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Kontinuumsmechanik und MaterialtheorieFORUM

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Forschungs- und Anwendungszentrum für Füge- und Beschichtungstechnik an der Technischen Universität Berlin

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Projektbeschreibung

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Die Fachgebiete „Füge- und Beschichtungstechnik“ (FBT), „Kontinuumsmechanik und Materialtheorie“ (LKM) sowie „Industrielle Informationstechnik“ der TU Berlin verfolgen mit dem Projekt „FORUM – Forschungs- und Anwendungszentrum für Füge- und Beschichtungstechnik an der Technischen Universität Berlin“ das Ziel, praxisrelevante Problemstellungen aus Firmen der Region einer möglichst schnellen Lösung zuzuführen. Hervorzuheben ist der neutrale Zugang zu kostenintensiver Anlagentechnik, der vor allem kmU vor einer Risikoinvestition in die Lage versetzt, neue Ideen prototypisch im Zentrum umzusetzen bzw. ihre Produkte/Anwendungen bis zur Serienreife zu entwickeln.
Dies ist besonders im Kontext zunehmender Ressourcenknappheit, die einerseits den Endanwender zum sinnvollen und sparsamen Umgang mit den zur Verfügung stehenden Rohstoffen zwingt, aber auch Hersteller von Bauteilen, Maschinen und Fahrzeugen in die Pflicht nimmt. Neben der Einsparung von Material und Ressourcen durch veränderte Konstruktion, trägt auch der Einsatz von innovativen Werkstoffen und Verarbeitungstechnologien zum Umweltschutz und zur Rohstoffschonung bei. Besondere Bedeutung kommt hierbei der Füge- und Beschichtungstechnik zu, da sie die Umsetzung neuer Werkstoff- und Konstruktionskonzepte ermöglicht.
Füge- und Beschichtungstechniken sind Querschnittstechnologien im produzierenden Gewerbe. Fügetechniken stellen den Schlüssel für die Herstellung von Produkten im Bereich des Anlagen- und Apparatebaus bis hin zur Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik dar. Beschichtungstechniken kommen von der Medizintechnik über den Energieanlagen bis hin zur Photovoltaik zum Einsatz. In Berlin sind aktuell über 100 und im Land Brandenburg zusätzlich weitere 350 Unternehmen für die Schweißtechnik zertifiziert. Mehr als 50 Betriebe beschäftigen sich mit optischen Technologien, insbesondere der Lasermaterialbearbeitung wie Schweißen, Schneiden und Beschichten. Somit stellt die Füge- und Beschichtungstechnik einen bedeutenden Wirtschaftsfaktor für Berlin und die Region dar. Zur Stärkung und Sicherung der nationalen und internationalen Marktposition dieser Unternehmen und somit letztlich zur Sicherung und Schaffung neuer Arbeitsplätze in der Region besteht erheblicher Bedarf an der Einführung innovativer Füge- und Beschichtungstechnologien, mit denen z.B. bis zu 40% an Energie eingespart oder die Prozessgeschwindigkeiten mehr als verzehnfacht werden können. Hierbei sind die Firmen auf Grund der finanziellen und personellen Situation auf den Transfer von Wissen und Kenntnissen aus der Forschung und der anwendungsbezogenen Entwicklung angewiesen. Hieraus resultiert kurzfristig ein enormer Transferbedarf, der unter anderem auch in kleineren Kooperationsprojekten gedeckt werden kann.
Um Firmen der Region den notwendigen Zugang zu neuen, an der Schwelle zur Umsetzung stehenden Technologien zu ermöglichen, bauen das Fachgebiet Füge- und Beschichtungs-technik, das Fachgebiet Kontinuumsmechanik und Materialtheorie  und das Fachgebiet Industrielle Informationstechnik der TU Berlin gemeinsam im Rahmen von bestehenden und neuen Kooperationen mit Industrie und Wirtschaft ein Forschungs- und Anwendungszentrum für Füge- und Beschichtungstechnik auf, in dem die Entwicklung von Lösungen konkreter praxisrelevanter Probleme unkompliziert möglich ist. Zur Realisierung ist ein Labor erforderlich, in dem eine breite Palette industriell etablierter sowie neuer innovativer Füge- (unterschiedliche Laserstrahlquellen, Lichtbogenfügeverfahren, nanobasierte Fügeverfahren) und Beschichtungsprozesse (Thermisches Spritzen, Auftragschweißen) ebenso verfügbar sind und genutzt werden können wie anspruchsvolle Charakterisierungsmethoden sowohl der Prozessführung als auch der Schicht- und Verbindungseigenschaften. Dieses Labor bietet somit Unternehmen der Region die Möglichkeit, mit kompetenter Unterstützung aus der Universität neue technologische Lösungen zu erarbeiten und wissenschaftlich abzusichern, ohne zunächst risikobehaftete Investitionen in Anlagen und Equipment tätigen zu müssen. Das Füge- und Beschichtungszentrum wird einen Kristallisationspunkt für intensive und effiziente Kooperationen mit kleinen und mittleren Unternehmen (kmU) bilden. In der geplanten Form stellt das Entwicklungs- und Anwendungszentrum den schnellen Technologietransfer von der Forschung in die industrielle Anwendung sicher. In der Zusammenarbeit mit der Vielzahl an Unternehmen in der Region ist das Zentrum bundesweit ein Alleinstellungsmerkmal für die Region.
Um außerdem Kosten zu sparen und den Entwicklungsprozess zu beschleunigen, werden in der Produktentstehung zunehmend mit Hilfe von digitalen Modellen und Intelligenzen Produktionsprozesse und Produktsystem kostengünstig und nachhaltig in verschiedenen Variationen evaluiert. Das zum Forschungs- und Anwendungszentrum gehörende Digital Cube Test Center soll die Vorzüge des Smart Hybrid Process Planning und des Smart Hybrid Prototypings in einem System vereinen.
Smart Hybrid Process Planning: Heutige digitale Planungswerkzeuge wie Tecnomatix oder DELMIA unterstützen die Montageplanung momentan nur unzureichend. Virtuelle Menschmodelle und Virtual Reality-Techniken können zwar helfen, Produkte nutzergerecht zu gestalten, die Evaluation ist in der Regel aber auf Erreichbarkeits- und Sichtbarkeitsüberprüfungen beschränkt. Smart Hybrid Process Planning soll die Prozessplanung durch die mittels Augmented-Reality (AR) und Virtual-Reality (VR) Technologien ermöglichte hybride Interaktion vereinfachen und beschleunigen (z.B. virtuelle Absicherung eines neuen Schweißprozesses mit Hilfe von erlebbarer und/oder interaktiver Schweißtechnik mittels CAE, VR Anlagentechnik und Force Feedback). Motion Capture Technologien erfassen die menschlichen Bewegungen in der Virtuellen Realität ganzkörperlich.
Smart Hybrid Prototyping: An physischen Prototypen können Konzepte durch Benutzerstudien evaluiert werden, dies ist an virtuellen Repräsentationen nicht ohne weiteres möglich. Eine schnelle und effiziente Lösung zur Evaluation mechatronischer Produkte in den frühen Entwicklungsphasen bietet die Smart Hybrid Prototyping Technologie. Sie stellt eine Zwischenstufe zwischen dem digitalen und dem physikalischen Prototypen dar. Im Besonderen ermöglicht sie es, mechatronische Produkte multimodal zu erleben. Dadurch wird der Mensch stärker bei der Absicherung des Gesamtsystems einbezogen.

