschungsaktivitäten

coming years, the Fraunhofer IPT will focus its research on

der kommenden Jahre wird nun die Steigerung der Werk-

ways to improve the material density in order to further

stoffdichte im Vordergrund stehen, um die mechanischen

improve the mechanical properties and to design a post-

Eigenschaften zu verbessern und eine porenfreie Oberfläche

processing technique that can guarantee non-porous surfaces.

nach entsprechender Nachbearbeitung zu erhalten. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Christian Derichs Telefon/Phone +49 241 8904-129 [email protected]

77

THEMEN TOPICS

TRIBOLOGISCHE OBERFLÄCHENFUNKTIONALISIERUNG DURCH LASERFINISHING FUNCTIONALIZATION OF TRIBOLOGICAL SURFACES THROUGH LASER-FINISHING Die jährlichen Verluste durch Reibung und Verschleiß werden

Annual losses in Germany caused by wear and friction are

zurzeit in Deutschland mit 100 Mrd. € pro Jahr beziffert.

estimated at € 100 billion. This is why the automotive industry

Ein wichtiges Ziel der Automobilindustrie ist es deshalb,

strives to reduce the fuel consumption of petrol engines

die Effizienz von Ottomotoren durch geringere Reibung zu

through an increase of their efficiency. The Fraunhofer IPT is

erhöhen und so dazu beizutragen, Kraftstoff einzusparen. Das

developing laser-manufactured surface textures, which are

Fraunhofer IPT entwickelt zu diesem Zweck lasergefertigte

capable of improving the tribological properties of highly

Oberflächenstrukturen, die die tribologischen Eigenschaften

stressed power train components.

hochbeanspruchter Komponenten im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen verbessern.

Most of the energy conversion losses in fuel engines are caused by friction and dissipated in the form of heat. The i

Ein großer Teil der Verluste bei der Energieumwandlung

nternal Fraunhofer MAVO research project “TriboMan“ is

im Ottomotor ist auf Reibung zurückzuführen und wird im

trying to reduce this friction, with the Fraunhofer IPT, in

Betrieb als Wärme abgeführt. Um die Reibung im Motor zu

cooperation with other Fraunhofer-Institutes, developing

verringern, entwickelt das Fraunhofer IPT gemeinsam mit fünf

manufacturing processes which aim to increase the efficiency

weiteren Fraunhofer-Instituten im Fraunhofer-internen MAVO-

of petrol engines. Several approaches are pursued, focusing

Forschungsprojekt »TriboMan« Fertigungsprozesse, die die

respective-ly on the preliminary design of materials (Fraun-

Effizienz der Motoren und dadurch den Gesamtwirkungsgrad

hofer IFAM, Bremen), the mechanical treatment (Fraunhofer

erhöhen sollen. Die Institute setzen dabei auf verschiedenste

IWU, Chemnitz) and the thermal treatment (Fraunhofer IPT,

Strategien – von der Vorauslegung der Werkstoffe (Fraunhofer

Aachen), as well as the coating of surfaces (Fraunhofer IST,

IFAM) über eine mechanische (Fraunhofer IWU) oder ther-

Braunschweig). The tribological analysis (Fraunhofer IWM,

mische (Fraunhofer IPT) Behandlung bis hin zu Beschichtungen

Freiburg) involves the establishment of the levels of friction

(Fraunhofer IST) der beanspruchten Oberflächen. Die tribo-

and wear.

logische Analyse (Fraunhofer IWM) umfasst die Bestimmung der Reibwerte und Verschleißmessungen.

Within the MAVO “TriboMan“ project, the Fraunhofer IPT investigates the possibility of decreasing the levels of losses

Das Fraunhofer IPT untersucht im MAVO-Projekt »TriboMan«,

through friction in petrol engines by the application of

wie sich durch lasergefertigte Oberflächenstrukturen

laser-generated surface textures. In addition, a process will

Reibungsverluste in Ottomotoren reduzieren lassen. Ein

be developed designed to transform surface layers in engine

78

weiterer Prozess soll dazu dienen, durch eine geeignete Laser-

components into conditions similar to those after the initial

behandlung Oberflächenschichten von Motorkomponenten

“run-in period” of the engine. This will serve to reduce the

zu funktionalisieren. Dafür wird die Oberfläche so bearbeitet,

number of technical failures within this period.

dass sie der eines »eingelaufenen« Motors entspricht. Auf diese Weise soll die Zahl von Ausfällen in der Einlaufphase

The different approaches of functionalizing engine part

reduziert werden.

surfaces, which are pursued by the individual Fraunhofer Institutes, all consist of three stages: In the first stage, the

Die verschiedenen Ansätze zur Funktionalisierung der Ober-

manufacturing processes are applied to simplified 2D-geo-

fläche untersuchen die Projektpartner in einer einheitlichen,

metries and analyzed as to whether they deliver the desired

dreistufigen Vorgehensweise: Die Fertigungsprozesse werden

levels of functionality. This analysis involves the measurement

zunächst auf 2D-Bauteile aufgebracht und hinsichtlich ihrer

of friction coefficients as well as wear analyses. In the second

Funktionalität analysiert. Optimierte Bearbeitungsergebnisse

stage, the optimized results are applied to “real component”

werden in der zweiten Stufe auf realgeometrienahe Bauteile

geometries in order to investigate the functionality of the

übertragen, um dann die Funktionalität der gefertigten Ober-

surfaces under realistic conditions. In the third stage, engine

fläche unter realen Belastungsbedingungen zu bewerten. In

tests are conducted, where demonstrator assemblies (e.g.

der letzten Stufe folgen Untersuchungen an einem Motoren-

piston/cylinder) with optimized surface conditions can be

teststand, mit dem sich die Ergebnisse der Fertigungsprozesse

tested within the context of a real engine’s load duty cycle.

im vollständigen Belastungskollektiv eines Ottomotors

Based on the insights acquired, manufacturing processes for

überprüfen lassen. Im Motorentest werden verschiedene

mass production can be upgraded to provide petrol engines

Baugruppen wie Kolben oder Zylinder getestet. Anhand der

with higher levels of energy efficiency and longer life cycles.

Testergebnisse sollen später die Fertigungsprozesse für die Serienfertigung von Motorkomponenten erweitert werden, so dass energieeffizientere Ottomotoren mit längeren Laufzeiten gebaut werden können. Kontakt/Contact Dipl.-Phys. Andreas Janssen Telefon/Phone +49 241 8904-446 [email protected]

79

THEMEN TOPICS

LASEROBERFLÄCHENBEHANDLUNG FÜR DEN VERSCHLEISSSCHUTZ IM WERKZEUGBAU LASER SURFACE TREATMENT FOR WEARRESISTANCE IN TOOL AND DIE MAKING Der Verschleißschutz mit dem Ziel der Kosten- und Material-

Wear protection – saving costs and ensuring a more efficient

einsparung wird für den Werkzeugbau immer wichtiger.

use of existing material resources – is becoming increasingly

Die hergestellten Werkzeuge unterliegen oft einem hohen

important for the tool and die making industry. Tools and

abrasiven und adhäsiven Verschleiß. Durch Laseroberflächen-

dies are often subject to a high level of abrasive and adhesive

behandlungen wie Laserlegieren,- dispergieren und -härten

wear. Laser surface treatment processes such as laser alloying,

oder das Laserauftragschweißen lassen sich Werkzeuge gezielt

laser dispersing, laser hardening or laser cladding serve to

an die Art der Beanspruchung anpassen. Der Verschleiß kann

manufacture tools and dies that are perfectly suited to any

damit verringert werden und die Standzeiten der Werkzeuge

specific requirement, reducing wear, and to increase the tools‘

erhöhen sich deutlich. Das Themenfeld bildet einen Schwer-

and dies‘ lifetime significantly. Wear protection is one of the

punkt der Abteilung Lasermaterialbearbeitung am Fraunhofer

key concerns of the Department for Laser Material Processing

IPT.

at the Fraunhofer IPT.

Bei der Laseroberflächenbehandlung lassen sich zwei Arten

There are two types of laser surface treatment processes:

von Verfahren unterscheiden: Zum einen gibt es Verfahren,

those such as laser alloying, laser dispersing and laser cladding

bei denen ein Zusatzwerkstoff zugeführt wird, wie das Laser-

where an additive material is inserted, and those such as laser

legieren, -dispergieren und -auftragschweißen. Zum anderen

hardening and laser remelting where no additve materials are

existieren Verfahren, die ohne Zusatzwerkstoff auskommen,

required. Depending on the type and intensity of the mechani-

wie das Laserhärten und -umschmelzen. Je nach Art und

cal stress to which the tool or die will eventually be subjected,

Intensität der Beanspruchung können diese Verfahren lokalen

these processes can provide a certain level of localized wear

Verschleißschutz bieten.

protection.

Beim Laserlegieren und -dispergieren erwärmt der Laser die

In the laser alloying and laser dispersing process, the laser

Werkzeugoberfläche bis zum Schmelzen. Beim Laserlegieren

beam heats up the surface of the part until it reaches melting

werden verschiedene Zusatzwerkstoffe als Pulver in die

point. In the laser alloying process several additive materials

Schmelze eingebracht und auch nach dem Erstarren in Lösung

are inserted as powders in the melt and kept in solution even

gehalten. Im Gegensatz dazu scheiden sich beim Laserdisper-

after solidification. In the laser dispersing process in contrast,

gieren die eingebrachten Partikel des Zusatzwerkstoffs

the inserted powder particles precipitate, finely dispersed, in

feindispers in den oberflächennahen Bereichen aus.

the areas near the surface.

80

Bereits im September 2008 initiierte das Fraunhofer IPT das

The Fraunhofer IPT initiated the EU project “CURARE” back

EU-Projekt »CURARE« (Förderkennzeichen: 222317), an dem

in September 2008 (contract number: 222317), procuring

Forschungseinrichtungen, Werkzeughersteller und Anwender

support from research institutions and tool and die makers as

aus ganz Europa teilnehmen. Ziel des Projekts ist es, das

well as their customers from all over Europe. The task of the

Prozessverständnis für das Laserlegieren zu erweitern und das

project is to improve the process know-how concerning the

Verfahren in Kombination mit einer anschließenden Nitrier-

laser alloying process and to enable the process in combi-

behandlung auf Schmiede- und Aluminium-Druckgusswerk-

nation with a subsequent nitriding for forging dies and

zeuge anzuwenden. Die 5-achsige Bearbeitung der Werkzeu-

aluminium dye-casting tools. The 5-axial treatment of the

ge erfolgt vollautomatisiert anhand eines eigens entwickelten

tools and dies is fully automatic, thanks to a purpose-built

CAx-Moduls. Das Fraunhofer IPT baut außerdem eine Anlage

CAx module. Furthermore, the Fraunhofer IPT is assembling a

zur automatisierten Oberflächenbearbeitung auf.

handling system for automatic surface treatment.

Das Laserauftragschweißen kann sowohl draht- als auch

There are two forms of laser cladding, wire-based and

pulverbasiert durchgeführt werden. So lässt sich nicht nur

powder-based, both ensuring higher levels of wear protection

ein besserer Verschleißschutz erzielen, sondern es können

and allowing tool and die repairs to be performed. The laser

auch Reparaturen an Werkzeugen durchgeführt werden. Das

beam is again used to increase the temperature of the tool

Verfahrensprinzip beruht ebenfalls auf einer Erwärmung der

or die surface, but only to the point where it becomes lightly

Werkzeugoberfläche mit dem Laser, die hier jedoch nur leicht

melted. The additive material forms a welding seam on the

aufgeschmolzen wird. Der zugeführte Zusatzwerkstoff bildet

surface, which dimensions can be varied by the parameters

auf der Oberfläche eine Schweißnaht aus, deren Ausmaß je

applied.

nach Parametereinstellung variiert. The “Green Carbody Technologies” innovation alliance is Die Innovationsallianz »Green Carbody Technologies« ist

a joint venture of the Fraunhofer-Gesellschaft and more

ein Zusammenschluss der Fraunhofer-Gesellschaft mit mehr

than 60 industrial corporations. The goal is to find solutions

als 60 Unternehmen. Ziel ist es, entlang der gesamten Pro-

of using fewer resources along the entire process chain of

zesskette der Karosseriefertigung Ressourcen zu sparen. Die

bodywork production. The alliance features leading suppliers

Forschungspartner sind namhafte Automobilzulieferer, Werk-

of the automotive industry and tool and die makers as well as

zeughersteller sowie die Audi AG und die Volkswagen AG. In

Audi AG and Volkswagen AG. In a sub-project of this alliance,

einem Teilprojekt dieser Allianz entwickelt das Fraunhofer IPT

the Fraunhofer IPT is currently exploring 5-axial treatment stra-

5-achsige Bearbeitungsstrategien, um die Aktivflächen der

tegies with a view to using laser technologies for local repairs

Werkzeuge mit Verfahren der Laseroberflächenbehandlung

and optimizations of the tools’ and dies’ active surfaces.

lokal zu reparieren und zu optimieren. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Daniel Heinen Telefon/Phone +49 241 8904-443 [email protected]

81

THEMEN TOPICS

ENTWICKLUNG VON CAM-MODULEN FÜR OPTIMIERTE FRÄSPROZESSE DEVELOPMENT OF CAM MODULES FOR OPTIMIZED MILLING PROCESSES Rechnerunterstützte Fertigung (CAM) bildet einen integralen

Computer Aided Manufacturing (CAM) software is the inte-

Bestandteil des automatisierten Fräsprozesses. Die Leis-

gral part of automatic milling processes. As per state of the

tungsfähigkeit der CAM-Software spielt im Hinblick auf die

art, the CAM software is such important that the results of the

Prozessergebnisse heute oft schon eine wichtigere Rolle als

milling process are totally dependent on its performance – the

die Fräsmaschine selbst. Ziel der Abteilung »CAx-Technolgien«

milling machines play, in most cases, a secondary role. The

am Fraunhofer IPT ist deshalb die Erforschung und Ent-

research and development for CAM technology – including

wicklung innovativer CAM-Technologien einschließlich der

the process modeling, the CNC machine capabilities and

Prozessmodellierung, Verbesserung der Leistungsfähigkeit von

integrating the expert knowledge – are the key objectives of

CNC-Maschinen und Einbindung von Expertenwissen.

the “CAx Technologies” department.

Das Fraunhofer IPT optimiert die simultane 5-Achs-Bearbeitung

The optimization of simultaneous 5-axis machining processes

für das Fräsen komplexer Bauteile wie Profile von BLISKs und

for milling of complex parts – such as airfoils in BLISKs and

Triebwerksschaufeln oder komplizierter Strukturen in Werk-

blades or complex features in dies and molds – is the area into

zeugen und Formen. Die Forschungsarbeiten über komplexe

that Fraunhofer IPT is strongly engaged. The development

Fräsprozesse umfassen die Entwicklung spezialisierter CAM-

of CAM modules has been integrated into the research on

Lösungen mit dem Ziel, optimierte Fräsprozesse vollständig

complex milling processes with the objective to build up the

in der CAM-Software abzubilden. Diese Anforderung tragen

optimized milling processes in the CAM software. This is

auch die Projektpartner des Innovationsclusters »Integrative

also the major specification defined by the partners in the

Produktionstechnik für energieeffiziente Turbomaschinen –

Fraunhofer Innovation Cluster “TurPro”. The project partners

TurPro« an das Fraunhofer IPT heran. Die Aufgabe ist daher,

require optimization of their in-house milling processes and

die Fräsprozesse der Partner zu verbessern und die optimierten

implementation of optimized process strategies into the

Prozessstrategien in eigens entwickelte CAM-Module zu

specialized CAM module for an integrated usage in their

überführen. Die spezialisierten Module sollen dann in die

existing software environment.

bestehende Softwareumgebung »CAx-Framework« integriert werden.

In order to achieve these objectives, the “CAx Technologies”

Um dies zu erreichen, setzt die Abteilung »CAx-Technologien«

stage, the primary research and development have been

auf einen zweistufigen Ansatz: In einem ersten Schritt entwi-

done during the implementation of the software environment

ckelte das Fraunhofer IPT das Grundgerüst mit notwendigen

“CAx-Framework”. In the second stage, the developments

department has adopted a two-stage-approach: In the first

82

Algorithmen für die Implementierung der Softwareumgebung

are made on top of the “CAx-Framework” with specialized

»CAx-Framework«. Im zweiten Schritt folgten Entwicklungs-

focus on the processes of the project partners. The “CAx-

arbeiten, die speziell die jeweiligen Prozessanforderungen

Framework” is a software that serves the purpose of a

der Projektpartner in den Mittelpunkt stellten. Das »CAx-

platform, providing the basic components and algorithms for

Framework« dient hier als einheitliche Softwareplattform,

implementation of the CAM modules for relevant processes.

die die grundlegenden Komponenten und Algorithmen zur

This complex but flexible functionality has been developed at

Implementierung der Softwaremodule für die einzelnen Pro-

Fraunhofer IPT in cooperation with ModuleWorks GmbH.

zesse der Projektpartner bereitstellt. Diese komplexe, aber sehr flexible Softwareumgebung entwickelte das Fraunhofer IPT mit

The development of CAM modules strongly focuses on the

der Unterstützung der Aachener ModuleWorks GmbH.

toolpath planning in order to establish optimized process conditions and a collision-free movement of the tool on the

Die Entwicklung der CAM-Module konzentriert sich in erster

machined workpiece. The performance of the CAM software

Linie auf die Planung der Werkzeugbahnen, um optimale Pro-

is verified by the analytical evaluation of the calculated

zessbedingungen und eine kollisionsfreie Werkzeugbewegung

toolpaths by the in-house developed software “NCProfiler”,

auf dem Werkstück zu gewährleisten. Die Leistungsfähigkeit

simulation of CNC machine kinematics and simulation of

der CAM-Strategien prüft die Software »NCProfiler«, die das

the milling process using material removal simulation model.

Fraunhofer IPT eigens zur Optimierung der errechneten Werk-

The results of analytical verifications and simulations provide

zeugbahnen entwickelt hat. Weitere Anhaltspunkte liefert die

feedback for the optimization of algorithms during the devel-

Simulation der Maschinenkinematik und des Fräsprozesses

opment process of the CAM module. In this way, the decisive

basierend auf den Materialabtragsmodellen. Die Ergebnisse

aspects of the automatic manufacturing process are analyzed

der simulationsunterstützten Verifizierung fließen wieder in die

and optimized, simultaneously resulting in the technology

Optimierung der CAM-Module ein. Auf diese Weise werden

integration into the CAM software.

die entscheidenden Aspekte der automatisierten Fertigungsprozesse laufend analysiert, verbessert und in die Entwicklung der auf die Kundenbedürfnisse zugeschnittenen CAM-Module einbezogen. Kontakt/Contact Riaz Ur-Rehman M.Sc. Engr. Telefon/Phone +49 241 8904-424 [email protected] Monika Mallok M.A. Telefon/Phone +49 241 8904-409 [email protected]

83

THEMEN TOPICS

DURCHGÄNGIGE CAX-PROZESSKETTE ZUR BAUTEILREPARATUR INTEGRATED CAX PROCESS CHAIN FOR REPAIR OF COMPONENTS Im Fraunhofer-Innovationscluster »Integrative Produktions-

Within the scope of the Fraunhofer Innovation Cluster

technik für energieeffiziente Turbomaschinen – TurPro« (siehe

“TurPro”, the Fraunhofer IPT is developing a consistent process

Seite 48) erarbeitet das Fraunhofer IPT eine durchgängige

chain for integration of computer-aided technologies (CAx)

Prozesskette zur Integration von CAx-Technologien in die

into the processes for production and repair of turbo compo-

Herstellungs- und Reparaturprozesse von Turbinenkompo-

nents like BLISKs and turbine blades (see page 48). Specialized

nenten wie BLISKs und Turbinenschaufeln. Dies erfordert die

software modules are needed to be developed for the laser

Entwicklung spezieller Softwaremodule für das Laserscannen

scanning of demaged parts, the laser metal deposition for

beschädigter Bauteile, für das Laserauftragschweißen als

part refurbishment, and the machining for recontouring of

Materialauftragsprozess und für das rekonturierende Fräsen

components.

reparierter Bauteile. The repair process chain for turbine components consists Die Prozesskette zur Reparatur von Turbinenkomponenten

of a number of autonomous processes with high potential

besteht aus einer Abfolge autonomer Prozesse, die großes Po-

for integration and automation. This objective requires the

tenzial zur Integration und Automatisierung bergen. Für dieses

development of software solutions for data analysis of the

Ziel wird eine modulbasierte Softwarelösung entwickelt, die

damaged components, which provides the basis for repair by

die Scandaten beschädigter Bauteile anhand des Soll-Modells

laser metal desposition, followed by recontouring processes

analysiert und als Basis für die Vorbearbeitung verwendet.

like milling or grinding. These individual steps within the repair

Später wird der Reparaturbereich durch Laserauftragschwei-

process are unified in one process chain. An integrated data

ßen bearbeitet und abschließend durch Fräsen oder Schleifen

management is achieved by a unified system of CAM modules

rekonturiert. Die einzelnen Schritte des Reparaturprozesses

and brought forward by the harmonized Graphical User

werden nun in einer einzigen Prozesskette zusammengefasst.

Interface (GUI).

Das durchgängige Datenmanagement innerhalb der Prozesskette ist durch ein einheitliches System von CAM-Modulen

The CAx Technologies department at Fraunhofer IPT

sichergestellt und spiegelt sich in der leichten Bedienbarkeit

contributes to the establishment of the repair process chain by

der modulübergreifenden grafischen Benutzeroberfläche

developing of customer-specific, and flexible and simulation-

wider.

supported CAM modules for each of the identified processes.

84

Die Abteilung »CAx-Technologien« des Fraunhofer IPT hat

Those software modules are integrated into the in-house

sich das Ziel gesetzt, die einzelnen Schritte der Reparaturpro-

developed software environment “CAx Framework” with high

zesskette durch flexible, individuell an die jeweilige Aufgabe

focus on the consistent data flow within the entire process

des Kunden angepasste CAM-Module abzubilden und zu

chain.

simulieren. Diese spezialisierten Softwaremodule können in die eigens zu diesem Zweck entwickelte Softwareplattform

The “CAx Framework” integrates the fundamental methods

»CAx-Framework« eingebunden werden, die einen durch-

and primary toolpath planning algorithms into standard CAM

gängigen Datenfluss innerhalb der Prozesskette gewährleistet.

software environments. Furthermore, the coordination of the information exchange between the integrated processes as

Das »CAx-Framework« integriert die grundlegenden Metho-

well as handling of user interactivities are provided. In this

den und Algorithmen zur Planung der jeweiligen Werkzeug-

way, each specialized CAM module within the process chain

pfade in die standardisierten CAM-Umgebungen. Außerdem

may adopt different strategies and configure particular

stellt es sicher, dass der Informationsaustausch zwischen den

patterns of usage in order to achieve qualified task accomp-

Prozessen ebenso reibungslos abläuft wie die Interaktion mit

lishment, conducted through a user friendly graphic interface.

dem Anwender. Jedes der einzelnen CAM-Module lässt sich anhand der bedienerfreundlichen Benutzeroberfläche auf

The scored results are verified and industrialized by project

unterschiedliche Bearbeitungsstrategien ausrichten, um auch

partners, focussing the constant improvement in shorter

komplexen Aufgaben gerecht zu werden.

processing time, higher process stability and precision with lower manufacturing costs.

Die bisherigen Ergebnisse werden bereits von Industriepartnern eingesetzt und stetig weiterentwickelt. Als übergeordnete Ziele gelten kürzere Prozesszeiten, eine höhere Prozessstabilität sowie Fertigungsgenauigkeit und damit auch sinkende Produktionskosten. Kontakt/Contact Yuan Liu M.Sc. Telefon/Phone +49 241 8904-442 [email protected] Monika Mallok M.A. Telefon/Phone +49 241 8904-409 [email protected]

85

THEMEN TOPICS

FLEXIBLES LASERUNTERSTÜTZTES STANZEN VERSCHIEDENER SCHNITTKONTUREN FLEXIBLE LASER-ASSISTED PUNCHING OF DIFFERENT CUTTING GEOMETRIES Mit einem neuen laserunterstützten Scherschneidverfahren

The Fraunhofer IPT has developed a hybrid laser-assisted

erzielt das Fraunhofer IPT erstmals beim Stanzen von Grob-

shearing process which enables conventional punching

blechen mit Blechdicken ab drei Millimetern durchgängige

machines to produce punched sheared edges with continuous

Glattschnittanteile im Normalschneidverfahren. Zudem

flush-cut surfaces in plates with a thickness of at least 3 mm.

lassen sich mit dem hybriden Verfahren im Vergleich zum

Cutting forces and noise emissions are much lower than in

Normalschneiden Schneidkräfte reduzieren sowie geringere

conventional punching processes. The machine vibrations

Geräuschemissionen erzielen. Der Schnittschlag und die Kan-

as well as the plastic deformation of sheet metal plates can

teneinzüge werden hier deutlich verringert. Das Fraunhofer

be minimized significantly. The Fraunhofer IPT also designed

IPT entwickelte und optimierte nicht nur die erforderlichen

robust solutions for the integration of laser system technology

Prozesse, sondern erarbeitete auch robuste Lösungen zur

into punching machines.

Lasersystemintegration in vorhandene Stanzmaschinen. The principle of the laser-assisted shearing process is based Das Verfahrensprinzip des laserunterstützten Scherschneidens

on briefly and selectively heating the material in the shearing

beruht auf einer gezielten Werkstofferwärmung durch lokale

zone via local absorption of laser radiation on the underside

Absorption von Laserenergie auf der Blechunterseite kurzzeitig

of the sheet metal plate before the punching tool comes into

vor dem Werkzeugeingriff des Schneidstempels auf der

contact on the upper side of the metal plate. Laser-induced

Blechoberseite. Die laserinduzierte Erwärmung entfestigt den

heating softens the material in the shearing zone within the

Werkstoff innerhalb weniger Zehntelsekunden in der Scher-

material within a few tenths of a second. By this, any fissuring

zone des Werkstückinneren, so dass sich das Fließvermögen

that may later cause full fractures can be avoided, and the

des Werkstoffs im Bereich der Druck- und Zugspannungen

flush-cut ratio of the separation surface is maximized. The

während des Scherschneidens (Normalschneiden) erhöht.

previous process was restricted to the punching of holes with

Das verhindert Rissbildungen zwischen den Korngrenzen des

diameters of 6.5 mm and an indiscriminate laser irradiation of

Werkstoffgefüges, die sonst zur frühzeitigen Bruchphase

the plate’s bottom surface.

führen, so dass der Glattschnittanteil maximiert wird. Die bisherige Prozessentwicklung beschränkte sich auf das

During the current InnoNet project “Hybrid-Punch“ (contract

Scherschneiden kreisrunder Stanzlöcher und basierte auf einer

number: IN-7026), these process results have been transferred

flächigen Bestrahlung der Blechunterseite.

to the flexible laser-assisted punching of various hole

86

Im aktuellen InnoNet-Verbundprojekt »Hybrid-Punch«

geometries. For this purpose, a laser scanner system has been

(Förderkennzeichen: IN-7026) wurden die Prozessergebnisse

integrated into a punching machine, allowing the fast and

der flächigen Bestrahlung auf das konturflexible Scher-

easy adjustment of the laser spot geometry according to the

schneiden übertragen. Dazu wurde ein Laserscannersystem

cutting hole geometry of the sheet plate. The laser scanner

in eine C-Gestell-Stanz-/Nibbelmaschine integriert, um

system is attached underneath the clamping system of the

unterschiedliche Laserbrennfleck-Konturen entsprechend den

cutting plate (matrice). This protects the working space and

Stanzgeometrien schnell und einfach auf der Blechunterseite

the automated tool change system from being adversely

zu variieren. Das Lasersystem befindet sich unterhalb des

affected by the integrated laser system technology, allowing

Matrizen-Spannsystems der Stanzmaschine. Dies verhindert

the flexible processing of sheet metal plates within a single

eine Beeinträchtigung des Arbeitsraums sowie des automa-

setup. An eccentric press has also been equipped with the

tisierten Werkzeugwechsels und gewährleistet eine flexible

new technology. This “industrial pilot scheme” serves to

Blechbearbeitung in einer Aufspannung. Zusätzlich zur Sys-

prepare the new technology for its eventual use in mass

temintegration in eine Stanz-/Nibbelmaschine wird auch eine

production facilities.

