Teilprojekt B2 Reparaturzelle


MOTIVATION UND ZIELSETZUNG

Reparaturzelle mit Elektromagnetischer Führung

Komplexe Reparaturbauteile, wie bspw. Werkzeuge für die Gießerei- und Umformtechnik, Bauteile aus Flugzeugtriebwerken oder Gas- und Dampfturbinen, weisen zumeist freigeformte Geometriemerkmale, individuelle Materialaufträge und schlechte Zugänglichkeit auf. Die Rekonturierung derartiger Bauteile macht eine erhöhte Flexibilität der Maschine und Prozesse erforderlich.

Im Teilprojekt B2 wird eine geschickte Reparaturzelle erforscht, die den zentralen Baustein des realen Regenerationspfads im SFB 871 darstellt. »Geschicklichkeit« wird dabei als die Fähigkeit aufgefasst, eine selbstoptimierende, bestmögliche Reparaturbearbeitung durchzuführen. Die Kombination aus neuartigen Maschinenfunktionalitäten und angepassten Zerspantechnologien ermöglicht die prozesssichere 5-achsige Rekonturierung individueller Schadensfälle trotz reparaturspezifischer Varianzen, Einflüssen aus vorgelagerten Prozessen und Nachgiebigkeiten von Werkstück bzw. Werkzeug.

Video: 5-achsige Rekonturierung einer Turbinenschaufel, an der eine Tip-Reparatur durchgeführt wurde

ERGEBNISSE

Die bisherigen Arbeiten mündeten in einem Maschinendemonstrator, welcher die erforschten Prozesstechnologien und Maschinenfunktionalitäten integriert. Für die fräsende Rekonturierung nachgiebiger und schwingungsanfälliger Bauteile wurde Grundlagenwissen zur Werkzeugwahl, Frässtrategie und Prozessführung erarbeitet und in die Prozessplanung transferiert (Abb. Stabilitätskarte). Die Eignung elektromagnetischer Führungen für die Reparaturbearbeitung wurde grundlegend bewertet. Methoden zur Kraftrekonstruktion und -regelung mittels Magnetführung wurden entwickelt und erstmals angewendet, um prozesskraftbedingte Abdrängungen zu kompensieren. Kritische Prozesszustände können mit der Führung automatisch detektiert und durch die Anpassung der Prozessparameter im Betrieb unterdrückt werden.  (Abb. Reparaturzelle)

Mehrdimensionale Stabilitätskarten für die Prozessauslegung

AKTUELLE ARBEITEN UND AUSBLICK

Das Ziel der 3. FP ist es, Formabweichungen zu minimieren, die nur zum Teil durch die bisherigen Ansätze zur Prozessplanung und reaktiven Prozessregelung verhindert werden können. Dazu werden Methoden erforscht, um lokale Varianzen der Werkstückeigenschaften während der Bearbeitung zu identifizieren und für eine Vorsteuerung der Prozessregelung im weiteren Prozessverlauf nutzbar zu machen. Zur Erreichung dieses Ziels muss die Reparaturzelle sowohl prozess- als auch maschinenseitig weiter befähigt werden. Es wird ein selbstlernendes Prozesskraftmodell erforscht, um trotz der Individualität der Reparaturfälle eine präzise Prognose der Prozesskräfte zu ermöglichen und schließlich varianzbedingte Abweichungen im Prozess identifizieren zu können. Maschinenseitig wird eine Steuerungsarchitektur erforscht, die es ermöglicht, Daten aus der NC-Steuerung, der maschinenintegrierten Sensorik sowie der Prozesssimulation zusammenzuführen. Dies ist die Voraussetzung zum Anlernen des Kraftmodells und zur Identifikation lokaler Werkstückvarianzen. Zur vorausschauenden Regelung müssen aus den ermittelten Varianzen positionsabhängig Vorsteuerwerte bestimmt werden. In Zusammenarbeit mit TP C1 werden Maßnahmen für eine verbesserte Prozessführung abgeleitet und Wechselwirkungen mit vor- und nachgelagerten Bearbeitungsschritten identifiziert. So ist eine Optimierung der Regeleingriffe hinsichtlich des Bearbeitungsergebnisses möglich. Ferner wird ein intelligenter Werkstückträger erforscht, der über multifunktionale Sensorik zur Prozessüberwachung entlang des gesamten Reparaturpfads verfügt.


VERÖFFENTLICHUNGEN

Internationale wissenschaftliche Beiträge in Fachzeitschriften, begutachtet

  • Denkena, B.; Boess, V.; Nespor, D.; Floeter, F.; Rust, F. (2015): Engine blade regeneration: a literature review on common technologies in terms of machiningInt J Adv Manuf Technol 81 (5-8), S. 917–924
    DOI: 10.1007/s00170-015-7256-2
  • Flöter, F.; Denkena, B. (2015): Analysis of Chatter Vibration and Tool Deflection in Milling with a Novel Active Machine Tool GuideIn: Applied Mechanics and Materials 794, S. 331–338
    DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.794.331
  • Denkena, B.; Gümmer, O.; Flöter, F. (2014): Evaluation of electromagnetic guides in machine toolsCirp Annals 63, S. 357–360
    DOI: 10.1016/j.cirp.2014.03.130
  • Denkena, B.; Flöter, F. (2013): Adaptive Cutting Force Control with a Hybrid Axis SystemInternational Journal of Automation Technology 7 (4), S. 379–384