Virtuelle Absicherung des Fügeprozesses für hochwertige Schweißnähte für Alu-Sportwagen

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Ein entscheidender Teil der Wertschöpfung liegt beim Automobilbau im Fügen der zahlreichen Strangpressprofile, Gussteile und Bleche. Bei der Karosserie eines Mercedes SLS summieren sich zum Beispiel die lichtbogengeschweissten Nähte pro Karosserie auf 70 m. Diese Kleinserie ist aufgrund ihrer Stückzahl zum Großteil auf manuelle Fügetechnik ausgelegt. Ein weiterer Aspekt sind die zahlreichen verwinkelten und schwer zugänglichen Fügestellen.
Bei Aluminium entfällt das klassische Punktschweißen sowohl aus technisch-wirtschaftlichen Gründen als auch aufgrund der vom Kunden erwarteten Verbindungsoptik. Umfangreiche Versuche und Erfahrungen führten dazu, für das Schweißen der hochwertigen Fahrzeuge auf das Kurzlichtbogenverfahren zurückzugreifen.
Die zu schweissenden anspruchsvollen Nähte verbinden das 1,1 mm dicke Blech der B-Säule mit dem gleichdicken Blech des Daches. Beide bestehen aus einer AlMgSi-Legierung und werden im Überlappstoss per Kehlnaht verbunden.
In einem durchgehenden Anwendungsbeispiel sollen hier die Arbeiten der einzelnen Fachgebiete aufgezeigt werden. 
Das Fachgebiet Füge- und Beschichtungstechnik liefert als Input das Know-How zur Prozesssimulation sowie zu den Fügetechnologien. Das Fachgebiet Industrielle Informationstechnik stellt eine virtuelle Umgebung bereit, in der die digitale Fabrik abgebildet ist. Mit Hilfe haptischer Interaktionsgeräte kann ein Benutzer mit der virtuellen Welt interagieren. &nb

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Partner
Fachgebiet Füge- und Beschichtungstechnik
Fachgebiet für Kontinuumsmechanik und Materialtheorie
Fachgebiet Industrielle Informationstechnik
Technische Universität Berlin
Technische Universität Berlin
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Fakultät V Verkehrs- und Maschinensysteme
Fakultät V Verkehrs- und Maschinensysteme
Fakultät V Verkehrs-und Maschinensysteme
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb
Institut für Mechanik
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Wolfgang H. Müller
Sekretariat PTZ 6
Pascalstraße 8-9
10587 Berlin
Sekr. MS2
Einsteinufer 5
10587 Berlin
Sekretariat PTZ 4
Pascalstraße 8-9
10587 Berlin
Darstellung des Fachgebietes
Darstellung des Fachgebietes
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