Exzenterpresse mit der neuen Technologie für den industriellen Piloteinsatz aufgerüstet. So lässt sich das neue Verfahren nicht

Laser-assisted punching of spring steel plates with a

nur zur flexiblen Blechbearbeitung kleiner Serien, sondern

material thickness of 3 mm leads to flush-cut surface ratios of

auch für die Großserienfertigung einsetzen.

100 % and to a reduction of cutting forces by 80 %. When processing stainless steel plates (1.4301) and titanium alloys

Mit dem laserunterstützten Scherschneiden von 3 mm

(TiAl6V4) with a strength of 3 mm, an increase in the flush-cut

dicken Federstahlblechen lässt sich ein Glattschnittanteil

surface ratio of 90 % is feasible. The achievable maximum

von 100 Prozent der Blechdicke erzielen. Die Schneidkräfte

flush-cut surface ratio when punching 8 mm thick stainless

nehmen dabei bis zu 80 Prozent ab. Bei der Bearbeitung von

steel plates (1.4301) is approx. 75 %.

V2A-Edelstahlblechen und Titanblechen (TiAl6V4) wird ein Glattschnittanteil von rund 90 Prozent erreicht. Selbst beim Schneiden einer V2A-Blechdicke von 8 mm lässt sich noch ein Glattschnittanteil von etwa 75 Prozent erzielen. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Michael Emonts Telefon/Phone +49 241 8904-150 [email protected]

87

THEMEN TOPICS

SONICFINISH – ULTRASCHALLUNTERSTÜTZTES SUPERFINISHING SONICFINISH – ULTRASONIC-ASSISTED SUPERFINISHING Das Superfinishing kommt als abschließender Prozess bei

In the process chain of machining cylindrical precision

der Bearbeitung zylindrischer Präzisionsbauteile zum Einsatz.

components, superfinishing is the final link. This machining is

Der Abtrag erfolgt dabei mit abrasiven Stein- und Band-

performed with abrasive stone or belt tools. In order to make

werkzeugen. Um den Prozess kostengünstiger zu gestalten,

this superfinishing process more economically viable, the

arbeitet das Fraunhofer IPT in einem Verbundprojekt an der

Fraunhofer IPT is currently developing an ultrasonic-assisted

Überlagerung des Prozesses mit einer Ultraschallschwingung.

superfinishing process as one member of a joint project. The

Ziel ist eine kompakte, adaptive Systemeinheit, die erstmals

project focuses on the development of a compact, adaptive

das Ultraschall-Superfinishing von Präzisionskomponenten

system device that would allow the ultrasonic-assisted super-

erlaubt.

finishing of precision components.

Das Projekt »SonicFinish« (Förderkennzeichen: 16IN-0541)

The project »SonicFinish« (contract number: 16IN-0541) is

wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und

funded by the German Federal Ministry of Economics and

Technologie (BMWi) im InnoNet-Programm gefördert. Das

Technology (BMWi) as part of the the InnoNet-program.

Projektkonsortium besteht neben einem weiteren Forschungs-

The project consortium consists of another science institute,

institut aus potenziellen Endanwendern sowie Maschinen-,

prospective end users and manufacturers of machines, tools

Werkzeug- und Softwareherstellern. Das Projekt fokussiert

and software. The project is the first ever to envisage the

erstmalig auf die Erweiterung des Superfinishings mit einer

enhancement of the superfinishing process with ultrasonic

Ultraschallschwingung zu einem Hybridprozess. Das Ziel ist es,

assistance. It aims to decrease tool wear and increase abrasion

am Beispiel der Bearbeitung zylindrischer Präzisionsbauteile

in the machining of cylindrical precision components.

höhere Abtragsraten bei niedrigerem Werkzeugverschleiß zu erreichen.

The ultrasonic-assisted superfinishing process combines the conventional process kinematics with a high-frequency longi-

Beim ultraschallunterstützten Superfinishprozess wird der

tudinal oscillation of the tool. The integrated oscillation system

konventionellen Prozesskinematik eine hochfrequente

consists of a converter and specific oscillators (sonotrodes)

Longitudinalschwingung des Werkzeugs überlagert. Das dafür

which are firmly attached to the superfinishing tool. The

erforderliche integrierte Schwingsystem besteht aus einem

system pulsates with an ultrasonic frequency of 20 kHz and an

Ultraschallerzeuger und speziell berechneten Schwingern, die

amplitude of up to 25 μm in radial direction to the workpiece.

mit dem Superfinishwerkzeug fest verbunden sind. Dieses

This causes microcracks and tiny fissures on the workpiece

88

System führt Resonanzschwingungen mit Amplituden bis zu

surface, especially on hard and brittle materials. As a result of

25 μm radial zum zylindrischen Werkstück mit einer Ultra-

these effects, the abrasion rates are increased, and the level of

schallfrequenz von 20 kHz aus. Bei harten Materialien kommt

tool wear is reduced.

es zur Bildung von Mikrorissen an der Werkstückoberfläche, die den Materialabtrag erleichtern. Zusätzlich wird durch

The Fraunhofer IPT designed the oscillation system, developed

eine verbesserte Spülwirkung am Werkzeug der Werkzeug-

test benches for system validation and systems to conduct

verschleiß verringert.

process analyses. The project will be completed with the construction of an adaptive ultrasonic-assisted superfinishing

Das Fraunhofer IPT legt die Schwingsysteme aus und

device for practical application. It is hoped that the results of

entwickelt Prüfstände sowohl zur Validierung dieser

the project will increase the competitiveness of the German

Systeme als auch zur prozesstechnologischen Erprobung des

engineering, tool and software industries.

ultraschallunterstützten Superfinishings. Darüber hinaus wird eine praxistaugliche, ultraschallunterstützte Superfinisheinheit konstruiert und aufgebaut. Die Projektergebnisse, die das interdisziplinäre Projektteam erarbeitet, sollen später die Wettbewerbssituation der Maschinen-, Werkzeug- und Softwarehersteller in Deutschland verbessern. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Sophia Hannig Telefon/Phone +49 241 8904-147 [email protected]

89

THEMEN TOPICS

PRO-LA-SYS – INTEGRIERTE INTELLIGENTE LASERSYSTEMTECHNIK PRO-LA-SYS – INTEGRATED INTELLIGENT LASER SYSTEMS TECHNOLOGY Die Lasertechnik gehört mit zahlreichen neuen Anwendungen,

Laser technology with its numerous innovative applications

etwa in der Messtechnik oder in der Materialbearbeitung,

such as metrology or laser material processing, is one of the

zu den wichtigsten Technologietreibern in Deutschland. Die

key technology drivers in Germany. The high costs required

enormen Wachstumspotenziale in der Kilowatt-Lasermaterial-

to ensure the availability of laser production systems and

bearbeitung können sich jedoch zurzeit noch nicht entfalten,

the need for highly specialized experts in the field of laser

da die ständige Verfügbarkeit von Laserproduktionsanlagen

technology (who must operate these systems) significantly

hohe Kosten verursacht und ihr Betrieb ein weitgehendes

restrict the enormous growth potentials in the area of kilowatt

Spezialwissen voraussetzt.

laser material processing.

Produktionsausfälle treten besonders häufig dann auf,

Production downtimes are mostly the result of several faulty

wenn in einem Lasersystem gleich mehrere Komponenten

process parameters that affect the laser system components.

fehlerhaft arbeiten. Dies führt zu zeitaufwändigen manuellen

The search for the cause of, and solution to, the problem

Wartungsarbeiten, um Fehler zu suchen und zu beheben. Bei

requires the time-consuming manual maintenance of the

CO2-Lasern muss beispielsweise jede optische Komponente

optical components: each beam guidance component must

des Laserstrahlführungssystems, vor allem der mitbewegten

be individually dismantled, checked, cleaned and/or replaced.

Umlenkspiegel – der so genannten »Fliegenden Optiken« –

And it is still not guaranteed that such an operation can

einzeln ausgebaut, überprüft und, falls erforderlich, gereinigt

recreate the exact original alignment. This in turn, entails

oder erneuert werden. Zudem lässt sich die ursprüngliche

lengthy, iterative readjustments to the laser beam guidance

Ausrichtung der wieder eingebauten Komponenten nicht

components. These production downtimes significantly

vollständig wiederherstellen. Die Folge ist eine zeitintensive

increase the overall costs.

iterative Feinjustage der optischen Komponenten, die Produktionsausfälle mit hohen Kosten mit sich bringt.

Within the joint research project ”Pro-La-Sys” (contract number: IN-5601), the Fraunhofer IPT is developing self-

Im InnoNet-Verbundprojekt »Pro-La-Sys« (Förderkennzeichen:

diagnosing laser system technology which can monitor the

IN-5601) entwickelte das Fraunhofer IPT eine selbstdiagnos-

process parameters of all the laser system components of CO2

tizierende intelligente Lasersystemtechnik für CO2-Laser-

laser production systems with large ranges of travel. The

Bearbeitungsportale mit vergleichweise großen Verfahrwegen.

intelligent system technology then diagnoses the correlated

Diese erfasst die Betriebszustände sämtlicher Lasersystem-

laser beam parameter responses and initiates appropriate

90

komponenten, diagnostiziert die korrelierten Auswirkungen

preventive measures. The laser system also features a new

auf die Laserstrahlparameter und leitet präventive Servicemaß-

automated beam guidance adjustment device based on active

nahmen ein. Das System verfügt über eine neue automatisier-

reflector modules adjusting with a large angular adjustment

te Strahlführungsjustage in Form aktiver Umlenkspiegelmodule

range at maximum resolution. It is now possible to upgrade

mit hohem Stellwinkelbereich bei gleichzeitig maximaler

CO2 laser welding systems using this modular laser system

Auflösung. Diese modular integrierbare Lasersystemtechnik

technology to create high availability self-diagnosing laser

erlaubt es, CO2-Laserschweißanlagen zu hochverfügbaren,

systems with integrated intelligent sensor-and-actor systems.

selbstdiagnostizierenden Laserkomplettsystemen mit integrierten, intelligenten Sensor-Aktor-Systemen aufzubauen.

In order to achieve a large optical travel range in addition to a high resolution and to make best use of the available space

Um auch unter den eingeschränkten Platzverhältnissen in

in existing laser production systems, high precision actuators

heute üblichen Laserbearbeitungsportalen einen großen

were used in combination with a hydrostatic system. High

Stellwinkelbereich der Laserumlenkspiegel und gleichzeitig

precision piezoelectric actuators were applied to tilt the mirrors

eine hohe Auflösung zu erzielen, setzt das Fraunhofer IPT

while a stepper motor translated the plane mirror. The travel is

auf Aktoren, die durch ein hydrostatisches System erweitert

alternatively amplified or reduced by means of the hydrostatic

werden. Bei den Antriebseinheiten zum Kippen der Spiegel

connection between the piezoelectric unit or stepper motor

handelt es sich um hochpräzise Piezo-Aktoren. Die Spiegel-

and the actuator unit. The bearing of the plane mirror is

Translation wird durch Mikro-Schrittmotoren sichergestellt.

realized by FEA-optimized flexure hinges for the tilting and the

Mit der hydrostatischen Verbindung zwischen Antriebs- und

translation of the mirror.

Aktorseite wird der Stellweg über- oder untersetzt. Die Spiegelverkippung und die Spiegel-Translation werden anhand neuer FEM-optimierter Festkörpergelenke gelagert. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Joffrey Stimpfl Telefon/Phone +49 241 8904-470 [email protected]

91

THEMEN TOPICS

ERANET-OPTICALSTRUCT – MIKROSTRUKTURIERUNG VON FREIFORMFLÄCHEN ERANET-OPTICALSTRUCT – MICROSTRUCTURING OF FREEFORM SURFACES Mit Leuchtdioden (LED) lassen sich innovative Beleuchtungs-

LED technology allows the development of many new

lösungen entwickeln – von Scheinwerfern für Kraftfahrzeuge

lighting systems, for example headlights for automobiles or

bis hin zu miniaturisierten Display-Beleuchtungen. In beiden

miniaturized illumination systems for display applications.

Fällen kommen aufwändige Kunststoffoptiken zum Einsatz,

Both applications require highly sophisticated polymer optics,

oft auch hybride Optiken, die Freiformflächen mit Mikrostruk-

often involving a combination of freeform surfaces and micro-

turen kombinieren. Mit solchen Kombinationen aus refraktiven

structures. By combining diffractive and refractive functions

und diffraktiven Elementen lassen sich Kosten sparen und

to establish such “hybrid” optical systems, the products can

gewichtsreduzierte optische Systeme fertigen.

be reduced in weight and become at the same time more cost-effective.

Das Forschungsprojekt »ERANET-OPTICALSTRUCT« (Förderkennzeichen: 02 PG 2623) hat einen wichtigen Beitrag

The research project »ERANET-OPTICALSTRUCT« (contract

dazu geleistet, hybride Optiken für innovative Beleuchtungs-

number: 02 PG 2623) has made an important contribution

konzepte herzustellen: Ziel des Projekts war eine optimierte

to the development of innovative lighting solutions that

Prozesskette, beginnend mit dem Optikdesign über die flexible

are based on hybrid optics. The project aimed to improve

Fertigung von Formeinsätzen durch Diamantzerspanung bis

the whole process chain from with the optical design via

hin zur Replikation und Charakterisierung der gefertigten Pro-

the flexible machining of molds by diamond cutting to the

dukte. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung

manufacturing and characterization of the replicated product.

und Forschung (BMBF) gefördert und vom Karlsruher Institut

The project was sponsored by the German Federal Ministry

für Technologie (KIT) betreut. An den Entwicklungen beteiligt

of Education and Research (BMBF) and managed by the

war ein europäisches Industriekonsortium.

Karlsruhe Institute of Technology (KIT). The development effort involved the participation of an European industry consortium.

Die Ultrapräzisionsbearbeitung mit Diamantwerkzeugen ist – neben dem Replikationsprozess – die Schlüsseltechnologie

Besides the replication process, the technique of ultra-precision

zur Herstellung hybrider Optiken und der dazugehörigen

machining with diamond cutting tools is the key technology in

Formeinsätze. Allerdings sind an der bestehenden Maschinen-

the production of hybrid optics and the corresponding molds.

und Prozesstechnik noch Optimierungen erforderlich, um

The ultra-precision machining systems, however, as well as the

hybride Optiken robust fertigen zu können. Zu diesem Zweck

process technology needed to be improved before they were

integrierte das Fraunhofer IPT ein hybrides Fast-Tool-Servo-

suitable for the production of hybrid optics. For this purpose, a

92

System (FTS) in eine Ultrapräzisionsdrehmaschine. Das hybride

new ultra-precision turning machine with an integrated hybrid

FTS verbindet eine langhubige, dynamische Achse mit einem

Fast Tool Servo (FTS) was developed. The hybrid FTS combines

hochdynamischen FTS. Der Freiformflächenanteil der hybriden

a long stroke dynamic axis with a highly dynamic FTS. The

Optik wird durch die langhubige Achse gefertigt. Gleichzeitig

freeform surfaces of the hybrid optics are machined by the

produziert das hochdynamische FTS die Mikrostruktur. Das

long stroke axis while the FTS is simultaneously producing

Fraunhofer IPT hat dazu ein piezobetriebenes FTS mit einem

the microstructures. For this application, the Fraunhofer IPT

neuen Werkzeugführungssystem entwickelt, das auf Fest-

developed a piezo driven FTS with an innovative tool guiding

körpergelenken basiert. Es umfasst ein Massenausgleichs- und

system which is based on flexures and incorporates mass-

ein Dämpfungssystem.

compensation and damping systems.

Die Regelung des hybriden FTS nutzt so genannte Field-

The control system of the hybrid FTS is using FPGA (Field Pro-

Programmable-Gate-Arrays für minimale Latenzzeiten in der

grammable Gate Array) technology for the feedback control

Positionsregelung. Dies erlaubt Taktfrequenzen bis zu 1 MHz.

and achieves minimal latency. Position clock rates of up to

Weitere Verbesserungen in der Solldatenverarbeitung vermei-

1 MHz are now possible. Further improvements in the control

den Umwandlungen von CAD-Daten, so dass das originale

unit protect the CAD data format from inadvertent changes,

Datenformat der Freiformflächengeometrie beibehalten und

preserving the original setpoint geometry of freeforms as long

die Genauigkeit verbessert wird.

as possible and enhancing the accuracy.

Der Prozess der Mikrostrukturierung mit Diamantwerkzeugen

Furthermore, it was examined whether the microstructuring

zum Erzeugen von Nutstrukturen mit optischer Oberflächen-

process was capable of generating groove structures in optical

güte wurde im Projekt eingehend untersucht: Feinkristalline

surface qualities. Fine crystalline or amorphous materials such

oder amorphe Materialien wie Nickel-Phosphor-Schichten

as Nickel-Phosphorus (NiP), were used to machine precise

kamen bei der Fertigung von Nuten mit Abmessungen im

v-grooves in the micrometer range. Improved machining

Bereich weniger Mikrometer zum Einsatz. Optimierte Ferti-

strategies now allow the high-precision machining of burr free

gungsstrategien erlauben nun die Fertigung gratfreier V-Nuten

v-groove structures. The new machine system and process

mit höchster Präzision. Das neue Maschinensystem und das

technology is now available for the machining of micro-

gewonnene Prozessverständnis stehen damit zur Fertigung

structured freeform surfaces and functional microstructures in

hybrider Optiken und funktionaler Mikrostrukturen für opti-

the field of optics or biotechnology.

sche Anwendungen und für die Biotechnologie zur Verfügung. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Arne Matrose Telefon/Phone +49 241 8904-155 [email protected]

93

THEMEN TOPICS

REPLIKATION VON FREIFORMFLÄCHENOPTIKEN DURCH KUNSTSTOFFSPRITZGUSS REPLICATION OF FREEFORM OPTICS BY PLASTIC INJECTION MOLDING Die Anwendung von Kunststoffoptiken mit Freiformflächen

Polymer optics with freeform surfaces can be used for various

bietet sich vor allem in Kombination mit der immer häufiger

innovative products especially in combination with the increas-

eingesetzten LED-Technologie für verschiedenste neue Pro-

ingly used LED technology. The Fraunhofer IPT considers the

dukte der Beleuchtungstechnik an. Das Fraunhofer IPT befasst

whole process chain for the production of innovative freeform

sich mit der gesamten Prozesskette zur Herstellung neuer

optics and aims to exploit the energy saving potentials that

Freiformflächenoptiken. Ziel ist es, Kunststoffoptiken mit Frei-

result from the use of polymer optics with freeform surfaces.

formflächen herzustellen, die in Beleuchtungsanwendungen dazu beitragen, Energie zu sparen.

An integrated approach for the optimization of the process chain for the replication of innovative polymer optics with

Im Projekt »InnoLight« (Förderkennzeichen: IN-7013) steht die

freeform surfaces is pursued in the project “InnoLight“

ganzheitliche Betrachtung und Optimierung der Prozesskette

(contract number: IN-7013) which is funded by the German

zur Replikation neuer Kunststoffoptiken mit Freiformflächen

Federal Ministry of Economics and Technology (BMWi).

im Vordergrund. Das Projektkonsortium umfasst ein weiteres

The project consortium therefore includes another research

Forschungsinstitut, das sich mit dem Optik-Design beschäftigt,

institute that works on the optical design, companies from the

sowie Unternehmen aus den Bereichen der Oberflächen-

industries of surface coatings, data processing, and metrology

beschichtung, der Datenverarbeitung, der Messtechnik sowie

as well as potential end users.

künftigen industriellen Anwendern. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) im

The optimization of the injection (compression) molding pro-

InnoNet-Programm gefördert.

cess and the iterative shrinkage compensation are important aspects. Hence, Fraunhofer IPT develops a master mold for

Besondere Bedeutung kommt im Projekt der Optimierung

the injection compression molding process that is specifically

des Spritzgieß- und Spritzprägeprozesses sowie der iterativen

designed for the replication of thickwalled polymer optics and

Schwindungskompensation durch Modifikation der Werk-

that will enable various analyses and possibilities to influence

zeugformeinsätze zu. Dafür entwickelt das Fraunhofer IPT ein

the properties of the polymer optics. Fully functional proto-

Spritzprägestammwerkzeug, das speziell auf die Replikation

types for the automotive industry and for the interior lighting

dickwandiger Kunststoffoptiken mit Freiformflächen ausgelegt

of buildings will be produced at the end of the project.

ist. Das neue Werkzeug bietet zahlreiche Möglichkeiten, die Eigenschaften der Kunststoffformteile zu untersuchen und zu

The project “OptiLight“ (contract number: 02PO2464) which

beeinflussen. Funktionsfähige Prototypen für die Beleuchtung

is funded by the German Federal Ministry of Education and

94

von Kraftfahrzeugen und zur Innenbeleuchtung von Gebäu-

Research (BMBF) concentrates on the exploitation of energy

den sollen zum Projektende bereitstehen.

saving potentials in the production and use of lighting products. The project features one other research institute and

Das Forschungsprojekt »OptiLight« (Förderkennzeichen:

several industrial corporations which are planning to tap the

02PO2464), gefördert vom Bundesministerium für Bildung und

market potential for energy saving products.

Forschung (BMBF), soll die Potenziale zur Energieeinsparung in der Produktion und Anwendung von Beleuchtungsprodukten

In this project, the Fraunhofer IPT develops a mold for the

erschließen. Partner im Projekt sind ein weiteres Forschungs-

injection compression molding process that will enable the

institut sowie verschiedene Industrieunternehmen, die neue,

replication of integrated microstructures which can be used

energiesparende Produkte zur Marktreife führen wollen.

for the realization of new approaches in defined light guiding. The mold will also allow the production of reflective optical

Das Fraunhofer IPT entwickelt im Projekt ein Spritzprägewerk-

elements by back injection molding of reflective films and

zeug, mit dem sich Mikrostrukturen für eine gezielte Licht-

thereby pave the way for more energy-efficient production

lenkung in optische Elemente integrieren lassen. Anhand

processes.

dieses Werkzeugs lassen sich auch reflektive optische Elemente durch Hinterspritzen reflektierender Folien herstellen. Die

The results of the project will be used for the energy-efficient

Produktion dieser Bauteile ist im Vergleich zu herkömmlichen

production and use of lighting systems for street lighting and

Verfaheren besonders energieeffizient.

the advertising industry.

Die Projektergebnisse fließen in die Entwicklung von Beleuchtungssystemen für die Straßenbeleuchtung und die Werbeindustrie ein. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Philipp Kolb Telefon/Phone +49 241 8904-422 [email protected]

95

THEMEN TOPICS

MINIATURISIERTE SONDEN FÜR DIE OPTISCHE MESSTECHNIK MINIATURE PROBES FOR OPTICAL MEASUREMENT INSTRUMENTS Die Messung kleiner und hochgenau gefertigter Strukturen

Measurements of small structures produced with high-

erfordert miniaturisierte Messsonden, die genau an die

precision manufacturing techniques require miniaturized

jeweilige Prüfaufgabe angepasst sind. Vom Design über das

sensing probes that have been customized to their highly

mechanische Konzept bis hin zum Bau und zur Montage bie-

specialized tasks. The Fraunhofer IPT provides a large variety

tet das Fraunhofer IPT für zahlreiche Anwendungen passende

of these probes for different applications of optical metrology,

Sonden für die optische Messtechnik an.

offering services that range from development of mechanical concepts and designs to production and assembly.

In der modernen industriellen Fertigung, vor allem in der Automobiltechnik, der Mikrosystemtechnik und der Medizin-

The current trends in industrial production – especially in the

technik, geht ein starker Trend hin zu immer filigraneren und

automotive industry, microsystems technology and medical

komplexeren Strukturen. Ein Beispiel für solche Strukturen sind

technology – favor ever more filigree and complex structures.

die Spritzlöcher, durch die Kraftstoff in Dieselmotoren unter

One example for such structures are the sprayholes in diesel

hohem Druck in die Brennkammer strömt und dort verwirbelt

engines which serve to increase the pressure on the fuel,

wird. Die Form dieser Bohrungen entscheidet über die

forcing it to swirl into the combustion chamber. The shape

Effizienz des Verbrennungsprozesses und damit letztlich über

of these drilled holes has a major impact on the efficiency of

den Kraftstoffverbrauch. Die Herstellung dieser Strukturen

the combustion process and, ultimately, on fuel consumption.

mit Durchmessern von nur etwa 100 μm – und weiter abneh-

These structures currently have a diameter of about 100 μm –

mender Tendenz – stellt die Fertigungsmesstechnik vor neue

tendency falling – and confront measurement engineers with

Herausforderungen, die sich mit heute verfügbaren Systemen

challenges they are unable to resolve satisfactorily on the basis

nicht zufriedenstellend bewältigen lassen.

of the currently available systems.

Durch den Einsatz von Lichtwellenleitern als optisches

By using wave guides as optical transmission medium, the

Übertragungsmedium lassen sich die Sonden flexibel in ver-

sensing probes can be flexibly used in various applications with

schiedensten Anwendungen mit erschwerter Zugänglichkeit

reduced accessibility such as profiled grooves or machine beds.

einsetzen, wie beispielsweise der Messung in Profilnuten oder

Several distributed probes can be addressed by a single evalu-

Maschinenbetten. Indem mehrere verteilte Sonden mit nur

ation unit, which offers the possibility to realize cost-effective

einer Auswerteeinheit adressiert werden, lassen sich kosten-

multi-point measurement systems.

günstige Vielstellenmesssysteme aufbauen.