Internationale Konferenzbeiträge, begutachtet

  • Denkena, B.; Pape, O.; Grove, T.; Mücke, A. (2019): Advanced process design for re-contouring using a time-domain dynamic material removal simulation.12th CIRP Conference on Intelligent Computation in Manufacturing Engineering (Hg.): Procedia CIRP 79 (2019), S. 21–26.
    DOI: 10.1016/j.procir.2019.02.005
  • Denkena, B.; Mücke, A.; Schumacher, T.; Langen, D.; Hassel, T. (2018): Technology-based Re-contouring of Blade Integrated Disks After Weld RepairJ. of Materi Eng and Perform 27, 2018 (1), 253-260
    DOI: 10.1115/1.4040738
  • Denkena, B; Mücke, A.; Schumacher, T.; Langen, D.; Grove, T.; Bergmann, B.; Hassel, T. (2018): Ball end milling of titanium TIG weld material and the effect of SiC addition – process forces and shape deviations6th International Conference on Through-life Engineering Services, TESConf 2017. 7-8 November 2017, Bremen, Germany, Seite 74-81
    DOI: 10.1016/j.promfg.2018.01.011
  • Denkena, B.; Dahlmann, D.; Flöter, F.; Brühne, T. (2014): Conceptual Design for Electromagnetic Guided Rotary Table in Machine ToolsProcedia CIRP 24, S. 80–85
    DOI: 10.1016/j.procir.2014.08.010
  • Denkena, B.; Flöter, F. (2012): Adaptive Cutting Force Control on a Milling Machine with Hybrid Axis ConfigurationProcedia CIRP 4, S. 109–114
    DOI: 10.1016/j.procir.2012.10.020
  • Denkena, B.; Hackelöer, F. (2010): Multi-sensor Disturbance Force Measurement for Compliant Mechanical Structures9th Annual IEEE Conference on Sensors, S. 2518–2524
    DOI: 10.1109/ICSENS.2010.5690446

Internationale Konferenzbeiträge, nicht begutachtet

  • Denkena, B.; Mücke, A.; Schumacher, T. (2019): Improving Blade Re-contouring Processes Using an Advanced Process Simulation And a Novel Machine ToolAdvanced Manufacturing & Repair for Gas Turbines (AMRGT). ASME. Berlin
  • Flöter, F.; Pohle, L.; Denkena, B.; Panning-von Scheidt, L.; Wallaschek, J. (2015): Mistuning of Blisks During Milling Process - Manufacturing and RepairIn: Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt (Hg.): Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress (DLRK)

Nationale wissenschaftliche Beiträge in Fachzeitschriften, begutachtet

  • Denkena, B.; Flöter, F.; Nespor, D.; Wesling, V.; Kaierle, S.; Hustedt, M.; Rottwinkel, B. (2013): Bauteilregeneration bei einkristalliner GefügestrukturWerkstattstechnik online 103 (6), S. 476–480
  • Möhring, H.-C.; Flöter, F.; Denkena, B. (2012): Messtechnische Analyse formflexibler Spannmethodenwt Werkstattstechnik online 102 (11), S. 795–800

Nationale wissenschaftliche Beiträge in Fachzeitschriften, nicht begutachtet

  • Denkena, B.; Bergmann, B.; Schumacher, T. (2019): Kompensation der Abdrängung beim Rekonturieren von TriebwerksschaufelnIngenieurspiegel Ausgabe März, S. 20–22
  • Denkena, B.; Köhler, J.; Grove, T.; Nespor, D. (2011): Den Exoten auf der Spur: Anwendungsgerechte Zerspanung von LeichtbauwerkstoffenWB Werkstatt + Betrieb 2011 (9), S. 60–64

Nationale Konferenzbeiträge, nicht begutachtet

  • Denkena, B.; Flöter, F. (2014): Potentiale elektromagnetischer Linearführungen in WerkzeugmaschinenZWF 109, S. 625–628
  • Denkena, B.; Flöter, F. (2012): Dexterous Regeneration Cell for the Repair of Aircraft Engine ComponentsNeue Fertigungstechnologien der Luft- und Raumfahrt. Universität Hannover, I. F.W. Hannover, 01.01.2012

Dissertationen

  • Flöter, F. B. (2017): Potentiale einer elektromagnetischen Führung in Fräsmaschinen und ihr Nutzen für die ReparaturbearbeitungBerichte aus dem IFW, Band 03/2017, 145 S., PZH Produktionstechnisches Zentrum
    ISBN: 978-3-95900-126-7
  • Hackelöer, F. (2014): Erweiterungen der Einsatzmöglichkeiten von MagnetführungenBerichte aus dem IFW, Band 05/2014, PZH, Garbsen, 2014
    ISBN: 978-3-944586-71-7
Alle Veröffentlichungen des Sonderforschungsbereiches

TEILPROJEKTLEITER

Prof. Dr.-Ing. Berend Denkena
Adresse
An der Universität 2
30823 Garbsen
Gebäude
Raum
113
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An der Universität 2
30823 Garbsen
Gebäude
Raum
113

MITARBEITER

Dipl.-Ing. Tim Schumacher
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An der Universität 2
30823 Garbsen
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An der Universität 2
30823 Garbsen
M. Sc. Arne Mücke
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An der Universität 2
30823 Garbsen
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An der Universität 2
30823 Garbsen