96

Um solche und ähnliche Messaufgaben lösen zu können,

In order to cope with these and similar measuring tasks,

entwickelt das Fraunhofer IPT miniaturisierte Sonden. Durch

the Fraunhofer IPT is developing miniaturized probes. By

die Kombination von Mikrooptiken und faseroptischen Kom-

combining micro-optical elements and fiber optic components,

ponenten können die Sonden heute mit Durchmessern bis zu

probes with diameters of down to 80 μm (in configurations

80 μm gefertigt werden, jeweils in 0° oder 90°-Konfiguration

of 0° or 90° for borehole measurements) can be produced.

für die Bohrungsmessung. Zur Montage, Bearbeitung und

The Fraunhofer IPT is also comprehensively equipped for

Konfektionierung von Lichtwellenleitern für faseroptische

the assembly, processing and customization of optical wave

Komponenten verfügt das Fraunhofer IPT über eine umfassen-

guides for fiber optic components.

de Geräteaustattung. Additional research and development projects will concentrate Schwerpunkt der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind

on a further reduction of the probe size and the integration

neben einer noch stärkeren Miniaturisierung die Integration

of sensors into metrological applications such as the measure-

der Sensorik in Applikationen wie der Rundheits- und

ment of roundness and gearing. Furthermore, a special probe

Verzahnungsmesstechnik. Zusätzlich arbeitet das Fraunhofer

is planned for realization, which can be used in coordinate

IPT an einer Spezialsonde, die sich in Koordinatenmessgeräten

measuring machines for applications such as ashpere testing,

für Anwendungen wie der Asphärenprüfung, Messung der

inspection of cooling holes in turbine blades or measurements

Kühlbohrungen in Turbinenschaufeln oder der Mikrostruk-

of microstructures. Additionally, the Fraunhofer IPT aims at

turprüfung einsetzen lässt. Ein weiteres Ziel ist die Erfassung

the acquisition of non-geometrical measures e.g. temperature,

von nicht-geometrischen Größen wie Temperatur, Druck oder

pressure or humidity by means of fiber optical probes.

Feuchtigkeit mit faseroptischen Sonden. Kontakt/Contact Dipl.-Phys. Niels König Telefon/Phone +49 241 8904-113 [email protected] Dr.-Ing. Stephan Bichmann Telefon/Phone +49 241 8904-245 [email protected]

97

THEMEN TOPICS

ADAPTIVE OPTIKFERTIGUNG MIT MASCHINENINTEGRIERTER MESSTECHNIK MACHINE-INTEGRATED METROLOGY FOR THE ADAPTIVE PRODUCTION OF OPTICAL COMPONENTS Komplex geformte Mikrooptikkomponenten finden heute

Micro-optic components with complex geometries are

Einsatz in zahlreichen Anwendungen und Industriezweigen

increasingly finding favor in many applications and industries.

– und der Bedarf wächst weiter. Beispielanwendungen sind

Typical examples are the objectives for cell phone cameras and

Objektive für Handykameras oder DVD-Leseköpfe. Doch

DVD read heads. The process of manufacturing these compo-

die Fertigung und Prüfung dieser Bauteile ist aufgrund der

nents and of subjecting them to a thorough quality control,

geforderten hohen Formtreue und der asphärischen Funk-

however, is still very expensive, due to the high levels of

tionsflächen immer noch mit hohen Kosten verbunden. Dieser

accuracy required and the aspherical surfaces involved. This is

Herausforderung nimmt sich das Fraunhofer IPT nun an und

a challenge taken up by the Fraunhofer IPT which has started

entwickelt im Projekt »MicroAdapt« eine maschinenintegrierte

to develop a machine-integrated measuring technology for

Asphären-Messtechnik.

aspheric surfaces in the “MicroAdapt“ project.

Eine automatisierte Messung und Korrekturbearbeitung

Automatic measurements and corrections that are directly

direkt in der Fertigungsmaschine kann die Fertigungszeiten

integrated into the manufacturing process can shorten the

für komplexe, asphärische Optiken deutlich verkürzen: Der

cycle times for complex and aspherical optical components

aufwändige Einrichtevorgang bei jeder der bis zu fünf iterativ

considerably – cutting out the time-consuming setup

durchgeführten Korrekturbearbeitungen entfällt. Gleichzeitig

required for each of the (up to) five correction stages. Such

lässt sich auch eine höhere Genauigkeit erzielen, da bei

a system would also serve to improve the accuracy of the

diesem Vorgehen keine Umspannfehler auftreten können. Die

production process, eliminating the potential error source of

adaptive Korrekturbearbeitung verlangt das Zusammenspiel

the conversion process (unclamping and reclamping). Such

der Komponenten Maschine und Maschinensteuerung mit

an adaptive correction system requires its components – the

dem Sensor. Die geforderte Flexibilität gewährleistet dabei

machine and the machine control unit – to interact with

eine Schnittstelle zum CAD/CAM-System. Im Verbundprojekt

the sensor. The interface to the CAD/CAM system would

»MicroAdapt« koordiniert das Fraunhofer IPT die Komponen-

need to provide the required degree of flexibility. In the joint

tenentwicklungen und integriert die Asphären-Messtechnik in

project “MicroAdapt«, the Fraunhofer IPT coordinates the

eine automatisierte adaptive Fertigungszelle.

development of the individual components and integrates the measuring technology for aspherical surfaces into an automatic adaptive manufacturing cell.

98

Die maschinenintegrierte Asphären-Messtechnik besteht

The integrated measuring technology for aspherical surfaces

aus einem neuen, punktuell und äußerst schnell messenden

features a new deflectometry sensor, capable of performing

deflektometrischen Sensor, der von den Bearbeitungsachsen

measurements quickly and with pin-point accuracy, that

einer Fertigungsmaschine über den Prüfling geführt wird. Die

is guided across the components by the machining axes

Sensordaten werden über die Achspositionen der Fertigungs-

of the production facility. The data provided will then be

maschine referenziert, sodass die Prüflingstopografie berech-

referenced, taking into account the axial positions, enabling

net werden kann. Der Sensor kann sehr starke Abweichungen

the machine to calculate the topography of the component.

von der Sollgeometrie erfassen und eignet sich deshalb gerade

The sensor is capable of detecting significant deviations from

auch zur Messung starker Asphären und Freiformflächen. Auf

the target geometries which is why it is specifically suitable

Basis der Messdaten erfolgen ein Soll-Ist-Vergleich und die

for the measurements of strong aspherical bodies and free

Berechnung einer korrigierten Fertigungsbahn, mit der der

formed surfaces. On the basis of the measuring data, a target-

Formfehler minimiert wird.

performance comparison can be conducted, and a corrected manufacturing track can be calculated which will minimize the

Das Fraunhofer IPT bringt in dieses Projekt seine Kompe-

defects in shape.

tenzen aus der maschinenintegrierten Optikprüfung mit ultrapräzisen Messverfahren ebenso ein wie seine Erfahrung

The contributions of the Fraunhofer IPT to the project include

bei der Umrüstung und Nutzung von Fertigungsmaschinen

its skills and competences in the machine-integrated control of

als Messgerät. Ein Arbeitsschwerpunkt des Fraunhofer IPT

optical components with ultra-precise measuring technologies

ist dabei die synchrone Erfassung der Achspositionen in

and its experiences in the conversion of manufacturing

Echtzeit und die Entwicklung und Umsetzung der Mess- und

equipment to combined production and measuring instru-

Kalibrierstrategien.

ments. One area where the Fraunhofer IPT has particularly distinguished itself is the simultaneous and real time capture

Neben dem Fraunhofer IPT besteht das Konsortium aus dem

of data about the axial positions and the development and

Messtechnikhersteller TRIOPTICS GmbH, den Optikmaschinen-

implementation of measuring as well as calibration strategies.

Herstellern LT Ultra-Precision Technology GmbH und Satisloh GmbH sowie dem CAD/CAM-Entwickler ModuleWorks GmbH.

In addition to the Fraunhofer IPT, the consortium features

Das Projekt »MicroAdapt« (Förderkennzeichen: 02PC2052)

TRIOPTICS GmbH (manufacturer of optical test instruments),

wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung

LT Ultra-Precision Technology GmbH and Satisloh GmbH (pro-

(BMBF) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA-PFT)

viders of optics manufacturing machines) and ModuleWorks

des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) betreut.

GmbH (a company that develops CAD/CAM components). The project “MicroAdapt“ (contract number: 02PC2052) is

Kontakt/Contact

supported by the German Federal Ministry for Education and Research (BMBF) and coordinated by the Projektträger Karls-

Dipl.-Ing. Karl Vielhaber

ruhe (PTKA-PFT) of the Karlsruhe Institute of Technology (KIT).

Telefon/Phone + 49 241 8904-476 [email protected]

99

THEMEN TOPICS

SOFTWARE FÜR DIE OPTIKPRÜFUNG INSPECTION SOFTWARE FOR OPTICAL COMPONENTS Die Fertigung moderner Präzisionsoptiken stellt hohe Anfor-

The manufacturing processes of today’s sophisticated, high-

derungen an die produktionsunterstützende Qualitätsprüfung.

precision optical components confront quality assurance with

Nicht nur die eigentliche Messtechnik, sondern gerade auch

a range of challenges. Besides the conduction of measure-

die Messdatenauswertung ist hier von besonderer Bedeutung.

ments some of the hardest problems arise when it comes to

Erst sie erlaubt es, die Prüflinge zu bewerten, Fertigungsfehler

evaluating data. Only this evaluation enables managers to

aufzudecken und Formfehler zu kompensieren. Die vollflächige

assess the samples in order to reveal production errors and to

Inspektion optischer Komponenten erfordert deshalb speziell

compensate irregularities. The inspection of the entire surface

angepasste Softwarelösungen.

of optical components therefore requires customized software solutions.

Das Fraunhofer IPT arbeitet seit vielen Jahren auf dem Gebiet der Optikherstellung und -prüfung und verfügt über fundierte

The Fraunhofer IPT has been producing and assessing optical

Kenntnisse in der Messdatenauswertung und -rückführung.

components for many years, acquiring a wide range of

Auf dieser Basis entwickelt das Fraunhofer IPT anwendungs-

skills and experiences in the evaluation of measuring data

bezogene Softwarelösungen zur Datenverarbeitung, passt die-

and in the development of compensation strategies. On

se individuell an und integriert sie in bestehende Auswertepro-

this foundation, Fraunhofer IPT is currently developing and

gramme. Umgesetzt wurden bereits Algorithmen zur Filterung

customizing application-oriented data processing software

von Messdaten, zur automatisierten Datensegmentierung,

solutions, eventually integrating them into existing evaluation

zur Grob- und Feinregistrierung von Mess- und Solldaten, zur

programs. Several algorithms have been implemented, includ-

Erzeugung von Abweichungskarten und zum Vorhalten der

ing algorithms to filter measuring data, to automate data

festgestellten Abweichungen in den Designdaten.

segmentation, to provide fine and coarse registration of actual and target data, to generate error maps and to modify design

Zur funktionsorientierten Prüfung von Optiken dienen

data in order to compensate the measured deviations.

nicht nur die Topografiedaten, sondern immer öfter auch Oberflächeninformationen über die Neigung und die lokale

In addition to the data on topography of the components,

Brechkraft. Anhand dieser Daten lässt sich die Oberflächen-

function-oriented inspections of optical elements increasingly

welligkeit beurteilen, die Streulicht verursacht und die optische

aim at information concerning their slope and local refractive

Leistung vermindert. Zu diesem Zweck werden die Mess- und

power. These data allow assessments of the surface waviness,

Solldaten auch für die Neigungsinformationen registriert. So

which lead to scattered light and affect the component’s

lassen sich später die Neigungsfehler visualisieren. Vor allem in

overall performance. This is why target and actual data are

der Herstellung von Asphären und Freiformflächen, die durch

also matched concerning the surface slope. This will allow the

100

Mehrachs-Bearbeitung hergestellt werden, tragen diese Daten

visualization of slope errors at a later stage. These data help

dazu bei, Fertigungsfehler zu kompensieren und so Ausschuss

to compensate production errors and to cut the proportion of

zu verringern.

waste, specifically in the production of aspherical components and free formed surfaces that have been manufactured in

Die Grundlagen für die Softwarelösungen zur Optikprüfung

multi-axial machining processes.

erarbeitete das Fraunhofer IPT im EU-Projekt »Production4μ« (Förderkennzeichen: FP6-2004-NMP-N1-4) und entwickelt

The foundations of the software solutions for the inspection

sie zukünftig für den industriellen Einsatz weiter. Dazu zählt

of optical components were established by the Fraunhofer

beispielsweise auch der Import verschiedener Design- und

IPT in the EU project “Production4μ” (contract number:

Messdatenformate, die normgerechte Filterung von

FP6-2004-NMP-N1-4). Currently, these solutions are in the

Messpunktewolken und die Bestimmung kundenbezogener

process of further development which will ultimately lead to

Kenngrößen. Ziel ist es, Optikhersteller in die Lage zu

their application on an industrial scale. Ongoing research,

versetzen, Freiformoptiken mit höchsten Formgenauigkeiten

for example, is focusing on the import of various formats

prozesssicher und effizient zu fertigen.

for design and measuring data, how to filter point clouds of measurement data in compliance with the existing standards

Kontakt/Contact

and on the establishment of customer-specific parameters. The ultimate objective is to enable manufacturers to produce free

Dipl.-Wirtsch.-Ing. Danny Köllmann

formed optical elements reliably, efficiently and to the highest

Telefon/Phone +49 241 8904-486

standards of accuracy.

[email protected]

101

THEMEN TOPICS

ROBUSTE ALGORITHMEN FÜR DIE PRODUKTIONSNAHE INTERFEROMETRISCHE OPTIKPRÜFUNG ROBUST ALGORITHMS FOR THE INTERFEROMETRIC INSPECTION OF OPTICAL COMPONENTS Die Prüfung komplex geformter Optikkomponenten wie

The inspection of optical components with complex geome-

Asphären oder Linsenarrays ist eine Schlüsseldisziplin im

tries such as aspherical components and lens arrays is a key

Herstellungsprozess. Um die Fertigung zu unterstützen,

element of the production process. The Fraunhofer IPT is cur-

integriert das Fraunhofer IPT verschiedene ultrapräzise,

rently looking for ways of facilitating this task by integrating

interferometrische Messverfahren in die Produktion. So lassen

a range of ultra-precise interferometric measuring techniques

sich die gemessenen Formabweichungen für die Korrektur

into the production process, allowing the machine to base a

der gefertigten Optiken nutzen. Noch mehr Flexibilität und

correction of the optical components on any deviation from

Zuverlässigkeit bei der Qualitätssicherung unter Produktions-

the target form. Robust, digital-holographic reconstruction

bedingungen sollen nun robuste, digitalholographische

techniques will ensure that the in-production-line quality con-

Rekonstruktionsverfahren bieten.

trol will provide even higher levels of flexibility and reliability.

Die interferometrische Optikprüfung ist ein berührungsloses

The interferometric inspection is a non-contact and non-

und nicht-invasives Messverfahren, mit dem sich die Form

invasive technique that allows the metrology engineers to

optischer Oberflächen und Formeinsätze für die Replikation

establish the shapes of optical surfaces and inserts for their

erfassen lässt. In der Produktion optischer Bauteile, wie sie

replication. For manufacturers of optical components (for

beispielsweise in Foto- und Handykameras oder auch in der

example, components of cameras, cell phone cameras and

Medizintechnik eingesetzt werden, ist die Qualitätskontrolle

medical equipment), a reliable quality control procedure is an

ein unverzichtbarer Teil der Prozesskette.

indispensable element of their process chain.

Das Fraunhofer IPT forscht im Sonderforschungsbereich

In the Collaborative Research Centre SFB/TR4 “Process

SFB/TR4 »Prozessketten zur Replikation komplexer Optik-

Chains for Replication of Complex Optical Components”,

komponenten« unter anderem an robusten interferomet-

the Fraunhofer IPT is currently conducting research on robust

rischen Verfahren, die auch den Umgebungseinflüssen in

interferometric techniques capable of performing their

Fertigungsmaschinen standhalten.

measuring tasks in the harsh industrial environment of a manufacturing machine.

102

Bei der Formerfassung von Optikkomponenten kommt nicht

For the purpose of detecting the shape of optical components,

nur die klassische Interferometrie, sondern auch die digitale

digital holography is applied to complement classical interfero-

Holographie zum Einsatz. Diese eignet sich vor allem zur

metrics. Digital holography is a particularly useful instrument

automatischen Formprüfung in der Optikproduktion, denn sie

in the automatic shape verification of optical components,

bietet im Falle unscharf aufgenommener Interferogramme den

since it allows – in the event that the interferogram has only

Vorteil einer nachträglichen und einfach umsetzbaren compu-

managed to deliver a blurred image – the focus to be re-

tergestützten Nachfokussierung. Auf diese Weise erhöht sich

adjusted quickly on the computer. This increases the accuracy

die Genauigkeit des Messverfahrens und es müssen keine un-

of the measuring process significantly. The concept of digital,

scharfen Aufnahmen mehr verworfen werden. Zudem lassen

parametric lenses also enables the engineers to perform

sich durch das Konzept numerischer, parametrischer Linsen

operations that would normally require optical components.

Operationen durchführen, die üblicherweise nur mit optischen

Once the digital lenses have been adapted, aberrations and

Komponenten umgesetzt werden können. Nach erfolgter

contorted images can be fully corrected. By applying LEDs

Anpassung der numerischen Linsen gelingt es, Aberrationen

instead of lasers, the Fraunhofer IPT is providing the basis

und Bildverzerrungen vollständig zu korrigieren. Indem das

for the use of digital-holographic algorithms that allow the

Fraunhofer IPT LEDs anstelle von Lasern einsetzt, schafft es die

digital representation of a sample on multiple levels. This

Grundlagen für digitalholographische Algorithmen, mit denen

tomographic technique is also viable for the inspection of

sich eine Probe nachträglich in verschiedenen Ebenen nume-

many transparent bodies.

risch abbilden lässt. Solch ein tomografisches Verfahren erhöht den Anwendungsbereich bei transparenten Prüfkörpern.

The sub-project M2 “Automatic Measurement Systems for the Macro-Geometry of Ultra-Precise Components in Manu-

Das Teilprojekt M2 »Automatisierte Messung der Makro-

facturing Equipment” of the SFB/TR4 enjoys the support of the

geometrie ultrapräziser Bauteile in Fertigungsmaschinen«

German Research Foundation (DFG). The research of the SFB

im SFB/TR4 wird gefördert durch die Deutsche Forschungs-

is conducted by the Fraunhofer IPT in close cooperation with

gemeinschaft (DFG). Die Arbeiten im SFB führt das Fraunhofer

the University of Bremen and the Oklahoma State University in

IPT in Zusammenarbeit mit den Universitäten Bremen und

North America. Together, they aim to develop the integrated

Oklahoma State aus den USA durch. Ziel ist es, die Prozess-

process chain of optical component replication, strengthening

kette der Optikreplikation ganzheitlich weiterzuentwickeln

the competitiveness of optical manufacturers in Germany.

und so die Optikproduktion am Standort Deutschland zu stärken. Kontakt/Contact Dipl.-Phys. Stephan Stürwald Telefon/Phone +49 241 8904-439 [email protected]

103

THEMEN TOPICS

ZUSAMMENARBEIT IN STANDORTÜBERGREIFENDEN PROZESSKETTEN ERFOLGREICH ABSICHERN SUCCESSFULLY ENSURING COLLABORATION IN PROCESS CHAINS ACROSS LOCATIONS Die wachsende Komplexität technischer Produkte veranlasst

The increasing complexity of technical products causes more

produzierende Unternehmen immer öfter zur Zusammenarbeit

and more industrial enterprises to cooperate with highly

mit hochspezialisierten Partnern. Durch die standortüber-

specialized partners, creating a growing need for formalized

greifende Zusammenarbeit der Beteiligten steigen jedoch

methods to plan, design and manage such joint ventures.

auch die Anforderungen an eine erfolgreiche Planung und

Quality management tools can help to assure the success of

Absicherung der Produktentstehung. Werkzeuge des prozess-

such cross-site process chains.

kettenübergreifenden Qualitätsmangements unterstützen die zielgerichtete Arbeit in solchen Prozessketten.

In close cooperation with research institutes from Aachen, Bremen and Oklahoma, USA, the Fraunhofer IPT is developing

Das Fraunhofer IPT erarbeitet gemeinsam mit weiteren

the foundations for the replicated manufacturing of complex

Forschungsinstituten aus Aachen, Bremen und Oklahoma/

optic components, a project supported by the German

USA im DFG-geförderten Sonderforschungsbereich SFB/TR4

Research Community (DFG) as part of the Collaborative

»Prozessketten zur Replikation komplexer Optikkomponen-

Research Centre “SFB/TR4”. The challenging duties and

ten« die Grundlagen für die replikative Herstellung komplexer

responsibilities in cross-location process chains include the

Optikomponenten. Hier gilt es nicht nur, die einzelnen

need to control every single production step as well as the

Prozessschritte zu beherrschen. Durch diese Standortverteilung

need to plan and manage the entire process chain – from

werden auch die Planung und das zielorientierte Abarbeiten

optical design over mold production to the replication of

der gesamten Prozesskette – vom Optikdesign über den

optics. Of particular importance are the specification of the

Formenbau bis hin zur Replikation der Optiken – zu einer

target characteristics of the optics and the coordination of the

herausfordernden Aufgabe. Schwerpunkte liegen bei der

interfaces between the individual process steps.

eindeutigen Spezifikation der gewünschten Merkmale der Optik und bei der Abstimmung der Schnittstellen zwischen

For this purpose, the Fraunhofer IPT developed practice-

den einzelnen Prozessschritten.

oriented quality management tools and implemented them into an internet-based software application. A tremendous

Zu diesem Zweck entwickelte das Fraunhofer IPT innerhalb

advantage of this solution is its time- and location-indepen-

dieses Projekts praxisorientierte Werkzeuge des Qualitäts-

dent availability for the users. In addition to basic functions

104

managements und setzte diese in Form einer internetbasierten

such as a clear visualization of all process chains and of the

Softwareanwendung um. Der entscheidende Vorteil liegt in

contact information about every project member, it offers

der orts- und zeitunabhängigen Verfügbarkeit der Software

elements that are customized to the special requirements of

für die Anwender. Sie bietet neben Grundfunktionen wie

cross-location process chains.

einer übersichtlichen Darstellung aller Prozessketten und der Kontaktdaten aller Projektmitglieder auch Elemente, die

For example: A detailed index of features for every optical

speziell an die Herausforderungen der standortübergreifenden

component allows explicit target-performance comparisons. A

Zusammenarbeit angepasst sind.

timetable diagram contrasts the schedules with actual process sequences, demonstrating the links between delays and their

Ein detaillierter Merkmalskatalog für jede Optik erlaubt

causes. Also, requests between individual process steps for

beispielsweise den eindeutigen Vergleich der gewünschten

certain information or components can be coordinated and

Soll- mit den erreichten Ist-Ausprägungen. Ein grafisch

monitored with the help of a request-supply-matrix. This way,

aufbereiteter Zeitplan stellt den geplanten Zeitverlauf einer

the tasks and responsibilities of every individual process step

Kette dem realen gegenüber und schafft so Transparenz bei

can be planned in detail. This allows those who are involved to

zeitlichen Verzögerungen und deren Ursachen. Darüber hinaus

track the sequences of the chain and to establish whether or

können Forderungen zwischen den einzelnen Prozessschritten,

not progress has been made.

wie benötigte Informationen oder Bauteile anhand einer Anforderungs-Lieferungs-Matrix, eindeutig untereinander

This software proved itself as an important tool in the

abgestimmt und nachverfolgt werden. Die Arbeiten der

target-oriented work of “SFB/TR4” and will be upgraded with

einzelnen Prozessschritte lassen sich auf diese Weise detailliert

additional functions and tools to ensure the further progress

planen. Der Ergebnisfortschritt der Kette wird klar erfasst und

of the project.

abgesichert. Die Software konnte sich im »SFB/TR4« als ein wichtiges Werkzeug zur zielgerichteten Durchführung der bisherigen Arbeiten beweisen und wird jetzt um weitere Funktionen und Werkzeuge ergänzt, um den Prozesskettenfortschritt abzusichern. Kontakt/Contact Dr.-Ing. Stephan Bichmann Telefon/Phone +49 241 8904-245 [email protected] Dipl.-Wirt.-Ing. Peter Becker Telefon/Phone +49 241 8904-260 [email protected] 105

THEMEN TOPICS

STUDIE: WIE KULTUR BEIM WANDEL HILFT STUDY: HOW CULTURE SUPPORTS CHANGE Veränderungsprojekte bedürfen einer professionellen

Change projects require a professional approach: good project

Herangehensweise: Gutes Projektmanagement, gezielte

management, applicable techniques, clear communication

Methoden, klare Kommunikation und hierarchieübergreifende

strategies and forms of participation are cornerstones for

Partizipation gelten als Grundlagen erfolgreicher Veränderung.

successful change. At the same time, the existing corporate

Gleichzeitig bedingt die vorherrschende Unternehmenskultur

culture predetermines how the individual organization reacts

die individuelle Reaktion einer Organisation auf Veränderun-

to change. Fraunhofer IPT conducted a study to find out what

gen. In einer Studie untersuchte das Fraunhofer IPT, inwiefern

impact an understanding of methodology and corporate

Methodenverständnis und das Einschätzen und Reagieren auf

culture have on the outcomes of projects.

die Kultur entscheidend sind für Projekterfolge. The times when change management was practiced by large Die Zeiten, in denen Veränderung nur ein Thema von großen,

multinational corporations only have long gone. Nowadays,

multinationalen Konzernen war, sind vorbei. Auch kleine und

small and medium-sized enterprises are under increasing

mittlere Unternehmen müssen sich immer schneller anpassen.

pressure to change more rapidly. This need for change has

Die Gründe und Auslöser dafür sind vielfältig: Führungskräfte

many reasons: the quick turnaround of people on the top

wechseln schneller, Anforderungen an Zulieferer, etwa durch

management level, the obligation of suppliers to adapt to

Standards oder kurze Produktlebenszyklen, steigen und auch

constantly changing standards and shortening product life

kleine Unternehmen arbeiten über Landesgrenzen hinweg

cycles, globalization of international trade that forces even

und an vielen Standorten. Um den Methodeneinsatz und die

small enterprises to work across national frontiers and operate

relevanten Merkmale der Unternehmenskultur in Verände-

a large number of production sites. Fraunhofer IPT surveyed

rungsprojekten produzierender Unternehmen zu untersuchen,

more than 500 top managers and consultants concerning

befragte das Fraunhofer IPT mehr als 500 Führungskräfte und

completed change projects in order to establish the methods

externe Berater zu absolvierten Change-Projekten.

used and to analyze the relevant features of the corporate culture.

Die Studie zeigt, dass einige Kulturmerkmale besonders starken Einfluss auf den Erfolg von Veränderungsprojekten haben:

The study demonstrated that some features of the corporate

So ist die Identifikation mit dem Unternehmen und auch mit

culture were clearly more important than others for the suc-

dem Produkt ein wichtiges Merkmal. Ihre Ausprägung kann

cess of change projects: the degree of employees identification

je nach Veränderungsprojekt jedoch sowohl positive als auch

with the enterprise and the product, for example, were crucial

negative Wirkung haben. Was Mitarbeiter annehmen, auf

elements. Depending on the nature of the individual project,

welche Anreize sie reagieren und wann sie eine Veränderung

the degree of identification could have a positive or negative

mittragen wird stark durch die Kultur beeinflusst. Ob die

impact. Corporate culture determines what employees are

Merkmale eher förderlich oder hemmend für ein Projekt

willing to accept, the way they react and whether or not they

106

sind, hängt aber zusätzlich von der Art der Veränderung und

are eager to support change. Whether these features serve

von den eingesetzten Methoden ab. Zum Zusammenhang

to accelerate or slow down the project’s progress, however,

zwischen Methodeneinsatz und Projekterfolg ergeben sich

depends on the type of change and on the methods used.

unter anderem folgende zentrale Aussagen:

Based on an analysis of the interaction between methodology and the successful outcome of the project, several conclusions

• Mitarbeitern sollte die Möglichkeit zum Informations-

were made, as follow:

austausch gegeben werden. • Leitfiguren sollten die angestrebte Veränderung vorleben. • Rollen und Zuständigkeiten der Mitarbeiter sollten zu Projektbeginn klar definiert werden.

• Employees should be given opportunities for an exchange of information. • Executives have to act as role models, pioneering the desired changes.

Über die erfolgreiche Durchführung von Veränderungsprojekten entscheiden also sowohl die Methodenkompetenz als

• Roles and responsibilities of the individual employees should be precisely defined at the start of the project.

auch das Wissen um die Ausprägung und Auswirkungen der Unternehmenskultur. Es liegt bei den Verantwortlichen, ihre

The successful outcome of change projects is determined by

Mitarbeiter optimal auf Veränderungen vorzubereiten und

the methodological competence as well as by an awareness

so das Gelingen solcher Projekte zu sichern. Das Fraunhofer

of the nature and the potential effects of the corporate

IPT bietet deshalb die entscheidende Methodenkompetenz

culture. It is the responsibility of the managers to prepare their

und Unterstützung zum methodengestützten Veränderungs-

employees for the impending changes, ensuring a successful

management. Auch die Ergebnisse der Studie zum Einfluss von

outcome of the project. Fraunhofer IPT provides the important

Kulturmerkmalen auf den Erfolg von Veränderungsprojekten

methodological competence and support in the implementati-

sind am Fraunhofer IPT in ausführlicher Form erhältlich.

on of method-based change management. Detailed results of the study concerning the impact of corporate cultural features

Kontakt/Contact

on the outcome of change projects can be obtained from Fraunhofer IPT.

Dipl.-Ing. Alexandra Ottong Telefon/Phone +49 241 8904-259 [email protected] www.cuba-change.com

107

THEMEN TOPICS

SOLUTION SELFASSESS – ONLINE-TOOL FÜR DEN SERVICE-STRATEGIE-CHECK SOLUTION SELFASSESS – ONLINE TOOL FOR THE SERVICE STRATEGY CHECK Mit dem Online-Tool »Solution SelfAssess« bietet das

The “Solution SelfAssess” online tool provides the manufac-

Fraunhofer IPT Industrieunternehmen die Gelegenheit, ihre

turing industry with an assessment for service strategies and

aktuellen Servicestrategien zu bewerten und durch konkrete

their improvement by concrete measures. The user receives

Handlungsempfehlungen zu verbessern. Der Anwender erhält

a diagnosis of the current state as well as a recommendation

dabei nicht nur Rückmeldungen zu Aufwand und Richtung

for future strategic development. This is followed by detailed

des einzuschlagenden Weges, sondern auch detaillierte

information and methodological step-by-step instructions of

Informationen und methodische Schritt-für-Schritt Anleitungen

how to implement the envisaged service strategy and how

zur Umsetzung einer individuellen Servicestrategie.

much effort will be needed for this.

Immer mehr Industrieunternehmen möchten sich im

More and more industrial enterprises are looking for ways

Wettbewerb über zusätzliche Dienstleistungen von anderen

of distinguishing themselves from their competitors by

Unternehmen abgrenzen. Oft ist jedoch nicht klar, welche

developing innovative service portfolios. Often, however, these

Veränderungsmaßnahmen dazu erforderlich sind. Das hängt

enterprises are unaware of the changes this requires. Does,

mit den Zielen des Serviceanbieters zusammen, etwa der

for instance, the service provider want to increase margin

Vergrößerung von Margen oder einer stärkeren Kunden-

or customer loyalty? This determines whether services are

bindung. Diese Ziele nehmen Einfluss darauf, ob Services als

offered in a standardized way to complement the product or

Massenleistungen rund um das Produkt oder als individuelle

by an individualized, customized solution. The challenge is to

Kundenlösungen angeboten werden. Die Herausforderung

locate the solution strategy correctly between the twin poles

besteht darin, die Lösungsstrategie optimal zwischen den

of customization and standardization and to develop the

Extremen »Individualisierung« und »Standardisierung« zu

appropriate strategy for implementing this.

verorten und passende Maßnahmen zu ergreifen. With the online tool “Solution SelfAssess”, Fraunhofer IPT Das Fraunhofer IPT stellt mit »Solution SelfAssess« ein Online-

provides an instrument for industrial application allowing

Tool zur Selbstbewertung der strategischen Serviceziele bereit.

the independent assessment of strategic service objectives.

Damit können Unternehmen ihre optimale Strategie identi-

Participants receive individual guidelines on the organizational

fizieren und den Aufwand zur Umsetzung ausgehend vom

restructuring of their service departments, the design of their

aktuellen Zustand abschätzen. Die Teilnehmer erhalten eine

processes and leadership styles and techniques appropriate for

Rückmeldung über die Gestaltung ihrer Organisationsstruktu-

a consistent implementation of their selected strategies. Step-

108

ren im Servicebereich, über das Design ihrer Prozesse und zu

by-step instructions of how to proceed and what methods to

adäquaten Führungsstilen und -techniken, mit denen sich die

use can be downloaded.

gewählte Strategie konsistent umsetzen lässt. Empfehlungen zur erfolgreichen Umsetzung der anvisierten Servicestrategie

Fraunhofer IPT developed the online tool together with three

erfolgen in Form von Handlungsempfehlungen, die zum

pilot users of the “HyPro“ research project (contract number:

persönlichen Download bereitgestellt werden und konkrete

01FD0604) who applied their new system successfully. RHIEM

methodische Vorgehensweisen Schritt für Schritt erläutern.

Services GmbH, aixTeMa GmbH and HEIM & HAUS Holding GmbH cover the entire range of product-oriented services,

Das Fraunhofer IPT entwickelte das Online-Tool gemeinsam

fulfillment services and IT services. In an initial survey of

mit drei Pilotanwendern des Forschungsprojektes »HyPro«

100 companies, 90 % of the users assessed the strategic

(Förderkennzeichen: 01FD0604), die es bereits erfolgreich

feedback as “highly appropriate”.The same amount of com-

einsetzten. Die RHIEM Services GmbH, die aixTeMa GmbH und

panies surveyed said the recommendations had been “largely

die HEIM & HAUS Holding GmbH decken das Spektrum pro-

helpful“ or “very helpful“. On the basis of these assessments,

duktbegleitender Services, Fulfillment-Services und IT-Services

the Fraunhofer IPT has since further improved its “Solution

ab. In einer ersten Erhebung mit 116 Firmen bewerteten

SelfAssess” system, adapting it to match the requirements of

90 Prozent der Anwender die Strategie-Rückmeldungen

its users.

als sehr passend. Genausoviele bewerteten die Handlungsempfehlungen als größtenteils bis sehr hilfreich. Seitdem hat das Fraunhofer IPT »Solution SelfAssess« noch weiter verbessert und an die Bedarfe der Nutzer angepasst. Kontakt/Contact Dipl.-Psych. Sarah Hatfield Telefon/Phone +49 241 8904-257 [email protected]

109

THEMEN TOPICS

TECHNISCHES RISIKOMANAGEMENTSYSTEM BEI DER MAN TURBO AG THE TECHNOLOGY RISK MANAGEMENT SYSTEM OF MAN TURBO AG Die MAN Turbo AG ist Anbieter der weltweit umfangreichsten

MAN Turbo AG produces the world’s largest range of

Produktpalette an Kompressoren und Turbinen. Im größten

compressors and turbines. The biggest individual contract in

Einzelauftrag seiner Geschichte sah sich das Unternehmen

the company’s history required MAN Turbo to implement a

mit der Kundenforderung konfrontiert, ein umfangreiches

comprehensive risk management system for the project, called

Risikomanagementsystem, die »Flawless Start-Up Initiative«,

the “Flawless Start-Up Initiative“. This programme is designed

für das Großprojekt zu implementieren. Ziel des Programms ist

to avoid mistakes that were committed in the construction of

es, Fehler zu vermeiden, die bereits in der Vergangenheit beim

similar facilities in the past or that could have been otherwise

Bau ähnlicher Anlagen aufgetreten sind oder die antizipiert

anticipated.

werden können. Linde Engineering AG has commissioned MAN Turbo AG to In diesem konkreten Auftrag orderte die Linde Engineering

build the key components of eight turbomachinery trains for

AG als Kunde der MAN Turbo AG die Schlüsselkomponenten

the air separation system of a Gas-To-Liquid (GTL) conversion

von acht Turbomaschinensträngen für die Luftzerlegung einer

facility in Ras Lafan Industrial City, Qatar. The turbomachinery

Gas-To-Liquid (GTL)-Anlage in Ras Lafan Industrial City, Qatar.

trains are the central pieces of equipment in the GTL air sepa-

Die Turbomaschinensätze sind das Herzstück der Luftzerleger-

ration units designed and constructed by Linde Engineering

einheiten zur Gasverflüssigung, die die Linde Engineering AG

AG on behalf of Shell.

im Auftrag von Shell zur Verfügung stellt. In order to support the “Flawless Start-Up Initiative“ (FSI) and Zur Unterstützung der »Flawless Start-Up Initiative« (FSI) und

to roll out their Technology Risk Management system simulta-

um gleichzeitig projektübergreifend ein technisches Risiko-

neously across all sections of the corporation, MAN Turbo AG

management auf das gesamte Unternehmen auszuweiten,

embarked on a joint venture with Fraunhofer IPT in June 2007.

startete die MAN Turbo AG im Juni 2007 eine Kooperation mit dem Fraunhofer IPT.

The resulting Risk Management System features a “projectspecific“ part (with a relatively short time frame) and a “non-

Das erarbeitete Risikomanagementsystem beseht aus einem

project-specific“ part which is aimed to implement sustainable

»projektabhängigen«, schnell ablaufenden, und einem »pro-

risk management procedures in all sections and for all business

jektunabhängigen« Teilprozess, der Maßnahmen nachhaltig

activities of the company. Both of these parts proceed at a

und projektübergreifend im Unternehmen umsetzt. Die

pace and rhythm entirely of their own, although they also

Teilprozesse verlaufen in unterschiedlichen Geschwindigkeiten

share certain elements. The overall process can be triggered

110

und Frequenzen und sind durch gemeinsame Elemente

by the start of a new project, the discovery of a mistake or

miteinander verbunden. Der Gesamtprozess kann durch

the detection of a risk. The activities to be performed in any

den Start eines neuen Projekts, das Auftreten eines Fehlers

such event and the responsibilities have been defined and

oder das Erkennen eines Risikos angestoßen werden. Die

represented.

durchzuführenden Aktivitäten sowie die zugehörigen Verantwortlichkeiten wurden festgelegt und dargestellt.

The concept aims to make use of existing corporate structures that have been tried and tested, integrating the Risk Manage-

Bei der Entwicklung des Konzepts wurde darauf geachtet,

ment process into these structures so that the company’s

bewährte Strukturen im Unternehmen zu nutzen und den

employees will not be subjected to undue levels of additional

Prozess mit diesen zu vereinen, um Mitarbeiter so viel wie

stress (“as little additional work as possible, as much as

nötig, aber so wenig wie möglich zusätzlich zu belasten.

necessary”). Mistakes that have occurred will be systematically

Aufgetretene Fehler können systematisch bearbeitet und die

processed, results can be targeted at the departments and

gewonnenen Erkenntnisse zielgerichtet an Fachbereiche und

operating sites concerned or made available to other projects.

Standorte verteilt sowie anderen Projekten zur Verfügung

This will allow the employees to learn from other people’s

gestellt werden. Dadurch wird dem einzelnen Mitarbeiter das

experiences and, ultimately, to prevent mistakes.

Lernen aus Erfahrungen anderer Mitarbeiter und letztlich die Prävention von Fehlern erleichtert.

In the short time of its existence, the initiative has already served to generate an excellent working atmosphere and a

Die gute und vertrauensvolle Zusammenarbeit hat sich im

relationship of mutual trust which has since spread to other

Laufe der Zeit auch auf andere Unternehmensbereiche,

business units, projects and operating sites. MAN Turbo AG

Themen und Standorte ausgeweitet, so dass die MAN Turbo

and the Fraunhofer IPT, meanwhile, while looking back in

AG und das Fraunhofer IPT schon nach kurzer Zeit auf eine

pride, are even more so looking forward to continuing their

intensive Kooperation zurückblicken können.

successful cooperation.

Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Alexandra Ottong Telefon/Phone +49 241 8904-259 [email protected] Dr.-Ing. Stephan Bichmann Telefon/Phone +49 241 8904 -245 [email protected]

111

THEMEN TOPICS

BENCHMARKING: LERNEN VON DEN BESTEN BENCHMARKING: LEARNING FROM THE BEST Um ihren Erfolg nachhaltig zu sichern, brauchen Unternehmen

Companies that strive for long-term success need innovative

Produkte und Prozesse, die eine Alleinstellung am Markt

products and processes that may enable them to achieve

versprechen. Innovationen und Technologien rücken stärker in

unique selling proposition on their markets. This is why

den Mittelpunkt unternehmerischer Entscheidungen und die

corporate decisions increasingly focus on technologies and

Bedeutung des Technologie- und Innovationsmanagements

innovations – and why the importance of technology and

wächst. Benchmarkings bieten ein bewährtes Vorgehen, um

innovation management is steadily growing. Benchmarking is

das eigene Unternehmen im Vergleich zu anderen zu positio-

a proven practice to compare one’s own with other companies

nieren und erfolgreiche Praxisbeispiele kennenzulernen.

and to familiarize oneself with best practice examples.

Der Erhalt und stetige Ausbau der Innovationsfähigkeit ist für

For the ThyssenKrupp AG, one of the biggest technology

die ThyssenKrupp AG, einen der größten Technologiekonzerne

corporations in the world, maintaining and continuously

weltweit, eine wichtige strategische Aufgabe. Um die Inno-

expanding its innovative ability is a key task. This is why

vationsfähigkeit weiter zu stärken, startete ThyssenKrupp ein

ThyssenKrupp has started an innovation program across the

konzernweites Innovationsprogramm. Als Auftakt diente eine

whole group to strengthen its innovative ability and to fully ex-

Benchmark-Studie, die das Unternehmen mit dem Fraunhofer

ploit its potential. The program was kicked off by a benchmark

IPT und dem WZL der RWTH Aachen durchführte. Ziel des Pro-

study into the innovative ability of comparable large-scale

jekts war es, durch Recherchen, Analysen und einen direkten

enterprises that was conducted in close coordination with

Austausch mit innovativen Großunternehmen »Best Practices«

Fraunhofer IPT and WZL of the RWTH Aachen University. The

im Innovationsmanagement zu identifizieren.

objective of the joint project was to identify “Best Practices“

Innovation Management Innovation Culture Motivation

Leadership

Strategic Innovation Management Innovation & Technology Strategy

Organization of Innovation Activities

Resource Management

Knowledge Management

IP-Management

Innovation Controlling

Innovation Process Idea Management Intelligence & Screening

112

Idea Generation

Realization Idea Assessment

Planning

Research & Development

Commercialization

Launch

Improvement

Im ersten Schritt wurde ein konzernübergreifendes

for the innovation management through research, analysis and

Innovationsverständnis erarbeitet und ein Ordnungsrahmen

direct exchanges with innovative enterprises.

zur Systematisierung relevanter Themenfelder für die Benchmark-Analyse ausgestaltet. Dazu legte ThyssenKrupp

In stage one of the project, the objective was to establish a

gemeinsam mit den Aachener Partnern Auswahlkriterien

common group-wide understanding of innovation and to

und Bewertungskennzahlen für die Innovationsfähigkeit

develop a framework for the systematization of all relevant

fest. Dies bildet die Grundlage, um passende Unternehmen

topics in the benchmark analysis. Selection criteria were

für den Vergleich auswählen zu können. Im zweiten Schritt

determined and performance indicators for the assessment of

erstellten Fraunhofer IPT und WZL dazu kennzahlenbasierte

innovative abilities were defined to prepare the selection of

Steckbriefe für mehr als 100 potenzielle Benchmark-Partner.

relevant comparable enterprises. In stage two, indicator-based

Für rund vierzig vorausgewählte Unternehmen wurden dann

characteristics for over one hundred potential benchmark

detaillierte Fallstudien zu konkreten Prozessen, Ansätzen

partners were prepared on this basis before detailed case

und Methoden im Innovationsmanagement ausgearbeitet.

studies about innovation management processes, approaches

Mit ausgewählten Vergleichsunternehmen erfolgten in der

and methods were developed for about forty enterprises. In

dritten Phase eintägige bilaterale Unternehmensbesuche zum

stage three, bilateral one-day company visits were arranged

offenen Gedankenaustausch über generelle Vorgehensweisen

with selected enterprises to promote an open exchange of

im Innovationsmanagement und im Vorfeld abgestimmte

ideas about general innovation management processes and

Schwerpunktthemen. Die anschließende Analyse fasste die

certain other subjects. The subsequent analysis summarized

Highlights der Besuche und die »Key Learnings« entlang des

the highlights of the visits as well as key insights of the initially

Ordnungsrahmens des Innovationsmanagements zusammen.

established system framework. Based on these conclusions,

Gemeinsam mit ThyssenKrupp konnten Fraunhofer IPT und

the Fraunhofer IPT, the WZL and ThyssenKrupp identified areas

WZL anhand dieser Erkenntnisse relevante Handlungsfelder

where further improvements were possible and recommended

identifizieren und geeignete Maßnahmen ableiten.

specific measures.

ThyssenKrupp kann die Erkenntnisse aus den »Best Practices«

ThyssenKrupp is now able to implement these “Best Practices“

in der täglichen Arbeit umsetzen und so seine Innovations-

directly into its routine procedures and to boost its innovative

fähigkeit weiter steigern. Das Benchmarking zeigte sich als

ability. Benchmarking has therefore been an effective way of

effektiver Weg, externes Wissen rasch für das Unternehmen

transferring external knowledge quickly into the enterprise –

zu nutzen. Besonders hervorzuheben ist die Praxisnähe der

all the more since the results are directly derived from practical

Ergebnisse, denn sie haben sich bereits im Tagesgeschäft

experience and have already proved their worth in the

bewährt.

business world.

Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Markus Wellensiek Telefon/Phone +49 241 8904-114 [email protected]

113

THEMEN TOPICS

TECHNOLOGIEMANAGEMENT BEI DER LOEWE AG LOEWE AG TECHNOLOGY MANAGEMENT Die Loewe AG ist die führende Premium-Marke im Bereich

Loewe AG is a premium brand provider of home entertain-

Home-Entertainment-Systeme und begeistert durch Produkte

ment systems, managing to combine valuable design features

mit zeitloser Ästhetik, einfacher Bedienung und mit sinnvoller

with user-friendly operation and high-end technology. In

Technik. Vor dem Hintergrund dieser Markenstrategie und

the light of this marketing strategy and limited capacities in

der begrenzten Kapazitäten in der Technologieentwicklung

technology development, technology management has been

kommt dem Technologiemanagement bei der Loewe AG eine

recognized by Loewe AG as a key ingredient of its corporate

besondere Bedeutung zu. Es gilt eine effektive Technologie-

success. The company strives to ensure an effective selection

auswahl, eine effiziente Früherkennung und eine transparente

of technologies, an efficient technology forecasting and a

Technologieplanung zu betreiben.

transparent technology planning.

Die Entwicklung der Loewe AG zeichnet sich durch eine

The development department of Loewe AG is characterized

hohe Expertise in allen relevanten Technologiegebieten im

by a high level of expertise in all relevant technology fields of

Bereich des Home Entertainment aus. Neue Technologien

home entertainment. New technologies are quickly identified

werden frühzeitig erkannt und in einzigartige Lösungen für

and converted into innovative product solutions. Due to the

den Kunden umgewandelt. Aufgrund des beschleunigten

accelerating pace of technological progress, it is becoming

technologischen Fortschritts wird es zunehmend schwieriger in

increasingly difficult to be innovative in all areas of technology

allen Technologiefeldern Innovationen zu erzielen. Vor diesem

at once. This was the reason why Loewe AG and the Fraun-

Hintergrund war es das Ziel des gemeinsamen Projekts zwi-

hofer IPT have established a joint project that aims to create

schen der Loewe AG und dem Fraunhofer IPT, den Entwicklern

more space for innovative product designers and to focus their

für die Zukunft Freiraum für Innovationen zu schaffen und die

innovative strengths. The tool for this is a carefully structured

hohe Innovationskraft fokussiert einzusetzen. Ansatzpunkt

technology management.

hierzu ist ein strukturiertes Technologiemanagement. Over the course of the joint project, an integrated technology In dem gemeinsamen Projekt wurde ein ganzheitlicher Techno-

management process was designed that provides the founda-

logiemanagementprozess aufgebaut, der die Voraussetzungen

tions for diligent prioritization in the context of a differentiated

schafft, innerhalb eines differenzierten Technologiespektrums

technology portfolio. For this purpose, instruments such as a

Prioritäten zu setzen. Hierzu wurden unter anderem Tech-

technology radar and a technology roadmap were developed.

nologieradare aufgebaut und eine Technologieroadmap konzipiert.

Technology radars structure the technology environment and allow a differentiated early recognition of promising techno-

114

Die Technologieradare dienen der Strukturierung des

logies. At Loewe AG the strategic targets for the individual

technologischen Umfeldes und erlauben eine differenzierte

technological areas were defined, cross-functional roles and

Technologiefrüherkennung. Bei der Loewe AG wurden je

responsibilities were established and the levels of intensity for

Technologiefeld die strategischen Zielsetzungen festgelegt,

the technology screening were determined. By providing high

cross-funktionale Verantwortlichkeiten benannt und die

levels of transparency in the different areas of technology for

Intensität des Technologiescreenings ermittelt. Durch die somit

all stakeholders, it becomes possible to perform a targeted

für alle Stakeholder vorhandene Transparenz in den Techno-

technology assessment at a very early stage.

logiefeldern kann eine gezielte Technologiebewertung zu einem sehr frühen Zeitpunkt erfolgen.

The project was also designed to develop a technology planning tool for all areas of the corporation. In order to

Ein weiterer Schwerpunkt war die Generierung eines für

maintain high levels of transparency across all technological

alle Unternehmensbereiche zugänglichen Technologie-

developments and to align as much information as possible,

planungsinstruments. Um eine hohe Transparenz über alle

a technology roadmap with three distinct planning levels was

Technologieentwicklungen zu erhalten und möglichst viele

introduced. A range of visualization options for the three levels

vorhandene Informationen zu synchronisieren, wurde eine

of products, platforms and technologies makes the system

Technologieroadmap mit drei Planungsebenen eingeführt.

lucid and visually appealing.

Unterschiedliche Visualisierungsmöglichkeiten der Ebenen Produkte, Plattformen und Technologien schaffen eine hohe Übersichtlichkeit. Kontakt/Contact Dipl.-Phys. Anna-Lena Gehrmann Telefon/Phone +49 241 8904-169 [email protected] Dipl.-Ing. Kristin Schmelter Telefon/Phone +49 241 8904-224 [email protected]

115

THEMEN TOPICS

ERFOLG BEI DER DIVERSIFIKATION: AUF KERNKOMPETENZEN AUFBAUEN SUCCESS IN DIVERSIFICATION: BUILDING ON CORE COMPETENCES Diversifikation bietet Unternehmen eine Chance zur Effizienz-

For many companies, diversification provides an opportunity

steigerung durch die Anwendung der eigenen Kompetenzen

to enhance their efficiency through an application of their

in vielen Märkten. Das Fraunhofer IPT unterstützt Unterneh-

competences in new markets. The Fraunhofer IPT supports

men bei der Suche nach neuen Anwendungsgebieten für ihre

companies in their exploration of new applications for their

Kernkompetenzen, um langfristig den Unternehmenserfolg zu

core competences in order to ensure the long-term success of

sichern.

the business.

Philips Global Technology Development Mechanization Aachen

Philips Global Technology Development Mechanization Aachen

ist als ein führender Sondermaschinenbauer und System-

is a leading manufacturer of special purpose machinery and a

integrator mit vielfältigen Kompetenzen spezialisiert auf die

system integrator with a broad range of competences. Philips

Entwicklung, Konzeption und den Aufbau hochautomatisierter

GTD focuses on the development, the conception and the

Fertigungslinien. Ziel eines gemeinsamen Projekts mit Philips

construction of fully automated production lines. The joint

GTD Mechanization Aachen war die Identifikation potenzial-

project aimed to identify potentially rewarding application

trächtiger Anwendungen in neuen Märkten. Hierzu wurde

opportunities in new markets. This is why a core-competence-

eine Kernkompetenz-basierte Vorgehensweise gewählt.

based approach was selected.

»We make quality visible and controllable« „ Optical 2D capturing of - contours

- adjustment

„ Defect detection und

- positions

„ using camera-, illumination

and X-ray systems Î Detection of electrodes and

contours of a burning UHP lamp (X-Ray)

116

„ Process control for

„ Image evaluation

- surfaces

classification (in particular glass) „ using algorithms, software

tools and user interfaces Î Defect detection (particles,

high resolution

cracks, scratches) on glass or LEDs with 1 ‘m resolution

self-optimizing

„ Data processing (3D) and

error logging

„ Visualisation

- patterns

rich in contrast

„ Image- & data preparation

- optimization

of product parameters „ with hard- and software

interfaces to machines Î Multiaxial adjustment of

the position of glow filament (~ 800 ms)

high precision

rapid

automated

In dem Projekt wurden zunächst die bestehenden Kompe-

At the beginning of the project, experts from both partici-

tenzen gemeinsam mit den Philips-Experten analysiert und

pating institutions analyzed and characterized the range of

kompakt beschrieben. Die strukturierte Kompetenzdarstellung

existing competences. The structured representation of the

verfolgte zwei Ziele: Unternehmensintern wurde Transparenz

competences served two purposes: Firstly, it generated a high

über die eigene Leistungsfähigkeit und das vorhandene

degree of in-house transparency about capabilities and avail-

Technologiespektrum geschaffen. Daneben kann die

able technologies. Secondly, it was felt that the representation

Darstellung zur Vermittlung der eigenen Fähigkeiten an poten-

could eventually be used as a tool to communicate the abilities

zielle Kunden genutzt werden. So wurden zum Beispiel die

to potential customers. For instance, the industrial image

Leistungen in der industriellen Bilderfassung und -verarbeitung

acquisition and processing capabilities were neatly summarized

im Kompetenzbereich »Messen und Regeln« übersichtlich

and illustrated with examples.

zusammengefasst und mit Beispielen belegt. On the basis of these competences, a systematic search for Aufbauend auf diesen Kompetenzen wurde eine syste-

fitting applications was conducted, involving different indus-

matische Recherche nach passenden Anwendungsfällen

tries such as power engineering, micro technology, optics and

verschiedener Branchen wie Energie- oder Mikrotechnik, Optik

biotechnology. Ideas and suggestions of how to diversify were

oder Biotechnologie durchgeführt. Einerseits wurden konkrete

collected and checked while competences and technologies

Ideen bezüglich der Diversifikation gesammelt und überprüft,

were cross-linked to generate search profiles and to open up

andererseits Suchprofile durch Verknüpfung und Kombination

new search areas. One example for one such diversification

verschiedener Kompetenzen und Technologien abgeleitet und

option was the automation of the industrial assembly of hear-

neue Suchräume eröffnet. Eine Diversifikationsoption war

ing aids. The project partners then proceeded to assess the

beispielsweise die Automatisierung der Montage von Hör-

ideas they had put forward. Technical details as well as market

geräten. Gemeinsam wurden die Anwendungfälle bewertet.

and supplier information were provided. Potential customers

Für die priorisierten Ideen wurden technische Details, Markt-

for applications were identified, and contacts with Philips were

und Anbieterinformationen beschafft, potenzielle Kunden

arranged with a view to further detailing.

für die relevanten Anwendungen ausfindig gemacht und der Kontakt zu Philips zur weiteren Konkretisierung vermittelt.

The Fraunhofer IPT thereby provided an extensive basis of information, approaches and concrete business contacts

Das Fraunhofer IPT schuf somit eine belastbare Informations-

which were followed up by Philips to prepare the actual

basis und lieferte Ansatzpunkte sowie konkrete Geschäfts-

diversification.

kontakte, die von Philips zur Diversifikation aufgegriffen und weiter verfolgt wurden. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Markus Wellensiek Telefon/Phone +49 241 8904-114 [email protected]

117

THEMEN TOPICS

INNOVATIONSPOTENZIALE DER LIEFERANTEN NUTZEN HOW COMPANIES FOSTER THE INNOVATION CAPABILITY OF THEIR SUPPLIERS In den vergangenen Jahren hat sich der Wertschöpfungsanteil

In many industries, the proportion of the added value created

in vielen Branchen kontinuierlich in Richtung der Lieferanten

by the suppliers has grown considerably over the past few

verschoben. Damit wächst auch die Abhängigkeit der meisten

years. As a result, many companies have come to depend on

Unternehmen von den Entwicklungsleistungen ihrer Lieferan-

the innovation capabilities of their suppliers. More and more

ten. Als Schnittstelle zum Beschaffungsmarkt ist es für den

purchasing departments – in their capacity as interfaces to the

Einkauf von immer größerer Bedeutung, aktiv die Innovationen

procurement markets – are proactively stimulating and harnes-

seiner Zulieferer zu fördern und für das eigene Unternehmen

sing the suppliers’ innovations. In the past, these departments

nutzbar zu machen. Der Einkauf muss dafür Vorgehensweisen

used to manage costs and ensure quality as well as reliable

entwickeln, die über das Management von Kosten, Qualität

deliveries – in today’s business world, they must develop new

und Liefertreue hinausgehen.

methods and practices to foster suppliers’ innovation.

Um Unternehmen bei diesen neuen Herausforderungen zu unterstützen, hat das Fraunhofer IPT in Kooperation mit

Worin sehen Sie die größten Hebel des Einkaufs für Einsparungen?

Ernst & Young die Studie »Innovationsmanagement durch den

Wie verändert sich die Relevanz der einzelnen Hebel in Zukunft?

Einkauf« durchgeführt. Ziel war es, Vorgehensweisen aufzu-

What do you consider as the most promising lever for cost reduc-

zeigen, mit denen Unternehmen Ideen und Innovationen ihrer

tion? How does the lever‘s relevance alter in the future?

Lieferanten frühzeitig abrufen und nutzbar machen können. 0%

Auf der Basis telefonischer Befragungen ausgewählter Unternehmen und einem detaillierten Fragenkatalog, der an 600 Unternehmen unterschiedlicher Branchen gesendet wurde, identifizierte das Fraunhofer IPT Maßnahmen, mit denen der Einkauf zur Innovationsförderung beitragen kann. So zeigte sich, dass die Innovationsförderung als Ziel in der Strategieformulierung des Einkaufs immer wichtiger wird. Auch fördern viele Entwicklungslieferanten gezielt ihre Innovationsfähigkeit. Die Lieferantenbewertung unterschied hier zwischen Entwicklungslieferanten und Nicht-Entwicklungslieferanten. Die Kriterien Kommunikationsverhalten, Flexibilität und Liefertreue 118

Integration of purchasing in the PEP Target Costing LCC Sourcing

18

21

37

9

Contract new suppliers

27

Not applicable

60%

80%

100%

Ò97%

2 7 20

12

E-Auctions

40%

77

2 5 16

Price negotiations

Reduction of supplier quantity

20%

36

Ò69%

52

35

19

47

Not quite applicable

21

neutral

Ò47%

19

28

Ò97% relative majority for future alternation

Î59%

26

29

5 14

Î71%

31

21

36

Ò73%

33

9

5

Predominantly applicable

Î45% applicable

hielten die Unternehmen bei Entwicklungslieferanten für

In this context, the Fraunhofer IPT and Ernst & Young con-

besonders wichtig. Beim Beschaffungsprozess fehlt es in den

ducted a survey on “Sourcing as an Instrument for Innovation

meisten Unternehmen an definierten Kanälen, um Ideen und

Management” in order to support companies facing these

Innovationen einzusteuern. Werden Ideen oder Innovationen

new challenges. The survey aimed to point out methods and

über den Einkauf in den Produktentwicklungsprozess

practices that would allow companies to benefit from their

eingebracht, stehen zurzeit nur wenig Ressourcen zur Prüfung,

suppliers’ ideas and innovations at an early stage.

Bewertung und Umsetzung zur Verfügung. Dennoch wird der Einkauf bereits heute immer stärker in den Entwicklungs-

On the basis of a telephone survey with selected companies

prozess eingebunden, in Zukunft soll dies immer öfter auch

and a detailed questionnaire that was sent out to over

schon in frühen Phasen geschehen. Die Studie ergab, dass sich

600 companies from different industries, the Fraunhofer IPT

so Entwicklungs- und Materialkosten sowie Time-to-Market

identified possible instruments that would enable the sourcing

reduzieren lassen. Eine weitere wichtige interne Schnittstelle

department to foster innovation.

des Einkaufs befindet sich in der Technologieplanung. Zwei Drittel der Befragten sehen zukünftig einen stärkeren

The survey shows for example that more and more sourcing

Austausch zwischen Technologieplanung und Einkauf, um eine

strategies contain the active encouragement of innovation.

zielgerichtete Auswahl und Synchronisation technologieorien-

Many “development suppliers“ get encouraged to improve

tierter Maßnahmen zu gewährleisten.

their development capacities. The assessment of suppliers distinguished between “development suppliers“ and “non-

www.ipt.fraunhofer.de/press/StudieInnovationsmanagement.jsp

development suppliers“. For their development suppliers, corporations put a focus on criteria such as communication

Kontakt/Contact

behavior, flexibility and delivery reliability. The survey also showed that most companies had no clearly defined channels

Dipl.-Kfm. Michael Hoppe

for the input of ideas and innovations. If innovations are intro-

Telefon/Phone +49 241 8904-163

duced into the product development process by the sourcing

[email protected]

departments, only few resources for checking, benchmarking (assessment) and implementation are provided. Nevertheless,

Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Markus Wellensiek

sourcing is increasingly becoming a part of the development

Telefon/Phone +49 241 8904-114

process and in the future especially of its early stages. Doing

[email protected]

so will reduce development costs and purchasing prices as well as the time-to-market. Technology planning was identified as a further significant internal interface of the sourcing process. Two-thirds of the respondents anticipate a more comprehensive exchange between technology planning and sourcing in order to achieve a more target-oriented selection and coordination of technology-oriented actions.

119

THEMEN TOPICS

GLOBALE OPTIMIERUNG DER MATERIALKOSTEN GLOBAL OPTIMIZATION OF MATERIAL COSTS Nicht nur die Produktion, sondern auch die Entwicklungs- und

In today’s global business world, not only manufacturing

Einkaufsabteilungen vieler Konzerne sind heute weltweit

operations, but also other corporate functions such as engi-

verteilt und dezentral organisiert. Immer stärker setzt sich die

neering and procurement, are increasingly decentralized and

Erkenntnis durch, dass hier durch eine bessere Koordination

distributed all over the world. Companies are becoming aware

der globalen Aktivitäten noch großes Potenzial besteht,

of the fact that significant cost reduction and standardization

Kosten und Varianten zu reduzieren. Mit diesem Ziel führte

potentials can be achieved by a more intensive coordination of

das Geschäftsfeld »Trucks« der Daimler AG ein Optimierungs-

these global activities. Against this background, an optimiza-

programm unter Beteiligung des Fraunhofer IPT durch.

tion program was launched in Daimler AG’s truck division and was supported by the Fraunhofer IPT.

Über einen Zeitraum von 15 Monaten unterstützten Mitarbeiter des Fraunhofer IPT die globale Optimierungsinitiative

Over a period of fifteen months, staff members of the Fraun-

»Material Strategy and Innovation Council« von Daimler

hofer IPT supported the global Daimler Trucks optimization

Trucks. Ziel des Programms ist es, durch technische und

initiative “Material Strategy and Innovation Council“. The

kommerzielle Maßnahmen sowie durch eine geringere Varian-

program was launched to achieve material cost reduction

tenzahl Kosten für Beschaffungsmaterial zu sparen.

through technical and commercial measures as well as variant reductions.

Dies spiegelte sich in der Projektorganisation wider, die sich über die Bereiche Einkauf, Entwicklung und Kostenplanung

These objectives were reflected by the cross-functional

erstreckte. Das Programmmanagementteam, das sich zu

organization of the project. The project teams included staff

gleichen Teilen aus Mitarbeitern der Daimler AG und des

members from purchasing, product engineering und cost plan-

Fraunhofer IPT zusammensetzte, arbeitete in enger Abstim-

ning. The program management was made up in equal parts

mung vor Ort bei der Daimler AG. Auf diese Weise gelang es,

of Daimler and Fraunhofer staff members, working on site and

das fachliche Know-how der Daimler AG mit der Methoden-

in close cooperation. The technical expertise of Daimler AG

kompetenz des Fraunhofer IPT effizient zu verknüpfen.

was effienctly combined with the methodological competence of the Fraunhofer IPT.

Der Wunsch nach weltweiter Preistransparenz bildete die Grundlage für die Suche nach unerschlossenen Potenzialen.

The provision of global price transparency represented the first

Die methodische Basis dafür lieferte das so genannte Linear

and fundamental step in the search for and exploration of un-

120

Performance Pricing (LPP). Dieses statistische Analyseverfahren

exploited business potentials. The so-called Linear Performance

erlaubt es, die Preise von Zukaufteilen unterschiedlicher

Pricing analysis system (LPP) provided the methodological basis

Lieferanten mit verschiedenen Leistungsmerkmalen zu verglei-

for this approach. This system compares supplied components

chen. Eine Vorausetzung dafür ist die Festlegung homogener

with different properties sourced from different suppliers – as

Teilefamilien. Innerhalb dieser Teilefamilien lässt sich die Preis-

long as they can be assigned to the same “component fami-

Leistungs-Relation der Bauteile durch Preis- und Kostentreiber

ly“. The price-performance ratios of the components within

beschreiben. Ansatzpunkte für spätere Maßnahmen ergeben

the same family can be described using a set of price or cost

sich aus der Abweichung einzelner Beschaffungsteile von einer

drivers. The extent to which individual components deviate

»idealen« Preisgeraden.

from an “ideal“ price line provides the basis for conclusions and any concrete optimization measures.

Für das Projekt analysierte das Fraunhofer IPT mehr als vierzig Teilefamilien und visualisierte sie in Form von LPP-Charts. Diese

In the course of the program more than forty component

bildeten die Informationsbasis für globale Workshops, an

families were analyzed and visualized in so-called LPP charts.

denen sich Einkäufer, Entwickler und Kostenplaner aus Europa,

These charts in turn provided the basis for cross-regional

Japan, den USA und Brasilien beteiligten. In den regionen-

workshops of buyers, product engineers and cost planning

übergreifenden Diskussionen gelang es, Maßnahmen zu

experts from operating sites in Europe, Japan, the US and

identifizieren, die im Anschluss durch Detailanalysen verifiziert

Brazil. These cross-regional workshops succeeded in identify-

und quantifiziert wurden.

ing a whole range of concrete optimization measures whose

Indem die Methode Schritt für Schritt durchlaufen wurde,

analyses.

effects were subsequently verified and quantified by detailed konnten in den betrachteten Warengruppen unterschiedliche Maßnahmen angestoßen werden, um die Materialkosten

By successively going through these steps, many different

nachhaltig zu senken – darunter Lieferantenwechsel,

measures were implemented in the various product groups,

Produktentfeinerungen, Materialsubstitutionen, Prozess-

contributing to a sustainable reduction in material costs. These

optimierungen, Design- und Technologiewechsel.

measures included a change of suppliers or of manufacturing technology, a reduction of product complexity, a use of new

Kontakt/Contact

and equivalent materials and design modifications.

Dipl.-Ing. Jennifer Kreysa Telefon/Phone +49 241 8904-274 [email protected] Daimler AG Dipl.-Ing. Dipl.-Kfm. Volker Richters Telefon/Phone +49 711 17-39945 [email protected]

121

THEMEN TOPICS

FRAUNHOFER CMI – DIAGNOSESYSTEM FÜR BAKTERIELLE BLUTERKRANKUNGEN DIAGNOSTICS FOR BACTEREMIA Eine der größten Herausforderungen beim Aufspüren bakteri-

One of the major challenges in detecting bacterial pathogens

eller Krankheitserreger in Gewebe- oder Umweltproben bietet

in physiological and environmental samples is that the

die oftmals niedrige Bakterienkonzentration. Herkömmliche

bacterial concentration is very low. Standard methodologies

Verfahren nehmen diese Hürde, indem sie die Konzentration

overcome this hurdle by amplifying the target. To enable

verstärken. Der Einsatz solcher Diagnoseverfahren erfordert

implementation of these new detection technologies, new

deshalb in der Praxis neue Methoden für die automatisierte

methods are needed for automatable and rapid sample

und schnelle Probengewinnung. Gerade in der Medizin

preparation of pathogens. In the field of medicine, there

gibt es einen dringenden Bedarf an solchen Verfahren, um

is an urgent need for the rapid identification of bacteria in

bakterielle Infektionen im Blutkreislauf schnell und ambulant

bloodstream infections at the point-of-care.

zu diagnostizieren. Fraunhofer CMI has developed a prototype system for sample Das Fraunhofer CMI entwickelte dafür ein prototypisches Sys-

preparation of bacteria from blood. The prototype system

tem zur Aufbereitung von Blutproben, die Bakterien enthalten.

was designed to isolate bacteria from all blood components

Es kann Bakterien aus beliebigen Blutproben isolieren und

and concentrate the bacteria by a factor of 103 in less than

die Konzentration der Bakterien in weniger als 15 Minuten

15 mins. The input to the system is 10 mL of blood with

um den Faktor 1 000 erhöhen. Aus einer Probe von 10 ml

10-100 cfu/mL bacteria and the output is 5 μL of purified and

Blut mit einer Bakterienkonzentration von 10-100 cfu/ml

concentrated bacteria.

gewinnt der Prototyp des Systems 5 μl reine, konzentrierte Bakterienlösung.

The prototype consists of a three-chamber disposable component with two metering valves between each of the chambers

Der Prototyp besteht aus einem Einweg-Bauteil in Form einer

and a mechanical device that actuates the valves. The entire

dreiteiligen Kammer mit zwei Dosierventilen und einer Steue-

prototype fits inside a bucket of a 250 mL swinging bucket

rungsmechanik und passt in eine 250-ml-Zentrifugentrommel.

centrifuge rotor. The macrofluidic process consists of mixing

In einem makrofluidischen Prozess mischt es das infizierte

the infected blood with a lysis buffer, which preferentially

Blut mit einem Lysis-Puffer, der Blutzellen schneller aufbricht

lyses the blood cells over the bacteria. Then the sample is

als Bakterien. Dann wird die Probe zentrifugiert und nur die

centrifuged and the bacteria pellet at the bottom of the first

Bakterien setzen sich am Boden der ersten Kammer ab. Ein

chamber. A metering valve transfers 5 μL from the bottom of

Messventil lässt nun 5 μl der Flüssigkeit vom Boden der ersten

the first chamber to the second chamber of 100 μL of water.

Kammer in die zweite Kammer, in der 100 μl Wasser enthalten

The bacteria are washed in the second chamber and then

sind. Die Bakterien werden dort gespült und dann ein weiteres

the sample is centrifuged again to concentrate the bacteria

122

Mal zentrifugiert, um sie abermals am Boden der Kammer

at the bottom of the chamber. A second metering valve then

zu konzentrieren. Das zweite Messventil lässt nun 5 μl der

transfers 5 μL of concentrated bacteria into a third chamber.

konzentrierten Bakterien zur Entnahme in die dritte Kammer.

The macrofluidic concentration process requires three centrifugations and two valve actuations and, due to the lysis buffer

Die makrofluidische Konzentration der Bakterienlösung

concentration, consistent timing is important. For these

erfordert ein dreimaliges Zentrifugieren und zwei Ventil-

reasons, Fraunhofer CMI developed a device that automatically

bewegungen. Aufgrund der Lysis-Puffer-Konzentration ist

actuates the valves as the centrifuge decelerates. When used

ein gleichmäßiges Timing entscheidend. Deshalb entwickelte

with a centrifuge controlled by a programmable controller, the

das Fraunhofer CMI ein Steuerungselement, das die Ventile

purification process becomes a one-step operation.

automatisiert bewegt, sobald die Zentrifuge abbremst. In einer Zentrifuge mit eigener programmierbarer Steuerung lassen

The metering valves are actuated simply by pushing them

sich die Bakterien nun in einem einzigen Schritt abscheiden.

0.4 inches inwards from their starting position. Approximately five pounds of force is required. The high centrifugal forces

Die Messventile werden mit einer Kraft von 22 N einfach rund

(3,000 G), small volume (1.5” x 2.5” x 3.5”) and low weight

1 cm nach innen gedrückt. Aufgrund der hohen Zentrifugal-

limit (0.8 lbs) put serious limitations on the design of the auto-

kräfte von 3 000 G, dem geringem Volumen von 3,8 x 6,4 x

mation. Fraunhofer CMI has developed a valve actuation de-

8,9 cm³ und dem niedrigen Gewicht von rund 360 g ist der

vice that stores energy in torsion springs while the centrifuge

Gestaltungsspielraum für die Steuerung sehr begrenzt. Das

is accelerating and uses the energy to move the valves during

Fraunhofer CMI hat deshalb ein Steuerungselement entwi-

deceleration. Each valve is actuated by a 10 in-lb torsion spring

ckelt, das die erforderliche Energie durch die Beschleunigung

with 27 g eccentric weight, or swing arm. At full speed, the

der Zentrifuge gewinnt und in Torsionsfedern speichert.

27 g (0.06 lb mass) swing arm effectively weighs 180 lbs,

Sobald die Zentrifuge abbremst, gibt die Feder die Energie frei

which “arms” the spring. A key feature is a latch, which

und bewegt das Ventil. Jedes Ventil wird durch eine 1,13 Nm-

allows the swing arm and piston to move independently. As

Torsionsfeder mit einem exzentrischen Gewicht von 27 g oder

the centrifuge decelerates, the spring returns to its relaxed

einen Schwenkhebel bewegt. Bei voller Geschwindigkeit wiegt

state and as it does, it extends a piston to actuate the valve.

der Schwenkhebel effektiv rund 80 kg und spannt damit die Feder. Ein kleiner Riegel bewegt den Hebel und den Kolben

Fraunhofer CMI has demonstrated that the prototype can

des Ventils unabhängig davon. Wenn die Zentrifuge abbremst,

concentrate bacteria from blood with an efficiency of greater

entspannt sich die Feder und zieht den Kolben, so dass sich

than 50 % (by plate counting) for low concentrations of

das Ventil öffnet.

bacteria (100 cfu/mL) as are commonly found in human cases of bacteremia. A higher recovery can be achieved with higher

Das Fraunhofer CMI konnte zeigen, dass der Prototyp mehr

concentrations of bacteria.

als 50 Prozent der Bakterien aus dem Blut gewinnen kann – gerade bei geringen Konzentrationen um 100 cfu/ml, wie sie

Kontakt/Contact

häufig zu Beginn bakterieller Infektionen im Blut gemessen werden. Mit stärkeren Bakterienkonzentrationen ist die

Alexis Sauer-Budge, Ph.D.

Ausbeute noch erheblich größer.

Telefon/Phone +1 617 353 1895 [email protected] 123

THEMEN TOPICS

FRAUNHOFER CMI – SCHNELLER TEST ZUR EMPFINDLICHKEIT VON BAKTERIEN GEGENÜBER ANTIBIOTIKA RAPID ANTIBIOTIC SUSCEPTIBILITY TESTING Das Fraunhofer CMI erhält eine Förderung des National Insti-

Fraunhofer CMI received a R21 exploratory research grant

tute for Health (NIH) und des National Institute for Allergy and

from the National Institutes for Health (NIH), National Institute

Infectious Diseases (NIAID) für seine Arbeiten an einer neuen

for Allergy and Infectious Diseases (NIAID) for investigating a

Methode, die dabei helfen soll, die Anfälligkeit von Bakterien

new method of detecting antibiotic susceptibility in bacteria.

gegenüber unterschiedlichen Antibiotika zu prüfen. Globally, antibiotic resistance is a very serious problem. When Die zunehmende Resistenz von Bakterien gegenüber gängigen

a person becomes ill and goes to a physician for treatment,

Antibiotika ist ein weltweites Problem. Mediziner therapieren

the doctor takes a clinical history, does a physical exam, and,

ihre Patienten heute meist nach ihrer Krankheitsgeschichte,

if (s)he suspects a bacterial infection, will take a specimen

einer körperlichen Untersuchung und – sofern eine bakterielle

to send for culture. For most bacteria, it takes 3 to 5 days to

Infektion voliegt – anhand der Untersuchungsergebnisse von

determine bacteria identity and its drug susceptibility as the

Bakterienkulturen, die vom Patienten gewonnen werden. Die

standard methods are based on culture methods and therefore

Kultivierung der meisten Bakterienstämme dauert zwischen

require time to allow the bacteria to grow. In many cases, phy-

drei und fünf Tagen. Erst dann lässt sich zuverlässig feststellen,

sicians cannot wait for culture results to administer treatment

um welche Art es sich handelt und welche Medikamente

and so they use their clinical judgment and prescribe treat-

dagegen wirken. Häufig können Arzt und Patient aber nicht

ment in the absence of this information. Some of the time, the

so lange mit der Behandlung warten, daher verlassen sich die

wrong antibiotic is prescribed and these events contribute to

Mediziner auf ihr objektives Urteilsvermögen und verschreiben

the rising problem of antibiotic resistance.

Medikamente auch ohne diese zusätzliche Informationen über die genaue Art der Infektion. Wird ein Antibiotikum verschrie-

What is needed is a faster diagnostic to enable physicians

ben, das nicht in ausreichendem Maße wirksam ist, wächst die

to prescribe appropriate antibiotic therapy in the first place.

Gefahr, dass sich Resistenzen bilden.

That's where Fraunhofer CMI is developing cutting-edge new methods. The current practice (culture) requires that the bac-

Ein schnelleres Diagnoseverfahren kann dem behandelnden

teria grow to a high concentration. In the case of tuberculosis,

Arzt dabei helfen, von Anfang an das richtige Antibiotikum

which is an infectious disease that usually attacks the lungs,

zu verschreiben. Hier setzt das Fraunhofer CMI an: Bisher war

diagnostics can take as long as six weeks. One rapid diagnostic

es stets erforderlich, dass die Bakterien zunächst kultiviert

method with a shorter time to results is Polymerase Chain

werden mussten, damit sie für weitere Untersuchungen in

Reaction (PCR). PCR is a genetic test that looks for specific

124

einer höheren Konzentration vorliegen. Bei einer hochinfek-

mutations that confer resistance to antibiotics. However,

tiösen Tuberkolose-Erkrankung, die zumeist die Lungen stark

bacteria can develop resistance in many ways (and thus

angreift, konnte dies bis zu sechs Wochen dauern. Für eine

various mutations can confer resistance).

schnellere Diagnose eignet sich die Polymerase-Kettenreaktion (PCR). Diese gentechnische Testmethode spürt besondere Mu-

Unfortunately, PCR is limited by how many mutations can be

tationen in den Bakterien auf, die auf eine Antibiotikaresistenz

interrogated at once and that the genetic basis of the muta-

schließen lassen. Verschiedene Mutationen können dabei zu

tion is known ahead of time. Researchers at Fraunhofer CMI

unterschiedlichen Resistenzen führen.

came up with a micro-fluidic based method to interrogate the bacteria in a phenotypical method (the visible characteristics

An ihre Grenzen stößt die PCR allerdings bei einer größeren

of an organism resulting from the interaction between its

Anzahl an Mutationen oder wenn diese noch nicht bekannt

genetic makeup and the environment). The method can detect

sind. Die Forscher des Fraunhofer CMI haben deshalb eine

susceptibility in the lab, in 10 minutes. This is a significant im-

mikrofluidische Methode entwickelt, mit der sich die Bakterien

provement over the current practice which takes 3 to 5 days.

anhand ihrer Phänotypen, also ihrer sichtbaren Merkmale,

Moreover, since the method is a phenotypical method, it is

identifizieren lassen, die sich durch die Interaktion zwischen

robust to genetic mutations conferring new types of resistance

Genen und Umwelt ausprägen. Mit dieser Methode kann die

and does not require a priori knowledge of the genotype.

Empfindlichkeit von Bakterien gegenüber bestimmten Antibiotika im Labor innerhalb von zehn Minuten festgestellt

Fraunhofer CMI is focusing on one bacteria, Staphylococcus

werden. Gegenüber den üblichen Verfahren, die hierfür

aureus, which causes skin and blood infections. Methicillin-

drei bis fünf Tage brauchten, ist dies ein ausgesprochener

resistant S. aureus (MRSA) is a significant contributor to

Fortschritt. Darüberhinaus ist die phänotypische Untersuchung

nosocomial infections. The NIH grant is funding Fraunhofer

sicher gegenüber genetischen Mutationen, die neue Resisten-

CMI to develop the method further by studying different

zen hervorrufen, und erfordert im Vorfeld keine Kenntnis des

strains of the bacteria and to standardize the protocol so that

Genotyps.

their susceptibility can be rapidly determined.

Das Fraunhofer CMI konzentriert sich zunächst auf das

Kontakt/Contact

Bakterium Staphylococcus aureus, das Haut und Blut infizieren kann. Der Methicillin-resistente S. aureus (MRSA) ist eine weit

Alexis Sauer-Budge, Ph.D.

verbreitete Ursache für so genannte nosokomiale Infektionen

Telefon/Phone +1 617 353 1895

in Krankenhäusern und medizinischen Praxen. Das NIH fördert

[email protected]

das Fraunhofer CMI dabei, die neue Methode an verschiedenen Bakterienstämmen zu erproben und zu standardisieren, so dass die Empfindlichkeiten dieser Bakterien gegenüber Antibiotika schnell aufgespürt werden.

125

KOOPERATIONEN COOPERATIONS

126

128

MTU Aero Engines – Ausbau einer vertrauensvollen Zusammenarbeit MTU Aero Engines – Building on a Business Relationship of Mutual Trust

130

StarragHeckert – Prozessoptimierte 5-Achs-Fräsbearbeitung StarragHeckert – Optimized 5-axis Milling Processes

132

AFPT – Laserunterstütztes Tapelegen thermoplastischer FVK-Tapes AFPT – Laser-assisted Tape Laying of Thermoplastic FRP Tapes

134

Forschungsgemeinschaft Ultrapräzisionstechnik e.V. Research Association “Ultra Precision Technology”

136

aachener intiative modell-, werkzeug- und formenbau aachener intiative modell-, werkzeug- und formenbau

138

Hightech-Produktion für Wachstumsmärkte Hightech Production for Expanding Markets

140

Fraunhofer-Verbund Produktion: Kompetenz durch Vernetzung Fraunhofer Production Alliance: Competence through Networking

142

Gemeinsam zur Energie- und Ressourceneffizienz Joint Efforts to Achieve Higher Levels of Energy and Resource Efficiency

144

Fraunhofer-Allianz Generative Fertigung Fraunhofer Additive Manufacturing Alliance

127

K O O P E R AT I O N E N C O O P E R AT I O N S

MTU AERO ENGINES – AUSBAU EINER VERTRAUENSVOLLEN ZUSAMMENARBEIT MTU AERO ENGINES – BUILDING ON A BUSINESS RELATIONSHIP OF MUTUAL TRUST Die MTU Aero Engines ist Deutschlands führender Triebwerks-

MTU Aero Engines is Germany’s leading jet engine producer

hersteller und weltweit eine feste Größe. Der Antriebsspezialist

and a global brand. The company, a global leader in many

ist in wesentlichen Schlüsselbereichen technologisch führend

key areas of propulsion technology, primarily provides

und unter anderem Anbieter weltweiter Spitzentechnologie

world-leading technology for high-pressure compressors and

für Hochdruckverdichter und Niederdruckturbinen. Im Bereich

low-pressure turbines. MTU and the Fraunhofer IPT have

der Fertigungstechnologie und des Technologiemanagements

conducted many manufacturing technology and technology

blicken die MTU und das Fraunhofer IPT auf eine erfolgreiche

management projects in the past and were happy to continue

gemeinsame Vergangenheit zurück. Aus diesem Grund

this long history of successful joint ventures by signing a

unterschrieben beide Partner 2003 eine gemeinsame

comprehensive framework agreement in 2003. This agree-

Rahmenvereinbarung. Diese bildete den Grundstein für eine

ment in turn has provided the foundation for an even closer

intensivere Fortführung der erfolgreichen Zusammenarbeit.

cooperation.

Das Fraunhofer IPT hat im Bereich des simultanen

The Fraunhofer IPT has developed the technological skills and

5-Achs-Hochleistungsfräsens von Verdichter- und Turbinen-

procedures for milling compressor and turbine components

komponenten, dessen Prozessauslegung und -optimierung

by simultaneous 5-axis high-performance machining. These

ein grundlegendes Know-how aufbauen können, das

skills have been optimized and extended continuously through

in anwendungsorientierten Entwicklungsaufträgen und

the years in application-orientated development assignments

Prototypenfertigungen kontinuierlich ausgebaut wurde.

and prototype production. Over the years, the processing

Die Herausforderung stieg mit der Komplexität der Bearbei-

tasks became ever more complex, in proportion to the

tungsaufgabe, gegeben durch gehobene Ansprüche der

higher structural requirements of lightweight construction,

Leichtbaukonstruktion, widerstandsfähigere Werkstoffe

innovative materials and aerodynamically optimized surfaces.

und aerodynamisch optimierte Strömungsflächen. Vor allem

The milling of BLISKs (“blade-integrated disks”) made from

in der Fräsbearbeitung von BLISKs (Blade Integrated Disks)

high-temperature- and high-strength alloys in particular

aus hochtemperatur- und kriechbeständigen Schmiede-

require an essential understanding of the processes involved,

legierungen ist grundlegendes Prozessverständnis gefragt, so

because the desired product requirements must be matched

dass die sehr kostenintensiven Rohteile bereits in der ersten

with these cost-intensive parts already in the initial process

Prozessauslegung den Zielvorgaben entsprechend gefertigt

design, since iterative optimizing steps are not an option. To

werden können. Weitere Iterationsschleifen sind in der Praxis

meet this requirement, the Fraunhofer IPT has been able to

128

oft nicht möglich. Um die Anforderungen zu erfüllen, greift

use its large body of scientific knowledge that has been built

das Fraunhofer IPT auf fundiertes Wissen zurück, das aus der

up during long periods of active application. This has allowed

Anwendung erworben und wissenschaftlich ausgebaut wurde.

the Fraunhofer IPT to establish itself as a centre of innovation

So hat sich das Fraunhofer IPT als Innovationsschmiede im

in the field of simultaneous 5-axis high-performance milling.

Bereich des simultanen 5-Achs-Hochleistungsfräsens etabliert. By December 2009, MTU and the Fraunhofer IPT extend Zum Dezember 2009 verstärken die MTU und das Fraunhofer

their cooperation to the lathing of turbine disks and BLISKs.

IPT die Zusammenarbeit im Bereich der Drehbeabreitung

The investment into an Monforts UniCen 1002 provides the

von Turbinenscheiben und BLISKs. Die Investition in eine

Fraunhofer IPT with the opportunity of expanding the process

Monforts UniCen 1002 Dreh- und Fräsmaschine erlaubt es

chain of prototype-production of rotary turbine components

dem Fraunhofer IPT zukünftig, die Prozesskette der Proto-

by a lathing option. MTU will continue to rely on innovative

typenfertigung rotatorischer Turbinenkomponenten um die

production solutions provided by the Fraunhofer IPT. Their

Drehbearbeitung zu erweitern. Die MTU setzt dabei weiterhin

turbine disk and BLISK prototypes will be manufactured at

auf die innovativen Fertigungslösungen aus dem Fraunhofer

Fraunhofer IPT and their processes will be fundamentally

IPT und beabsichtigt, prototypische Turbinenscheiben und

analyzed and optimized there as well.

BLISKs am Fraunhofer IPT fertigen und Prozesse grundlegend analysieren und optimieren zu lassen.

The Monforts UniCen 1002 will be equipped with a multi-axis milling spindle, whose dynamic behavior and performance

Weiterhin wird die Monforts UniCen 1002 mit einem

capability will be fundamentally evaluated in various process-

mehrachsigen Fräsbearbeitungskopf ausgestattet, dessen

ing-tasks. With the existing know-how and the self-developed

dynamisches Verhalten und Leistungsfähigkeit in diversen

software tools for the analysis of processing dynamics, the

Bearbeitungsaufgaben grundlegend untersucht wird. Mit

Fraunhofer IPT will identify which fields of application are

dem vorhandenen Know-how und den selbst entwickelten

specifically suitable for this highly innovative lathing machine.

Softwaretools zur Analyse der Bearbeitungsdynamik ermittelt das Fraunhofer IPT zielorientiert das geeignete Einsatzgebiet der hochinnovativen Drehmaschine. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Martin Witty Telefon/Phone +49 241 8904-428 [email protected]

129

K O O P E R AT I O N E N C O O P E R AT I O N S

STARRAGHECKERT – PROZESSOPTIMIERTE 5-ACHS-FRÄSBEARBEITUNG OPTIMIZED 5-AXIS MILLING PROCESSES Die Prozessauslegung bei der spanenden Fertigung von

The process layout required to mill single blades for gas and

Gas- und Dampfturbinenschaufeln ist aufgrund der komplexen

steam turbines is highly demanding due to the complex blade

Schaufelgeometrien äußerst anspruchsvoll. Der hohe

geometries involved. The high freeform ratios require dynamic

Freiformflächenanteil erfordert dynamische Maschinenachsen

machine axes, and the unfavourable length-thickness ratios

und das ungünstige Längen-Dicken-Verhältnis begünstigt

amplify the tool-induced vibrations. An additional challenge

werkzeuginduzierte Vibrationen. Die Einsatzumgebung der

is provided by the operational environment of the blades at

Schaufeln bei mehreren hundert Grad Celsius erfordert den

temperatures of several hundred degrees Celsius. These condi-

Einsatz wärmebeständiger Werkstoffe, deren schwierige

tions require materials that are resistant to high temperatures,

Zerspanung zusätzliche Herausforderungen bietet.

but these are exactly the materials that are generally difficult to mill.

Gemeinsam mit der StarragHeckert AG entwickelt das Fraunhofer IPT Schruppfräs- und Schleifprozesse für die Einzelschau-

In collaboration with the StarragHeckert AG, the Fraunhofer

felfertigung weiter. Für diese Untersuchungen kommt das

IPT is working on the improvement of roughing and grinding

Schaufelbearbeitungszentrum LX 151 der StarragHeckert AG

processes for the production of single blades. This research

zum Einsatz. Die Anlage verfügt über eine spezielle Maschi-

effort is based on the simultaneous 5-axis high-performance

nenkinematik und eine Momenten- und Kraftkopplung

machining center LX 151 of the StarragHeckert AG. The

der Bauteileinspannungen. An beiden Schaufelenden

LX 151 features special machine kinematics and, additionally,

sind Einspannungen positioniert, die thermisch induzierte

a momentum coupling and a force coupling of the two clamp-

Bauteilausdehnungen erfassen und ausgleichen. Mit diesem

ings. The clampings are located at the two blade ends and can

Einspannsystem lässt sich ein definierter Spannungszustand

detect and compensate any thermally induced expansion of

erzielen, um strukturelle Eigenschaften wie Steifigkeit und

the workpiece. It is furthermore possible to induce a defined

Bauteileigenresonanz gezielt zu beeinflussen. Auf diese Weise

elastic stress condition within the workpiece to influence

kann die Prozessstabilität durch minimierte Abdrängungen

structural properties such as rigidity and self-resonance. This

und Vibrationen erhöht werden.

provides higher levels of process stability through a reduction of tool deflection and vibration.

Das Fraunhofer IPT untersucht im Projekt gemeinsam mit StarragHeckert den Schruppprozess. Ziel ist eine bessere

In the course of the project, the Fraunhofer IPT is investigating

Parametrisierung und Werkzeugwahl, um die Bearbeitungszeit

the roughing process together with StarragHeckert. Together,

zu verkürzen. Verschiedene innovative Fräsverfahren wie das

they aim to improve the selection of parameters and suitable

Tauchfräsen dienen dazu, die bis zu 700 mm langen Schaufeln

tools with a view to reducing machining time. To determine

130

möglichst effizient zu zerspanen. Da die gewünschte Geomet-

the most efficient process of manufacturing single blades with

rie erst nach mehreren Schruppprozessen erreicht wird, gilt es,

lengths of up to 700 mm, a variety of innovative milling stra-

aussichtsreiche alternative Bearbeitungsstrategien zu ermitteln.

tegies such as plunge milling are being applied and assessed.

Nach dem Fräsen ist die Endbearbeitung der Schaufel durch

Since several roughing processes are necessary to reach the

einen Schleifprozess vorgesehen. Im Projekts untersucht das

target geometry, alternative manufacturing strategies promise

Fraunhofer IPT, wie sich diese Feinbearbeitung durch einen

a high potential of optimization. The milling process is follow-

automatisierten Schleifprozess in der gegebenen Maschinen-

ed by a fine machining process in which selected geometry

umgebung durchführen lässt. Abschließend werden die

features of the blade are grinded. The Fraunhofer ITP is also

künstlichen Spannungen und Verformungen im Werkstück,

exploring the possibility of realizing a fully automated grinding

die durch die Kraftkopplung erzeugt wurden, anhand von

process in the LX 151. As a concluding step, the stress

FEM-Simulationen abgebildet und die Simulationsergebnisse

condition induced by the force coupling will be simulated by

an der LX 151 überprüft. Als Ergebnis des Projekts gibt das

FEM and verified by experiments on the machine. As a result

Fraunhofer IPT eine Handlungsempfehlung zur weiteren

the Fraunhofer IPT will recommend a procedure for the further

Verwendung dieser Einspanntechnologie.

use of the clamping system.

Das gemeinsame Projekt mit der StarragHeckert AG ist auf

During the 3-year project, StarragHeckert and experts from

drei Jahre angelegt und fordert abteilungsübergreifende

different departments of the Fraunhofer IPT will closely

Kompetenzen aus den Bereichen CAx-Technologie, Hochleis-

collaborate in the areas of CAx technology, 5-axis milling

tungszerspanung und Feinbearbeitung des Fraunhofer IPT.

technology and fine machining. Based on the high standard

Das bereits sehr hohe Fertigungsniveau von StarragHeckert

of manufacture at StarragHeckert, the paramount goal of this

soll dieses Projekt über die bisherigen Leistungsgrenzen der

project is to set new standards in the performance of single

Einzelschaufelfertigung hinweg noch verbessern.

blade manufacturing.

Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Christian Jelich Telefon/Phone +49 241 8904-231 [email protected]

131

K O O P E R AT I O N E N C O O P E R AT I O N S

AFPT – LASERUNTERSTÜTZTES TAPELEGEN THERMOPLASTISCHER FVK-TAPES LASER-ASSISTED TAPE LAYING OF THERMOPLASTIC FRP TAPES Ziel der Kooperation zwischen dem niederländischen Unter-

The Dutch company AFPT B.V. and the Fraunhofer IPT are con-

nehmen AFPT B.V. und dem Fraunhofer IPT ist die Entwicklung

ducting this joint project to develop new tape laying facilities

von Thermoplast-Tapelegeanlagen mit Laserintegration für die

with integrated laser equipment to manufacture light-weight

Verarbeitung endlosfaserverstärkter Kunststoffe zu höchst-

components from thermoplastic fiber-reinforced plastics (FRP).

leistungsfähigen Leichtbauteilen, wie sie beispielsweise in der

Such components are required, for example, by the aerospace

Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt werden.

industry.

Faserverbundwerkstoffe gewinnen aufgrund ihrer hervor-

Due to their excellent weight-to-strength ratios, the demand

ragenden Leichtbaueigenschaften immer stärker an

for composites from many industries is steadily growing. Their

Bedeutung. Besonders vor dem Hintergrund des weltweit

use is no longer restricted to the aerospace industry: many of

wachsenden ökologischen Bewusstseins kommen sie nicht

today’s mass-produced articles, for example cars and certain

nur in der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz, sondern nehmen

items of sports equipment, incorporate composites, not least

zunehmend Einzug in Massenprodukte, etwa im Automobil-

due to environmental considerations. A far wider use of these

oder Sportgerätebau. Die hohen Produktionskosten stehen

components, however, is currently still being prevented by

jedoch dem Einsatz dieser Werkstoffklasse häufig immer noch

their high manufacturing costs.

entgegen. This is why Fraunhofer IPT and AFPT B.V. are currently Aus diesem Grund erforscht das Fraunhofer IPT zusammen mit

exploring the potential of the laser-assisted tape laying process

AFPT B.V. den laserunterstützten Thermoplast-Tapelegeprozess

of thermplastic FRP tapes, developing suitable production

und entwickelt entsprechende Produktionsanlgen, um die

facilities with a view to cutting production costs. With this

Produktionskosten zu senken. Dieses Verfahren ermöglicht

process, it becomes possible to insert ondulation-free and

ondulationsfreie und frei orientierbare Verstärkungsfasern

freely adjustable reinforcement fibers into components with

im Bauteil mit Faservolumengehalten von mehr als 60

a fiber volume content of more than 60 %. This enables the

Prozent. Damit lassen sich endlosfaserverstärkte Kunststoff-

production of FRP structural components whose performances

Strukturbauteile der höchsten Leistungsklasse herstellen.

are second to none.

Von Vorteil gegenüber den heute üblichen Technologien ist

Both the production process itself and the subsequent storage

es, dass das vollautomatisierbare Verfahren in der Produktion

of the semi-finished products of this fully automatic technique

132

und bei der Lagerung der Halbzeuge einen deutlich geringen

require a far smaller energy input than existing production

Energieeinsatz verlangt und die Produktionszyklen verkürzt.

technologies and also shorten the production cycles considerably.

Diese Prozesseigenschaften werden vorrangig durch die Verwendung thermoplastischer Kunststoffe erzielt. Sie sind im

These process properties are primarily the result of the use of

Bereich endlosfaserverstärkter Kunststoffe noch wenig verbrei-

thermoplastics. Thermoplastics have so far only rarely been

tet, da bisher passende Verarbeitungstechniken und Anlagen

used in conjunction with FRP since suitable techniques and

fehlten. Doch endlosfaserverstärkte Thermoplaste bieten noch

facilities were not in place. Fiber-reinforced thermoplastics

weitere Vorteile: Thermoplastische Kunststoffe sind sehr gut

nevertheless have an enormous industrial potential: They can

recycelbar, so dass sich diese Werkstoffklasse auch für den Ein-

be easily recycled and are therefore perfectly suited for mass

satz in Massenprodukten eignet. Zudem erreichen die neuen

production processes. The new thermoplastics furthermore

Thermoplaste nicht nur die mechanischen Eigenschaften der

are more than a match for the mechanical properties of the

bisher eingesetzten Duroplaste, sondern übertreffen diese oft

conventionally used duroplastic materials, exceeding their

sogar hinsichtlich der Schlagfestigkeit und Schadenstoleranz.

levels of impact strength and damage tolerance.

AFPT und Fraunhofer IPT arbeiten bereits seit einigen

AFPT and Fraunhofer IPT have for several years been success-

Jahren an verschiedenen Teilgebieten der laserunterstützten

fully exploring different areas of laser-assisted processing of

Thermoplast-Verarbeitung und können auf eine sehr erfolg-

thermoplastics, succeeding – for example – to introduce the

reiche Zusammenarbeit zurückblicken. Unter anderem gelang

laser-assisted tape-winding technique into industrial practice.

es dem Konsortium, das laserunterstützte Tapewickelverfahren

The development partners have reached the stage where they

in die industrielle Anwendung zu überführen. Heute sind die

are capable of producing fiber-reinforced thermoplastic pipes

Entwicklungspartner bereits in der Lage, endlosfaserverstärkte

with any fiber-winding angle that may be required and the

Thermoplast-Rohre mit beliebigen Faserwickelwinkeln und

first structural components made with fiber-reinforced ther-

erste endlosfaserverstärkte Thermoplast-Strukturbauteile durch

moplastics by laser-assisted tape laying. AFPT and Fraunhofer

laserunterstütztes Tapelegen herzustellen. AFPT und Fraun-

IPT cooperate in public projects such as the InnoNet project

hofer IPT kooperieren sowohl in öffentlichen Projekten wie

“3D-ThermoLay” (contract number: In-6518) as well as in

dem InnoNet-Projekt »3D-ThermoLay« (Förderkennzeichen:

bilateral industrial projects.

In-6518) als auch in bilateralen Industrieprojekten. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Michael Emonts Telefon/Phone +49 241 8904-150 [email protected]

133

K O O P E R AT I O N E N C O O P E R AT I O N S

FORSCHUNGSGEMEINSCHAFT ULTRAPRÄZISIONSTECHNIK E.V. RESEARCH ASSOCIATION “ULTRA PRECISION TECHNOLOGY” Die Forschungsgemeinschaft für Ultrapräzisionstechnik besteht

The “Ultra Precision Technology” research association was

seit 1988. Ihr Ziel ist die anwendungsorientierte Erforschung

founded in 1988 with the aim of carrying out applied research

industrierelevanter Themen aus der Präzisions- und Ultrapräzi-

into the industrially relevant aspects of precision and ultra

sionstechnik. Die Mitgliedsvereinigung der AiF finanziert sich

precision technology. The AiF member association is financed

sowohl aus Eigenmitteln der rund 30 Mitgliedsunternehmen

by the 30 member companies as well as through public

als auch über öffentliche Fördermittel. Die Mitglieder stammen

funding. Member companies represent various industrial

aus dem Werkzeugmaschinen- und Anlagenbau, der Auto-

sectors – from machine tool, plant construction and tool and

mobilbranche sowie der Werkzeug- und Steuerungstechnik.

control technology companies to the automotive industry.

Die Forschungsgemeinschaft Ultrapräzisionstechnik e.V.

The “Ultra Precision Technology” research association is dedi-

widmet sich der Entwicklung neuer Produktionsmaschinen,

cated to the development of new production machines, new

Maschinenkomponenten wie Spindeln und Achssystemen

machine components, such as spindles and axis systems, as

sowie Prozess- und Steuerungstechnik. Charakteristische

well as new process and control technologies. Research work

Produkte dieser Forschungsarbeiten sind die Ultrapräzisions-

has, for instance, led to the development of the UPM ultra

dreh- und -fräsmaschine UPM und die hochdynamische

precision turning and milling machine and the UHM highly

Unrunddrehmaschine UHM.

dynamic turning machine.

Laufende Forschungs- und Entwicklungsvorhaben befassen

The focus of current R&D projects lies in improving the

sich mit der Entwicklung verbesserter Führungs- und Lage-

guidance and bearing technology involved in precision and

rungstechnik für Präzisions- und Ultrapräzisionsmaschinen so-

ultra precision machines as well as in developing automation

wie mit Automatisierungskonzepten für die Mikro-zerspanung

concepts based on ultra precision process monitoring for use

durch ultrapräzise Prozessüberwachung. Hier sind auch das

in micro machining processes. This includes automating the

automatisierte Einmessen von Werkzeugen und Werkstücken

calibration of tools and workpieces as well as fully automating

sowie der vollautomatisierte Werkzeugwechsel zu nennen.

the retooling process.

Im Mittelpunkt aktueller Forschungsarbeiten steht die Konzep-

Current research activities are focused on designing and

tion, Auslegung und Entwicklung hochpräziser Positioniersys-

developing high precision positioning systems using new

teme durch neue hydrostatische und aerostatische Führungen

hydrostatic and aerostatic guides and highly dynamic drives.

134

und hochdynamische Antriebe. Begleitet werden diese

In parallel to this work, the association has commissioned

Arbeiten durch die Entwicklung von eigener Steuerungstech-

the development of control technologies to meet the high

nik, die die hohen Anforderungen der Ultrapräzisionstechnik

standards of ultra precision technology needed with regard to

an Genauigkeit und Geschwindigkeit der Datenverarbeitung

accurate and fast data processing.

unterstützt. The research association meets every spring and fall to present Die Forschungsgemeinschaft trifft sich jedes Jahr im Frühjahr

the research findings exclusively to its members and to discuss

und Herbst, stellt ihren Mitgliedern exklusiv die erarbeiteten

new development activities. Member companies not only

Projektergebnisse vor und diskutiert neue Entwicklungsaufga-

benefit from the results of these research projects but can also

ben. Die Mitgliedsunternehmen der Forschungsvereinigung

decide on the focus of future research work. New members

profitieren nicht nur durch die Ergebnisse, sondern steuern

are always welcome to the association – please contact the

auch die Richtung der Forschungsarbeiten selbst. Neue

association offices if you would like more information.

Mitglieder sind innerhalb der Forschungsgemeinschaft für Ultrapräzisionstechnik e.V. willkommen. Interessenten wenden sich für weitere Informationen an die Geschäftsstelle. Kontakt/Contact Dr.-Ing. Christian Wenzel Telefon/Phone +49 241 8904-112 [email protected]

135

K O O P E R AT I O N E N C O O P E R AT I O N S

AACHENER INTIATIVE MODELL-, WERKZEUGUND FORMENBAU AACHENER INTIATIVE MODELL-, WERKZEUGUND FORMENBAU Mittlerweile als eine fest etablierte Plattform für Unternehmen

Having become a firmly established institution in the tool

des Werkzeug- und Formenbaus und seiner Zulieferer bietet

and die making industry over the years, the working group

der Arbeitskreis »aachener initiative modell-, werkzeug- und

“aachener initiative modell-, werkzeug- und formenbau” is

formenbau« den teilnehmenden Unternehmen anwendungs-

providing its partner corporations with application-oriented

nahe Forschung und Entwicklung zu Themen, die von den

research and development in areas that have been selected

Partnern ausgewählt, definiert und auf die konkreten Bedürf-

and defined by the partners who may also customize specific

nisse hin abgestimmt werden. Die beteiligten Unternehmen

research projects to match their business priorities and require-

profitieren dabei von einer systematischen und umsetzungs-

ments. These industrial partners benefit from a systematic

orientierten Herangehensweise, denn die ausgewählten

and implementation-oriented approach, and all projects are

Projekte werden innerhalb eines Jahres abgeschlossen.

completed within a period of one year.

Die »aachener initiative modell-, werkzeug- und formenbau«

The “aachener initiative modell-, werkzeug- und formenbau”

ist ein Zusammenschluss von Industrieunternehmen, für die

is a joint venture of several industrial corporations and a jointly

der aachener werkzeug- und formenbau als gemeinsames

operated business unit of the Laboratory of Machine Tools and

Geschäftsfeld des Werkzeugmaschinenlabors WZL der RWTH

Production Engineering WZL of the RWTH Aachen University

Aachen und des Fraunhofer IPT abgestimmte Forschungs- und

and the Fraunhofer IPT. The corporations commission certain

Entwicklungsarbeiten durchführt. Die Initiative betrachtet

research and development projects from the aachener

dabei alle Aspekte der Wertschöpfungskette im Werkzeugbau

werkzeug- und formenbau that are coordinated by the WZL

und untersucht sowohl technologische als auch organisatori-

and the Fraunhofer IPT. The initiative explores all aspects of

sche Herausforderungen.

the tool making value chain and dedicates its attention to technological as well as organizational challenges.

Neben der Projektbearbeitung im Konsortium bietet die aachener initiative den teilnehmenden Unternehmen seit

In addition to conducting research projects as part of the

mehr als zwölf Jahren ein Forum für den Informations- und

consortium, the aachener initiative has provided its partner

Erfahrungsaustausch rund um den Werkzeug- und Formenbau

corporations for the past twelve years with a forum for

sowie einen erleichterten Zugang zu Forschungs- und Entwick-

exchanging information and experiences from the tool and

lungsressourcen beider Institute. Ziel der Initiative ist es, neue

die making industry and with easy access to research and

technologische und fertigungstechnische Lösungen umzuset-

development resources of both institutes. It aims to implement

136

zen sowie Fragen der Betriebsorganisation und strategischen

new technologies and new product technology solutions and

Ausrichtung in den beteiligten Unternehmen zu beantworten.

to address issues of structural organization and business strat-

Durch die Einführung neuer Technologien und Verfahren sowie

egy. By implementing new technologies and processes and by

die Straffung bestehender Organsiationstrukturen erzielen die

reshaping existing organizational structures, the partners can

Teilnehmer Zeit- und Kosteneinsparungen.

achieve time and cost efficiencies.

Auf der Basis ähnlicher Herausforderungen in den

On the basis of their common interests in research and

Unternehmen formulieren die Projektpartner konkrete

business strategies, the project partners design customized re-

Forschungs- und Entwicklungsvorhaben zu unterschiedlichen

search and development projects for the individual challenges

Themen. Schwerpunkte im vergangenen Geschäftsjahr waren

confronting their businesses. In the past business year alone,

»Innovative Schruppstrategien für die Hartfräsbearbeitung«,

the aachener initiative addressed issues such as “Innovative

die »Automatisiertes Hochglanzpolieren«, die »Optimierung

roughing strategies for hard machining”, “Automated mirror

der Planungsintensität in der Auftragsabwicklung« sowie die

polishing”, “Optimizing the planning intensity in order

»Umsetzung von Prozessverbesserungsmaßnahmen durch

processing” and the “Implementation of process improvement

Veränderungsmanagement«.

measures through Change Management”.

Für das Jahr 2010 verabschiedeten die Unternehmen die

For 2010, the corporations have agreed the following research

folgenden Themen:

areas:

• Innovative Werkzeugkonzepte für die Schlichtbearbeitung

• Innovative tool concepts for finishing tasks

• Einfluss der Randzonenqualität auf die Standzeit von Formen

• The impact of edge quality on the tool life of molds and dies

und Gesenken • Standardisierung von Prozessfolgen in der Werkzeugfertigung

• Standardization of process sequences in tool manufacturing • Assessment of business processes in indirect departments

• Bewertung von Geschäftsprozessen in indirekten Bereichen Kontakt/Contact Dipl.-Kfm. Martin Bock Telefon/Phone +49 241 8904-159 [email protected]

137

K O O P E R AT I O N E N C O O P E R AT I O N S

HIGHTECH-PRODUKTION FÜR WACHSTUMSMÄRKTE HIGHTECH PRODUCTION FOR EXPANDING MARKETS Das Land Nordrhein-Westfalen fördert den Aufbau des

The Land North Rhine-Westphalia is contributing funds of

Aachener Kompetenzzentrums »Hightech-Produktion für

EUR 12.2 million to the extension of the Aachen-based com-

Wachstumsmärkte« mit einer Summe von 12,2 Mio. Euro.

petence center “Hightech Production for Expanding Markets”.

Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

In close cooperation with the Fraunhofer Institute for Laser

schafft das Fraunhofer IPT mit dem neuen Forschungszentrum

Technology ILT, the Fraunhofer IPT will be creating more than

über 100 Arbeitsplätze im Bereich der optischen Technologien

100 new jobs in the new research center’s departments for

sowie der Bio- und Medizintechnik. Ziel ist es, Prozesse zur

optical, biomedical and medical technologies. The objective

Herstellung anspruchsvoller Hightech-Produkte, etwa für die

is to explore processes for the production of high-end and

Beleuchtungs- und Automobiltechnik, die Mikroelektronik oder

high-tech products in areas such as lighting and automotive

die medizinische Diagnostik, zu erforschen.

technologies, micro-electronics and medical diagnostics.

Das Innovationsministerium des Landes NRW wählte das

The Ministry for Innovations of the Land North Rhine-West-

Aachener Kompetenzzentrum als eines von zwölf Projektteams

phalia selected the Aachen-based competence center as one

im Wettbewerb »Hightech.NRW« aus, die nun ihre Konzepte

of twelve project teams in its “Hightech.NRW” competition.

gemeinsam mit Partnern aus der Industrie umsetzen können.

These teams now have the opportunity of realizing their plans in close cooperation with industrial partner corporations.

In der ersten Phase des Projekts wird zunächst die technische Infrastruktur aufgebaut, um schnell mit den Forschungsarbeiten The first stage of the project focuses on the provision of beginnen zu können. Diese konzentrieren sich strategisch auf

the technical infrastructure which is required for the actual

technologisch besonders anspruchsvolle Produkte, die sich meist research. This research is meant to explore technologically nur mit einzigartigen und schwer zu imitierenden Produktions-

complex high-end products that require specifically developed

technologien herstellen lassen. Damit schafft das Fraunhofer IPT equipment, thereby defying any attempt to copy and imitate die Vorraussetzungen für den Aufbau ganzheitlicher Prozess-

the production technology. The Fraunhofer IPT intends to

ketten der Ultrapräzisions- und Mikrotechnik zur Herstellung

provide the conditions necessary for the creation of integrated

optischer und biomedizinischer Produkte.

ultra-precision and microtechnology process chains in the optical and biomedical industries.

138

Besonders optische Komponenten besitzen eine Schlüsselfunk-

Optical components in particular hold key functions in many

tion in vielen Hightechprodukten aktueller Wachstumsmärkte.

high-tech products of rapidly expanding markets. The instant

Die schnelle Nutzung grundlegender opto-physikalischer

use of basic opto-physical effects for the construction of

Effekte auf optischen Funktionsträgern erschließt neue

such components opens up the possibility of creating new

Anwendungen und Produkte mit hoher Marktrelevanz. Eine

applications and new products with considerable market

erfolgreiche Markteinführung gelingt jedoch nur, wenn

potential. A successful market launch, however, requires the

geeignete Technologien und Technologieketten bereitgestellt

provision of appropriate technologies and technological chains

werden, die sowohl eine schnelle Muster-/Prototypen-

that allow a quick conversion of ideas into the production of

herstellung als auch eine wirtschaftliche Serienproduktion

samples and prototypes and ultimately into a commercially

erlauben. Kurze Produktlebenszyklen bedürfen aus Sicht der

viable, mass-produced article. Short product life cycles mean

Hightech-Produktion durchgängiger und vor allem leicht kon-

that high-tech production systems need to develop continuous

figurierbarer, integrativer Prozessketten. Die technologischen,

and, above all, easy-to-configure integrated process chains.

infrastrukturellen und methodischen Voraussetzungen werden

This initiative has been designed to provide the technological,

durch diese Initiative geschaffen und unterstützen so unmittel-

infrastructural and methodological conditions for such chains,

bar die Produktentwicklungsprozesse innovativer kleiner und

directly supporting the product development processes of

mittlerer Unternehmen. Innerhalb der nächsten drei Jahre wird

innovative small and medium-sized enterprises. Within the

dadurch eine in Europa einzigartige Entwicklungsplattform zur

next three years, it will create a development platform for

Produktion optischer Hightech-Komponenten geschaffen.

optical high-tech components unrivalled anywhere in Europe.

Die Baumaßnahmen, die über die reinen Geräteinvestitionen

In addition to investments into machinery and equipment, the

hinaus zum Aufbau des Kompetenzzentrums erforderlich sind,

establishment of the competence center will also require the

werden in einer zweiten Initiative bis Ende 2012 umgesetzt.

physical construction of new labs and offices. These measures will be completed in a second project stage by the end of

Kontakt/Contact

2012.

Dr.-Ing. Thomas Bergs Telefon/Phone +49 241 8904-105 [email protected]

139

K O O P E R AT I O N E N C O O P E R AT I O N S

FRAUNHOFER-VERBUND PRODUKTION: KOMPETENZ DURCH VERNETZUNG FRAUNHOFER PRODUCTION ALLIANCE: COMPETENCE THROUGH NETWORKING Im Fraunhofer-Verbund Produktion haben sich sieben

The Fraunhofer Production Alliance unites seven Fraunhofer

Fraunhofer-Institute mit dem Ziel zusammengeschlossen, pro-

Institutes that have joined forces to conduct production-

duktionsorientierte Forschung und Entwicklung gemeinsam zu

oriented research and development projects and to provide

betreiben und den Kunden auch umfangreiche, ganzheitliche

their customers with comprehensive, integrated one-stop

Lösungen aus einer Hand anbieten zu können. Die mehr als

solutions. The Alliance employs more than 2,000 people and

2 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter erwirtschaften ein

generates annual revenue of app. EUR 140 million.

Finanzvolumen von insgesamt rund 140 Millionen Euro. The development of production technologies that allow a In der Produktion behutsam mit den verfügbaren Ressourcen

more sustainable use of natural resources has long ceased to

umzugehen ist angesichts der weltweiten Trends nicht mehr

be of exclusively environmental relevance. It is of equal impor-

länger nur eine Frage des Umweltschutzes. Ebenso wichtig

tance – particularly in times of economic turbulence – to make

ist es, gerade in wirtschaftlich turbulenten Zeiten, Zukunfts-

sure that your products will have access to the expanding

märkte frühzeitig für das eigene Unternehmen zu sichern

markets of tomorrow, always keeping an eye on production

und dabei die Kosten im Blick zu behalten. Das Schlagwort

costs. This is why “resource efficiency” is an increasingly

»Ressourceneffizienz« rückt deshalb immer stärker in den

urgent demand in business, politics and research. The

Fokus von Wirtschaft, Politik und Forschung. Ziel ist es, mit

objective is to focus the competences and experiences of the

gebündelten Kompetenzen und Erfahrungen der einzelnen

individual institutes on the development of comprehensive,

Institute umfassende, ganzheitliche und praktikable Lösungen

integrated and practical solutions for tomorrow’s challenges.

für die Herausforderungen der Zukunft zu entwickeln. All seven institutes of the Fraunhofer Production Alliance are Alle sieben produktionstechnischen Institute im Fraunhofer-

approaching this issue from the angle of their own production

Verbund Produktion gehen dieser Frage auf den Grund – jedes

technology, while meeting the common task of providing

Institut im Rahmen seiner inhaltlichen Schwerpunkte, alle

concepts for a “resource-efficient production”.

sieben Institute gemäß der gemeinsamen Leitlinie »Ressourceneffiziente Produktion«.

“Resource-efficient production” was also the topic of a conference organized by the Alliance on February 25, 2009 at

Zu diesem Thema initiierte der Verbund Produktion am

Leipzig. More than 250 participants listened to presentations

25. Februar 2009 in Leipzig eine Konferenz. Mehr als 250

about the political, economical and scientific dimensions of

140

Teilnehmer verfolgten ein Vortragsprogramm mit Beiträgen

the issue. In three specialist forums, renowned experts from

aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft. In drei Fachforen

various fields discussed different energy-efficient processes

erörterten renommierte Referenten Fragen der energieeffi-

and facilities as well as ways to recover and store energy. The

zienten Prozesse und Anlagen sowie der Energierückgewin-

conference was concluded by a panel discussion where the

nung und -speicherung. In einer abschließenden Podiums-

experts could extend their networks of contacts and identify

diskussion konnten die anwesenden Experten neue Netzwerke

both current trends and future opportunities.

knüpfen und die entscheidenden Trends und zukünftigen Chancen identifizieren.

In April 2009, the Alliance presented its ideas about resourceefficient means of production at the Hanover Industrial Fair.

Im April 2009 trat der Verbund Produktion auf der

The centerpiece of the Alliance’s stand was the model of a

Hannover Messe Industrie auf. Leitthema war auch hier die

turbofan jet engine with a robust design for short distance

»Ressourcen-effiziente Produktion«. Blickfang war das Modell

flights, significantly lower fuel consumption and low noise

eines Mantelstrom-Flugzeugtriebwerks dessen Original sich

emissions as well as low toxic emissions. The exhibit was

durch eine robuste Auslegung für den Kurzstreckeneinsatz

meant to represent an exemplary answer to one specific

und deutlich geringere Verbrauchskennwerte bei niedrigen

challenge – while highlighting the fact that similar challenges

Geräusch- und Schadstoffemissionskennwerten auszeichnet.

of creating resource-efficient processes are still posed by the

Das Großexponat stand stellvertretend für eine Vielzahl von

product life cycles of other investment goods.

Herausforderungen der Ressourcenschonung im gesamten Produktlebenszyklus von Investitionsgütern. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Axel Demmer Telefon/Phone +49 241 8904-130 [email protected]

141

K O O P E R AT I O N E N C O O P E R AT I O N S

GEMEINSAM ZUR ENERGIE- UND RESSOURCENEFFIZIENZ JOINT EFFORTS TO ACHIEVE HIGHER LEVELS OF ENERGY AND RESOURCE EFFICIENCY Acht Institute der Fraunhofer-Gesellschaft haben sich zum

Eight institutes of the Fraunhofer Gesellschaft have joined

Arbeitskreis »Energieeffiziente Produktion« zusammen-

forces to establish the working group ”Energy-efficient pro-

geschlossen, um Industrieunternehmen in allen Fragen zur

duction“ in order to advise industrial corporations on all issues

nachhaltigen und energieeffizienten Produktion kompetent

regarding sustainable and energy-efficient production. The

zu beraten. Die Mitglieder des Arbeitskreises stammen aus

members represent a wide range of industries, enabling the

verschiedensten Fachgebieten und sind damit in der Lage,

working group to support businesses with advice and practical

Unternehmen zu den unterschiedlichen Themenfeldern

assistance in their search for more energy-efficient production

rund um die energieeffiziente Produktion mit Rat und Tat zu

techniques.

unterstützen. For the study “Energy efficiency in production”, the Das Fraunhofer IPT analysierte für die Studie »Energieeffizienz

Fraunhofer IPT (in close cooperation with with seven other

in der Produktion« in Zusammenarbeit mit sieben Fraunhofer-

Fraunhofer Institutes and additional research organizations)

Instituten und anderen Forschungseinrichungen das Potenzial

analyzed the potentials for saving resources and energy in the

zur Ressourceneinsparung im produzierenden Gewerbe und

manufacturing industry, using this study also to identify fields

leitete den Handlungsbedarf für die Produktionsforschung

where further research was needed. The study focused mainly

ab. Einen Schwerpunkt der Untersuchung bildete das Thema

on the conservation of energy: In what areas of the production

Energieeinsparung: In welchen Bereichen der Produktion

are changes required to achieve higher energy efficiency? The

müssen Veränderungen stattfinden, um eine höhere Energie-

Federal Ministry for Education and Research (BMBF) supported

effizienz zu erzielen? Das Bundesministerium für Bildung und

the project as part of the framework concept “Research for

Forschung (BMBF) förderte das Projekt im Rahmenkonzept

Tomorrow’s Production” (contract number: 02PU1000).

»Forschung für die Produktion von morgen« (Förderkennzeichen: 02PU1000).

The study pointed out that industrial manufacturers can reduce their energy consumption by 25 to 30 % in the

In der gesamten industriellen Produktion lassen sich demnach

medium term. The energy saving potential of only those

mittelfristig Energieeinsparungen von 25 bis 30 Prozent

product categories that were analyzed for the study amounted

erzielen. Allein für die in der Untersuchung betrachteten

to 210 petajoules per year. This is the equivalent of half the

Produktklassen ergab sich ein Potenzial zur Energieeinsparung

power consumption of all private households in Germany, or

von rund 210 Petajoule pro Jahr. Dies entspricht etwa der Hälf-

the annual energy production of four power stations with an output of 1.4 gigawatt each.

142

te des Stromverbrauchs der privaten Haushalte in Deutschland

Higher levels of productivity, particularly important to stay

oder vier Kraftwerken mit je 1,4 Gigawatt Leistung.

competitive in times of financial and economic troubles, can only be reached through an intelligent and efficient use of all

Eine höhere Produktivität, die gerade jetzt zu Zeiten der

available resources: i.e. energy, material and manpower. Any

Finanz- und Wirtschaftskrise eine wichtige Rolle im Ringen

gap between the target levels of productivity and diminishing

um Wettbewerbsfähigkeit einnimmt, lässt sich jedoch nur

resources must be bridged by increases in efficiency.

erreichen, wenn mit den verfügbaren Ressourcen wie Energie, Material und Personal intelligent und effizient umgegangen

The eight Fraunhofer Institutes that participated in the

wird. Die Lücke zwischen notwendiger Produktivitätssteige-

BMBF study have joined forces to establish the working

rung und weiterer Ressourcenverknappung muss durch eine

group “Energy-efficient production”: so they can provide

höhere Effizienz geschlossen werden.

comprehensive advice and assistance to industrial corporations in all issues connected with effective and energy-efficient pro-

Daher haben sich die acht Fraunhofer-Institute, die an

duction. The partners of the working group intend to identify

der Studie des BMBF beteiligt waren, zum Arbeitskreis

the requirements of the businesses and to allocate specific

»Energieeffiziente Produktion« zusammengeschlossen, um

research activities. As a result, customized solutions for “green

Industrieunternehmen in allen Fragen zur nachhaltigen und

production” processes will emerge that allow the enterprises

energieeffizienten Produktion kompetent zu beraten. Die

to distinguish themselves from their competitors.

Partner im Arbeitskreis nehmen die Fragen der Industrie auf und verbinden diese mit gezielten Forschungsaktivitäten. Als Ergebnis entstehen daraus individuelle Lösungen im Sinne der »green production«, mit denen sich Unternehmen von ihren Wettbewerbern abheben können. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Toni Drescher Telefon/Phone +49 241 8904-250 [email protected] Dipl.-Ing. Simon Frischemeier M. Eng. Telefon/Phone +49 241 8904-416 [email protected]

143

K O O P E R AT I O N E N C O O P E R AT I O N S

FRAUNHOFER-ALLIANZ GENERATIVE FERTIGUNG FRAUNHOFER ADDITIVE MANUFACTURING ALLIANCE Mit neuer Struktur und hoher Qualität führt die Fraunhofer-

The Fraunhofer Additive Manufacturing Alliance is continuing

Allianz Generative Fertigung die Arbeit der Fraunhofer-Allianz

the work of the Fraunhofer Rapid Prototyping Alliance – with

Rapid Prototyping fort. Dabei profitieren die Kunden der

a new organizational structure and the same dedication to

Allianz von der langjährigen Erfahrung der inzwischen

high quality. The customers of the Alliance benefit from the

zehn Mitgliedsinstitute und dem intensiven Wissenstransfer

many years of experience the (by now) ten member institutes

untereinander. Ziel der interdisziplinären Zusammenarbeit ist

have acquired and the lively knowledge exchange that has

es, technische und konzeptionelle Lösungen im Umfeld der

informed their work. The interdisciplinary joint venture aims to

generativen Fertigungsverfahren zu erarbeiten.

develop technological and conceptual solutions in the wider area of additive manufacturing techniques.

Die Fraunhofer-Allianz Generative Fertigung bildet die gesamte Prozesskette der generativen Fertigung ab. Dies umfasst die

The Fraunhofer Additive Manufacturing Alliance covers the

Entwicklung, Anwendung und Umsetzung generativer Ferti-

entire process chain of additive manufacturing techniques,

gungsverfahren und Prozesse. Die Aktivitäten konzentrieren

comprising their development, application and eventual imple-

sich auf die Leitthemen Engineering, Werkstoffe, Technologien

mentation. The activities of the Alliance are focused on four

und Qualität. Dabei trägt die Allianz vielfältige Kompetenzen

key topics: engineering, materials, technologies and quality.

und eine große Zahl von Entwicklungsideen zusammen und

The Alliance unites and structures a wide range of skills and

strukturiert sie.

competences as well as a large number of innovative ideas for new industrial processes.

Von der Konzeptidee über den Prototypen bis hin zur Produktfreigabe unterstützt die Allianz ihre Kunden in der

From the concept of a new process via the prototype to the

Konstruktion und der methodengestützten Produkt- und

eventual product: the Alliance supports its customers in the

Prozessentwicklung. Um die erwünschten Eigenschaften

development and the methodologically based implementation

zu erzielen, konzentriert sie sich auf die Neuentwicklung,

of new products and processes. In order to achieve the desired

technologiespezifische Werkstoffadaption und -herstellung

effects, the Alliance concentrates on the development as

verschiedener Materialien wie Metalle, Keramiken und

well as the technology-specific adaptation and production of

Kunststoffe. Dabei bezieht die Allianz alle aktuellen genera-

different materials such as metals, ceramics and plastics while

tiven Technologien ein und entwickelt neue Anwendungen.

involving all currently known additive technologies and con-

Darüber hinaus bietet sie Sondersysteme und umfassende

stantly developing new applications. It also provides custom-

144

Hardware- und Softwarelösungen zu laserbasierten Verfahren

ized systems and comprehensive hardware and software

für Metalle und Kunststoffe, Drucktechnologien für Keramiken

solutions for laser-assisted techniques using metals and

und Photopolymere sowie Prozessketten und Folgeprozesse.

plastics, printing technologies for ceramics and photopolymers

Um die Zuverlässigkeit und Qualität der generativ hergestellten

as well as process chains and follow-up processes. In order to

Produkte zu erhöhen, entwickelt die Allianz Lösungen für den

increase the reliability and quality of the products from the

Produktentstehungsprozess.

additive manufacturing processes, the Alliance also develops solutions for the production process.

Im Dezember 2009 präsentierte sich die Allianz nach einjähriger Unterbrechung wieder mit einem repräsentativen

In December 2009, the Alliance ended a one-year hiatus by

Auftritt auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand der Fach-

making another representative contribution to the joint Fraun-

messe »EuroMold« in Frankfurt/Main. In drei thematischen

hofer stand at the “EuroMold” fair in Frankfurt/Main. The

Exponatinseln stellten die Allianz-Kompetenzteams anwen-

Alliance’s competence teams displayed application-oriented

dungsorientierte Arbeitsergebnisse aus: Die Themeninsel

results from three areas of research: the themed display island

»Werkstoffe« behandelte die eingeschränkte Werkstoffvielfalt,

“Materials” illustrated the issue of the restricted choice of ma-

deren Entwicklung durch komplexe Prozessanforderungen

terials, the engineering problems resulting from complex pro-

und technische Schwierigkeiten bei der Pulverherstellung

cess requirements and the difficulties in developing effective

erschwert werden. Auf der Themeninsel »Technologie« wurde

powders. The themed display island “Technology” presented

mit einer automatisierten Pulverbefüllungsanlage eine absolute

an automatic powder conveying system, an absolute novelty

Marktneuheit präsentiert, die die Prozessqualität signifikant

on the market that increases product quality significantly. The

erhöht. Die Pulverbefüllungsmaschine als geschlossenes

closed powder conveying system allows a precise definition of

System erlaubt eine genaue Definition der Pulvermisch-

the powder mixing ratios and ensures that the work station

verhältnisse sowie eine saubere und sichere Arbeitsumgebung.

remains clean and safe. The themed island “Engineering and

Auf der dritten Themeninsel »Engineering und Qualität«

Quality” featured a pneumatic test machine that subjected

wurden anhand einer pneumatischen Prüfmaschine generativ

osteosynthesis plates from additive manufacturing processes

gefertigte Osteosyntheseplatten unter oszillierende Belastung

to vibration stress in order to establish their fatigue strength.

gestellt und auf ihre Dauerfestigkeit untersucht. Im Gegensatz

The compressed-air-powered measuring instrument can create

zu herkömmlichen elektromagnetischen Prüfmaschinen kann

higher levels of stress than conventional electromagnetic test

das druckluftgesteuerte Messinstrument höhere Belastungen

equipment, allowing a more strenuous test of the products

aufbauen und daher die Güte der Testexponate aussagekräftig

under review.

beurteilen. Kontakt/Contact Dipl.-Ing. Axel Demmer Telefon/Phone +49 241 8904-130 [email protected]

145

EREIGNISSE, PUBLIKATIONEN, REFERENZEN EVENTS, PUBLICATIONS, REFERENCES

146

148

Konferenzen und Messen Conferences and Fairs

152

Ehrungen Awards

155

Personen People

156

Veröffentlichungen 2009 Publications 2009

164

Dissertationen 2009 Dissertations 2009

165

Referenzen References

147

KONFERENZEN CONFERENCES

18.-19. März 2009

March 18-19, 2009

Kolloquium »Optik – Schlüsseltechnologie mit Zukunft«

Colloquium “Optics – A Key Technology For The Future”

Bereits zum vierten Mal trafen sich in Aachen rund 120 Exper-

For the fourth time, about 120 experts from the optical

ten der optischen Industrie: Eingeladen hatten das Fraunhofer

industry gathered in Aachen to learn more about the latest

IPT, das Fraunhofer ILT und die Innolite GmbH, das jüngste

trends and innovations in their field. The three hosts of the

Spin-off des Fraunhofer IPT. Ziel war es, Einblicke in aktuelle

colloquium – Fraunhofer IPT, Fraunhofer ILT and Innolite

Trends und Innovationen zu gewähren: Die Vorträge gliederten

GmbH, the youngest Fraunhofer IPT spin-off company – had

sich in die drei Themenfelder »Märkte und Strategie«, »Pro-

prepared a broad range of presentations under the three sub-

dukte und Innovation» sowie »Technologie und Produktion«.

headings “Markets and Strategy”, “Products and Innovation”

Das Rahmenprogramm mit Institutsbesichtigungen und einem

and “Technology and Production”, visits of various research

gemeinsamen Dinner bot viel Raum für Meinungsaustausch

institutes and a joint dinner as well as plenty of informal op-

zwischen den Akteuren der Branche.

portunities for exchanges of views, opinions and experiences.

Ein zentrales Thema bewegte Referenten wie Publikum

One question was on everybody’s mind: speakers as well as

gleichermaßen: Wie geht es angesichts der weltweiten Wirt-

members of the audience wondered in what way the future of

schaftskrise weiter mit den optischen Technologien? Wie hier

optical technologies would be affected by the global economic

Forschung und Entwicklung den Weg ebnen können, fasste

crisis. At the end of the first day, Prof. Fritz Klocke showed

Prof. Fritz Klocke am Ende des ersten Veranstaltungstages

how research and development could point into the right

zusammen: Auf dem Weltmarkt könne am ehesten derjenige

direction: he made clear that those companies would have

gegen die Konkurrenz aus Niedriglohnländern bestehen, der

the best chance of surviving in the face of competition from

es schaffe, Präzisionstechnologie für den Massenmarkt zu

low-wage countries that found a way of providing precision

etablieren. Dazu gelte es aber, die Prozesse der gesamten

technology for the mass market. This required both a deep

Fertigungskette zu verstehen und zu beherrschen.

understanding of and a thorough control over all processes along the production chain.

Die später vorgestellten Beispiele zeigten einen breiten Querschnitt durch die gesamte Photonik-Branche: Gleich

The colloquium presented a varied cross-section of the

drei Vorträge beleuchteten das Thema »LED«. Hier gehen

photonics industry. Three presentations alone focused on

die Anforderungen weit über die reine Technologie hinaus,

LED technologies where engineers do not only have to be on

wie etwa das Bedürfnis nach Ästhetik und Design. Welche

top of the latest research, but must also grapple with issues

besonderen Anforderungen optische Systeme an Fertigungs-

of esthetics and design. The presentations of day two con-

technologien stellen und wie sie sich bewältigen lassen, stand

centrated on the production technologies for optical systems

im Mittelpunkt des zweiten Veranstaltungstages. Wie etwa

of the future, what they would need to deliver and what

die Fertigung komplexer Optiken durch Replikation in Glas

the companies would have to do to meet their customers’

und Kunststoff erfolgen kann, erläuterten schließlich Bernd

demands. Dr.-Ing. Christian Wenzel, Managing Director of

Bresseler von der Aixtooling GmbH und Dr.-Ing.Christian

Innolite GmbH, and Bernd Bresseler from Aixtooling GmbH

Wenzel, Geschäftsführer der Innolite GmbH.

explained how replications in glass and plastics would facilitate the production of fine and complex optical structures.

148

17.-18. November 2009

November 17-18, 2009

2. Internationale Konferenz zum Ultrapräzisions- und

2nd International Conference on Ultraprecision Machin-

ELID-Schleifen

ing and ELID Grinding

Bereits zum zweiten Mal veranstaltete das Fraunhofer IPT

For the second time, the Fraunhofer IPT, the WZL of the RWTH

gemeinsam mit dem WZL der RWTH Aachen und dem Riken

Aachen University and the Riken Materials Fabrication Labora-

Materials Fabrication Laboratory aus Japan die Internationale

tory (Japan) invited leading experts from industry and research

Konferenz zum Ultrapräzisions- und ELID-Schleifen. Namhafte

to an International Conference on Ultraprecision-Machining

Experten aus Industrie und Forschung stellten während der

and ELID Grinding in Aachen. For two days, a wide range of

zweitägigen Konferenz in Aachen eine breite Palette an neuen

new perspectives, technologies and applications for ultrapreci-

Perspektiven, Technologien und Anwendungsfeldern für die

sion machining techniques were presented and discussed.

hochgenauen Schleifverfahren vor. The conference aimed to provide its participants with an overZiel der Konferenz war es, den Teilnehmern einen Überblick

view of the latest developments in ultraprecision machining.

über die aktuellen Entwicklungen rund um die ultrapräzisen

Speakers presented the latest findings from industrial and

Schleifverfahren zu vermitteln. Die Veranstaltung thematisierte

academic research into dressing and production control pro-

die neuesten industriellen und wissenschaftlichen Erkenntnisse

cesses, demonstrating and explaining successful examples for

über Prozesse zum Abrichten und zur Fertigungsüberwachung

ELID applications(Electrolytic In-Process Dressing). Between the

und stellte erfolgreiche Beispiele für ELID-Anwendungen (Elec-

presentations, in the course of visits to WZL and Fraunhofer

trolytic In-Process Dressing) vor. Zwischen den Vorträgen und

IPT workshops and during a joint diner, the participants had

während einer Hallenführung an WZL und Fraunhofer IPT und

ample opportunity to exchange views and opinions with other

eines gemeinsamen Abendessens bot sich für die Teilnehmer

guests and the speakers.

reichlich Gelegenheit zum intensiven Erfahrungsaustausch mit den Referenten und weiteren Gästen der Veranstaltung.

December 1, 2009 9th International Colloquium “Toolmaking For The

1. Dezember 2009

Future” and the “Excellence in Production” Competition

9. Internationales Kolloquium »Werkzeugbau mit Zukunft« und Wettbewerb »Excellence in Production«

The 9th International Colloquium “Tool and Die Making for the Future”, hosted by the aachener werkzeug- und formenbau (a

Mit dem 9. Internationalen Kolloquium »Werkzeugbau mit

joint business unit of the WZL of the RWTH Aachen University

Zukunft« präsentierte der aachener werkzeug- und formenbau

and the Fraunhofer IPT), provided a compact overview of the

als gemeinsames Geschäftsfeld des WZL der RWTH Aachen

latest technological and organizational trends in the industry.

und des Fraunhofer IPT erneut auf kompakte Weise die

Successful finalists of the “Excellence in Production” contest

Branchentrends aus technologischer und organisatorischer

gave comprehensive accounts of their strategies: this year’s

Sicht. Erfolgreiche Finalisten des Wettbewerbs »Excellence

presentations mainly focused on practical solutions of how to

in Production« berichteten ausführlich über ihre Erfolgsstra-

overcome the current economic crisis by the – largely – small

tegien: Im Mittelpunkt der Vorträge standen in diesem Jahr

and medium-sized tool and die manufacturers.

149

vor allem praktische Lösungen zur Bewältigung der aktuellen

The awards ceremony and, before that, the colloquium were

Wirtschaftslage für die mittelständisch geprägte Branche des

both staged in the Kurhaus of the city of Wiesbaden.

Werkzeug- und Formenbaus.

Summerer Technologies GmbH & Co. KG from SchechenRosenheim received the prize as the overall winner of the

Die Verleihung der Preise an die Sieger des Wettbewerbs fand

competition and can now call itself the “Tool Maker of

ebenso wie bereits das Kolloquium im Kurhaus der Stadt

the Year 2009”. During the festive evening gala, Andreas

Wiesbaden statt. Die Summerer Technologies GmbH & Co.

Summerer received the prize on behalf of the entire Summerer

KG aus Schechen-Rosenheim wurde als Gesamtsieger des

Technologies management team. In front of more than 200

Wettbewerbs und damit als »Werkzeugbau des Jahres 2009«

guests, the prize was presented by Reiner Rohlje, Managing

ausgezeichnet. Während der feierlichen Abendveranstaltung

Director of WIRO Präzisions-Werkzeugbau GmbH & Co. KG

nahm Andreas Summerer im Namen der gesamten Geschäfts-

who had won the competition the previous year.

leitung der Summerer Technologies den Pokal entgegen. Überreicht wurde die Auszeichnung vor rund 200 Zuschauern

The jury also awarded prizes and diplomas to the winners

durch den Vorjahressieger Reiner Rohlje, Geschäftsführer der

of several sub-categories. Altogether nine finalists had been

WIRO Präzisions-Werkzeugbau GmbH & Co. KG.

selected through comprehensive comparisons of more than 300 tool and die makers. Ten jury members, representatives of

Die Jury zeichnete während der Preisverleihung sowohl den

industrial corporations, research institutions and public bodies,

Gesamtsieger als auch die Besten innerhalb verschiedener

selected the winners of the three categories and the overall

Kategorien mit Preisen und Urkunden aus. Die Veranstalter

winner.

und die Jury des Wettbewerbs hatten die insgesamt neun Finalisten anhand eines umfassenden Vergleichs von mehr als 300 Werkzeug- und Formenbau-Betrieben ermittelt. Zehn fachkundige Juroren aus Industrie, Politik und Wissenschaft bestimmten schließlich die Gewinner in drei Kategorien und den Gesamtsieger.

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MESSEN FAIRS

24.-27. Februar 2009

6.-8. Oktober 2009

intec/Z

Biotechnica

Leipzig

Hannover

24.-26. März 2009

2.-3. Dezember 2009

JEC Composites Show

Precision Fair

Paris/F

Veldhoven/NL

20.-24. April 2009

2.-5. Dezember 2009

Hannover Messe 2009

EuroMold 2009

Hannover

Frankfurt/Main

5.-8. Mai 2009

8. Dezember 2009

Control 2009

bonding-Firmenkontaktmesse

Stuttgart

Aachen

15.-18. Juni 2009 Laser – World of Photonics 2009 München

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EHRUNGEN AWARDS

Ehrendoktorwürde für Professor Fritz Klocke

Honorary doctoral degree for Professor Fritz Klocke

Die Aristoteles-Universität zu Thessaloniki hat Prof. Dr.-Ing.

The Aristoteles University of Thessaloniki (Greece) has awarded

Dr.-Ing. E.h. Fritz Klocke seine zweite Ehrendoktorwürde

an Honorary Doctorate to Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Fritz

verliehen. Klocke erhielt diese hohe Auszeichnung für seine

Klocke, the second time he has been honored in this way.

wissenschaftlichen Leistungen in der Produktionstechnik und

Prof. Klocke received the award for his research in the field

die von ihm initiierten und aktiv gestalteten internationalen

of production technology, the international joint ventures he

Kooperationen sowie für seine Leistungen als Lehrer und

initiated and actively managed over many years and his

Betreuer von Studierenden der Ingenieurwissenschaften. Dies

achievements as a teacher and academic supervisor of

ist bereits die zweite Ehrendoktorwürde für den WZL-Direktor

students and young engineering graduates. Prof. Klocke,

und Leiter des Fraunhofer IPT, nachdem ihm im Jahr 2006 die

Director of the WZL of the RWTH Aachen University and Exec-

Leibniz-Universität Hannover den Titel »Dr.-Ing. Ehren halber«

utive Director of the Fraunhofer IPT, had received his previous

verliehen hatte.

honorary doctorate, a “Dr.-Ing. Ehren halber”, in 2006 from the Leibniz University of Hanover.

Professor Walter Eversheim erhält Bundesverdienstkreuz Erster Klasse

Professor Walter Eversheim is awarded the “Federal Cross of Merit“

Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Dr. h. c. mult. Walter Eversheim, ehemaliges Direktoriumsmitglied des Fraunhofer IPT und

Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Dr. h. c. mult. Walter Eversheim,

des WZL der RWTH Aachen, wurde am 13. November

a former member of the Board of Directors of the Fraunhofer

2009 mit dem Verdienstkreuz 1. Klasse des Verdienstordens

IPT and the WZL of the RWTH Aachen University, has been

der Bundesrepublik Deutschland ausgezeichnet. Professor

awarded the "Order of Merit of the Federal Republic of

Eversheim nahm diese hohe Auszeichnung aus der Hand von

Germany, First Class” on November 13, 2009. Prof. Eversheim

NRW-Innovationsminister Professor Andreas Pinkwart während

received his honor during a ceremony at the Dean’s Office of

einer Feierstunde im Rektorat der RWTH Aachen entgegen.

the RWTH Aachen University from Prof. Andreas Pinkwart,

Gewürdigt wurden damit besonders die Verdienste Eversheims

Minister for Innovation in the Federal State Government of

um eine moderne Technologiepolitik und den Strukturwandel

North Rhine-Westphalia. The award is a recognition of Prof.

in Kooperation von Wissenschaft, Wirtschaft und Politik.

Eversheim‘s contributions to the development of modern technology policies and the structural changes of the cooperation between science, business and politics.

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Michael Emonts ausgezeichnet für laserunterstütztes

Science award for Michael Emonts: Laser-assisted

Scherschneidverfahren

shearing of sheet metal

Herausragende Schnittflächenqualitäten sowie hohe

Excellent cutting surface qualities, high levels of efficiency and

Effizienz, Präzision und Ressourcenschonung verspricht das

precision, a sustainable use of resources – the newly develo-

laserunterstützte Scherschneiden, ein neues Verfahren zur

ped technique of shearing metal sheets with the assistance of

Blechbearbeitung (siehe Seite 86). Für die Entwicklung wurde

laser beams appears to hold out much promise (see page 86).

Dipl.-Ing. Michael Emonts, Oberingenieur der Abteilung für

For his contributions to the development of this technique,

Faserverbund- und Lasersystemtechnik des Fraunhofer IPT, am

Dipl.-Ing. Michael Emonts, Chief Engineer of the department

20. April 2009 während der Hannover Messe mit dem 2. Platz

for Fiber-reinforced Plastics and Laser System Technology at

des Ferchau Innovationspreises ausgezeichnet.

the Fraunhofer IPT, was awarded the 2nd prize of the Ferchau Innovation Contest. The ceremony took place on April 20,

JEC Asia Award 2009 für das Fraunhofer IPT

2009 at the Hanover Fair.

2009 erhielten neun Unternehmen und ihre rund 15 Partner

JEC Asia Award 2009 for Fraunhofer IPT

den JEC Award im Zuge der JEC-Fachmesse in Singapur. Darunter belegte das Fraunhofer IPT in der Kategorie »Automati-

Nine industrial corporations and their 15 research partners

sierung« den ersten Platz. Die Abteilung »Faserverbund- und

received the JEC Award 2009 at the JEC Trade Fair in Singa-

Lasersystemtechnik« entwickelte ein neues Produktionssystem

pore. Among them the Fraunhofer IPT won first prize in the

für die automatisierte, laserunterstützte Verarbeitung faser-

category “Automation”. The department for Fiber-reinforced

verstärkter thermoplastischer Kunststoffe (siehe Seite 132).

Plastics and Laser System Technology developed a new ma-

Solche Kunststoffe werden dank ihrer Eigenschaften wie hohe

chine for the automated laser-assisted processing of thermo-

Steifigkeit und Festigkeit sowie geringer Dichte unter anderem

plastic fiber-reinforced plastics (see page 132). These plastics

in der Luftfahrtindustrie eingesetzt. Das Fraunhofer IPT kann

combine high levels of rigidity and strength with a relatively

mit seinem neuen, energiesparenden Fertigungsverfahren eine

low density and are much in demand by high-end manufactu-

höhere Prozessgeschwindigkeit erzielen und konnte damit

rers such as the aviation industry. The Fraunhofer IPT managed

die Jury des JEC Awards überzeugen. Stellvertretend für das

to impress the jury of the JEC Awards with the development

Fraunhofer IPT nahm Dipl.-Ing. Martin Steyer den JEC Award

of a new energy-saving manufacturing technique that also

in Singapur entgegen.

increases processing speeds. As a representative for the Fraunhofer IPT Dipl.-Ing. Martin Steyer received the JEC Award in Singapore.

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Studienpreis der Mühlhoff-Stiftung für Martin Hünten

Students awards of the Mühlhoff Foundation for

und Andreas Janssen

Martin Hünten and Andreas Janssen

Mit dem Studienpreis der Mühlhoff-Stiftung wurden Dipl.-Ing.

On December 11, 2009, Dipl.-Ing. Martin Hünten and

Martin Hünten und Dipl.-Ing. Andreas Janssen am 11. Dezem-

Dipl.-Ing. Andreas Janssen were honored by the Mühlhoff

ber 2009 ausgezeichnet. Beide erhielten diese Auszeichnung

Foundation for their excellent academic performances. Both

für ihre Diplomarbeiten.

received the Foundation’s Awards for their graduation theses.

FH Aachen zeichnet Tobias Huwer mit ihrer

FH Aachen awards its Medal of Honor to Tobias Huwer

Ehrenplakette aus Dipl.-Ing. (FH) Tobias Huwer was one of 69 honour graduates Als einer von 69 herausragenden Absolventen der FH Aachen

of the FH Aachen who were awarded the University’s Medal of

hat Dipl.-Ing. (FH) Tobias Huwer am 27. November 2009 im

Honor in a ceremony on November 27, 2009 in the Coronati-

Krönungssaal des Aachener Rathauses die Ehrenplakette der

on Chamber of Aachen’s City Hall. Tobias Huwer received the

Hochschule entgegengenommen. Die FH Aachen hat ihm

Medal in recognition of his outstanding performances in the

die Auszeichnung in Anerkennung seiner hervorragenden

field of energy technology.

Leistungen im Fachbereich Energietechnik verliehen. Dörrenberg Students Award for Robert Füllmann Dörrenberg StudienAward für Robert Füllmann In February, Robert Füllmann, Student Research Assistant at Robert Füllmann, Studentische Hilfskraft am Fraunhofer

the Fraunhofer IPT, received the Dörrenberg Students Award

IPT, nahm im Februar den Dörrenberg StudienAward 2009

2009 for his Bachelor’s thesis on “The Analysis of Coating

für seine Bachelorarbeit zum Thema »Untersuchung von

Systems as an Instrument for Extending the Service Life of Hot

Schichtsystemen zur Standzeitverlängerung von Warm-

Working Tools – Combining the Techniques of Laser Alloying

arbeitswerkzeugen – Verfahrenskombination Laserlegieren

and Nitrification”.

und Nitrieren« entgegen.

154

PERSONEN PEOPLE

70. Geburtstag von Professor Tilo Pfeifer

Professor Tilo Pfeifer celebrates his 70th birthday

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult. Prof. h.c. Tilo Pfeifer, der erste

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult. Prof. h.c. Tilo Pfeifer, the first ever

Inhaber eines Lehrstuhls für Fertigungsmesstechnik und

tenured professor for production measurement technology

Qualitätsmanagement in Deutschland, wurde am 5. August

and quality management at a German university, celebrated

2009 70 Jahre alt. Seit 1980 war er Mitglied des Direktoriums

his 70th birthday on August 5, 2009. In 1980, he had joined

des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT, wo er

the Board of Directors of the Fraunhofer IPT where he also,

die Abteilung »Mess- und Qualitätstechnik« leitete.

for many years, headed the department for “Metrology and Quality Management”.

Mehr als 500 Vorträge des Aachener Wissenschaftlers fanden interessierte Zuhörer auf Kongressen in aller Welt, über 1 000

During a long and distinguished career, the Aachen-based

wissenschaftliche Veröffentlichungen in Fachzeitschriften der

scientist gave more than 500 presentations on congresses all

Fertigungsmesstechnik, der Lasermesstechnik, des Qualitäts-

over the world and published more than 1,000 papers about

managements und der Fertigungsautomatisierung weisen ihn

production metrology, laser metrology, quality management

als anerkannten Experten seines Lehr- und Forschungsgebietes

and production automation in academic and scientific journals,

aus. Fraunhofer IPT und das WZL der RWTH Aachen ehrten

acquiring the reputation of a globally respected expert in his

ihren langjährigen Chef anlässlich des runden Geburtstags mit

field. On the occasion of his 70th anniversary, the Fraunhofer

einem Fachkolloquium, an dem rund 400 Kollegen, ehemalige

IPT and the WZL of the RWTH Aachen University honored their

Weggefährten, Mitarbeiter sowie zahlreiche Kooperationspart-

former director by hosting a scientific colloquium which was

ner aus Wissenschaft und Industrie teilnahmen.

attended by roughly 400 colleagues and former colleagues, employees and cooperation partners from academic and

Trauer um Gunnar Schauerte

industrial research.

Die Mitarbeiter des Fraunhofer IPT trauern um ihren Kollegen

In Memoriam: Gunnar Schauerte

Gunnar Schauerte, der am 7. Oktober 2009 plötzlich und völlig unerwartet im Alter von 32 Jahren verstorben ist.

Staff members of the Fraunhofer IPT reacted with shock and

Gunnar Schauerte war seit knapp fünf Jahren in der Abteilung

sadness to the news that their colleague Gunnar Schauerte

Produktionsmaschinen als wissenschaftlicher Mitarbeiter tätig

had suddenly and unexpectedly died on October 7, 2009,

und stand kurz vor dem Abschluss seiner Promotion.

aged 32. Gunnar Schauerte had worked for five years as a Graduate Research Assistant in the department for Production Machines and was in the final stages of completing his doctoral degree.

155

VERÖFFENTLICHUNGEN 2009 PUBLICATIONS 2009

Becker, J.; Beverungen, D.; Knackstedt, R.; Glauner, C.;

Brecher, C.; Dubratz, M.; Steyer, M.; Schütte, A.; Emonts, M.;

Stypmann, M.; Rosenkranz, C.; Schmitt, R.; Hatfield, S.;

Wenzel, C.: Laser-assisted thermoplastic tape-laying systems.

Schmitz, G.; Eberhardt, S.; Dietz, M.; Thomas, O.; Walter,

In: JEC Magazine Composites. 2009, Nr. 47, S. 39-41

P.; Lönngren, H.; Leimeister, J.: Ordnungsrahmen für die hybride Wertschöpfung. In: Thomas, O.; Nüttgens, M. (Hrsg.):

Brecher, C.; Emonts, M.: Laserunterstütztes Scherschneiden.

Dienstleistungsmodellierung: Methoden, Werkzeuge und

Glatt geschnitten, ganz normal. in: Blech InForm. 2009, Nr. 3,

Branchenlösungen. 1. Aufl. Berlin: Physica-Verlag, 2009,

S. 30-33

S. 109-128 Brecher, C.; Emonts, M.: Laserunterstütztes Scherschneiden Brecher, C.; Baum, C.; Rinko, K.; Schauerte, G.: Production of

hochfester Blechwerkstoffe. Laserunterstütztes Verfahren

gratings by means of step and repeat hot embossing. In: Saile,

steigert Glattschnittanteile und verringert Schneidkräfte sowie

V.; Ehmann, K.; Dimov, S. (Hrsg.): Proceedings of the Global

Schnittschlag. In: wt Werkstattstechnik online. 99. Jg., 2009,

Conference on Micro Manufacturing, 23-25 September 2009.

Nr. 10, S. 699-706

Wakefield, Großbritannien: Charlesworth Group Wakefield, Brecher, C.; Niehaus, F.; Merz, M.; Wenzel, C.: Diamantzerspa-

2009, S. 363-366

nung mit mehr Dynamik. In: Mikroproduktion. 7. Jg., 2009, Brecher, C.; Baum, C.; Schauerte, G.: Mehrschrittiges Mik-

Nr. 5, S. 21-26

roheißprägen. Mikrostrukturierung optischer Komponenten mittels adaptiver Prägetechnologie. In: wt Werkstattstechnik

Brecher, C.; Niehaus, F.; Merz, M.; Zavelberg, M.; Richterich,

online. 99. Jg., 2009, Nr. 5, S. 304-308

C.; Stautner, M.; Rinko, K.; Schalle, E.; Schmidt, K.; VenturaTraveset, A.: Machine and Process Development for the Robust

Brecher, C.; Baum, C.; Schauerte, G.: Production of Optical

Machining of Microstructures on Free-Form Surfaces for

Components by Means of Step and Repeat Hot Embossing. In:

Hybrid Optics. Final report of the BMBF collaboration project

Tagungsband der Veranstaltung: »EOS-Confernce Manufactu-

»ERANET-OPTICALSTRUCT«. Aachen: Apprimus, 2009

ring of Optical Components«, München, June 15-17, 2009. Brecher, C.; Rosen, C.; Bausch, S.; Wenzel, C.: Fräsen von Brecher, C.; Baum, C.; Tücks, R.; Pretzsch, F.; Schauerte, G.:

Hochleistungskeramik. Hybride Prozess- und Systemtech-

Micro Structuring of Large Surfaces by Means of Step and

nologie für eine effiziente spanende Bearbeitung. In: wt

Repeat Hot Embossing. In: Brussel, H.; Brinksmeier, E.; Spaan,

Werkstattstechnik online. 104. Jg., 2009, Nr. 3 (Elektronische

H.; Burke, T. (Hrsg.): Proccedings of the Euspen 9th Internatio-

Ausgabe), S. 177-185

th

nal Conference & 11 Annual General Meeting. Vol. 2. Wien, Österreich: Copy und Druck, 2009, S. 38-41

Brecher, C.; Rosen, C.; Beegen, L.; Wenzel, C.: Systemtechnik zum Fräsen hochfester Werkstoffe. Hybride Spindel-

Brecher, C.; Breitbach, T.; Do-Khac, D.; Herfs, W.; Karlberger,

Werkzeugtechnologie für die laserunterstützte Zerspanung. In:

A.; Klein, W.; Heinen, D.; Rosen, C.: Hybride Fertigung für

wt Werkstattstechnik online. 99. Jg., 2009, Nr. 10, S. 793-800

Hochlohnländer. Prozessketten hochveredelter Produkte verkürzen. In: ZWF - Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb.

Brecher, C.; Schmitt, R.; Buß, C.; Kolb, P.; Wenzel, C.; Köll-

104. Jg., 2009, Nr. 9, S. 739-744

mann, D.: Metrology Data Feedback for Shrinkage Compensa-

156

ted Polymer Lenses. In: Brussel, H.; Brinksmeier, E.; Spaan, H.;

Brecher, C.; Wenzel, C.; Hannig, S.; Schug, R.; Weber, A.:

Burke, T. (Hrsg.): 9th International Conference of the European

Methode zur systematischen Auslegung von Werkzeugen für

Society for Precision Engineering & Nanotechnology - June

das ultraschallunterstützte Schleifen. In: Brecher, C.; Krüger, J.;

2-5, 2009, San Sebastian, Spain. Vol. II. Bedfordshire, Großbri-

Uhlmann, E. (Hrsg.): Effiziente Methodiken und durchgängige

tannien: Eigendruck Euspen Cranfield, 2009, S. 443-446

Werkzeuge zur Modellerstellung digitaler Produktionseinrichtungen. (Reihe: Fertigungstechnik, Bd. 671). 1. Aufl.

Brecher, C.; Utsch, P.; Sobotka, A.; Wenzel, C.: iTool process

Düsseldorf: VDI-Verlag, 2009, S. 71-79

and design considerations for innovative diamond tool machining. In: Brussel, H.; Brinksmeier, E.; Spaan, H.; Burke, T.

Brecher, C.; Wenzel, C.; Stimpfl, J.; Emonts, M.: Development

(Hrsg.): Proccedings of the Euspen 9th International Conference

of a high precision self-adjusting laser mirror module. In:

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Brussel, H.; Brinksmeier, E.; Spaan, H.; Burke, T. (Hrsg.):

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Proceedings of the Euspen 9th International Conference & 11th Annual General Meeting. Vol. 1. Bedford, Großbritannien:

Brecher, C.; Utsch, P.; Wenzel, C.: 5-Achs-Kompaktschleifma-

Euspen, 2009, S. 353-356

schine »MiniGrind«. Hochpräzise 5-Achs-Bearbeitung für den Mikroformenbau. In: wt Werkstattstechnik online. 99. Jg.,

Brecher, C.; Wenzel, C.; Klar, R.: Characterization and

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optimization of the dynamic tool path of a highly dynamic micromilling machine. In: CIRP Journal of Manufacturing

Brecher, C.; Utsch, P.; Wenzel, C.: Five-Axes Accuracy En-

Science and Technology. 1. Jg., 2009, Nr. 1/2, S. 86-91

hancement by Compact and Integral Design. In: CIRP Annals – Manufacturing Technology. 1. Jg., 2009, Nr. 1, S. 355-358

Castell-Codesal, A.: Laser-Rohreinschweißen bei RohrbündelApparaten. In: Oehmigen, H. (Hrsg.): Produktionstechnik

Brecher, C.; Utsch, P.; Wenzel, C.: Integral Design Axis for the

bei der Wärmeübertragerfertigung. Essen: PP PUBLICO

Accuracy Enhancement of Ultraprecision Machine Tools. In:

Publications, 2009, S. 132-169

th

Proceedings of the 9 International Conference and Exhibition on Laser Metrology, Machine Tool, CMM & Robotic Perfor-

Depiereux, F.; König, N.; Lehmann, P.; Pfeifer, T.; Schmitt, R..

mance, Lamdamap 2009. Bedford, Großbritannien: Euspen,

Highly Accurate Distance Measurements With a Fiber-Optical

2009, S. 224-233

Interferometer. In: Kanoun, O. (Hrsg.): Issues on Sensors, Circuits & Instrumentation. IEEE Transactions on Systems,

Brecher, C.; Utsch, P.; Wenzel, C.: Ultraprecise 5-Axis

Signals and Devices. 4. Jg., 1. Aufl. Aachen: Shaker Verlag,

Machining by Compact, Integral Design. In: Proceedings of the

2009, S. 435-444

Euspen International Conference, June 2009, San Sebastian, Spain. Bedford, Großbritannien: Euspen, 2009

Dubratz, M.; Brecher, C.: Laser-Assisted Tapelaying of Thermoplastic Prepregs. In: Tagungsband der Veranstaltung »JEC

Brecher, C.; Weinzierl, M.; Niehaus, F.; Schmitt, R.; Köllmann,

Composites Show«. Paris, 25. März 2009.

D.: Microscale Mass Production. European researchers develop automated system for mass producing optical devices. In:

Eder, K.; Schütte, A.; Pyschny, N.: Neue Instrumente für die

Micro Manufacturing. 2. Jg., 2009, Nr. 1, S. 44-47

minimal-invasive Medizin. In: Inno – Innovative Technik. 2009, Nr. 44, S. 5 157

Emonts, M.: Konkurrenz zum Feinschneiden. In: Blech InForm.

zur Oberflächenbehandlung. In: wt Werkstattstechnik online.

7. Jg., 2009, Nr. 1, S. 16

99. Jg., 2009, Nr. 11/12, S. 844-850

Emonts, M.; Brecher, C.: Laser-assisted shearing: new process

Klocke, F.; Bulla, B.: Ultraschallunterstützte Zerspanung

developments for the sheet metal industry. Maximization of

gehärteter Stähle und sprödharter Werkstoffe mit Diamant-

clear-cut surface rates by local laser-induced softening of the

werkzeugen. In: Tagungsband der Veranstaltung »Innovative

sheet material. In: International Journal of Advanced Manufac-

Technologien für die Bearbeitung metallischer und nichtmetal-

turing Technology, 2009, S. 1-9

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Jahresbericht/Annual report

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