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Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Jean Pierre Bergmann

Fachgebietsleiter

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INHALTE

Aktuelle Forschungsprojekte

Thema:

Entwicklung einer neuartigen multifunktionalen 6-achsigen Fertigungsmaschine für die Bearbeitung verschiedener Materialien und Einbindung innovativer additiver Fertigungsmethoden auf Basis von laser- und lichtbogenbasierten Verfahren

Förderkennzeichen:

ZF4075134FH8

Laufzeit:

01.04.2019 - 31.01.2022

Forschungsvereinigung:

Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Forschungsstellen

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik
Gie-Tec GmbH
PS Lasertechnik GmbH

Im Rahmen des Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines Multiverfahren-Bearbeitungszentrums mit 6 Achsen und einem integrierten Technologiewechselsystem geplant, welches unterschiedliche Bearbeitungsverfahren wie 3D-Druck, Laser- und Plasmaschneiden, Bolzenschweißen sowie CNC-Fräsen und die Mantelbearbeitung in einer einzigen Anlage ermöglicht. Hierzu wird ein automatisches Tischwechselsystem zum Einsatzkommen, dass speziell auf jedes Bearbeitungsverfahren abgestimmt wird. Durch die hydraulisch angetriebene Spindel sollen verschiedene Ausgangsmaterialien inkl. Stahl auf Industrieniveau spanend und schleifend bearbeitet werden können. Des Weiteren wird durch die Anlage eine Reduzierung der Bearbeitungszeiten und eine Verminderung von Bearbeitungsfehlern ermöglicht. Das zu entwickelnde innovative Technologiewechselsystem erlaubt jederzeit eine Änderung des Bearbeitungsverfahrens. Komplexe Bauteile, deren Fertigung mehrere Prozessschritte und unterschiedliche Anlagen erfordert, können nun erstmalig aus einer Hand und an einem Standort und Arbeitsplatz gefertigt werden.

 

Thema:

Entwicklung eines neuartigen Schweißprozesses auf Basis eines induktiv tiefenwirksamen Vorwärmprozesses zur Reduktion von Bauteilverzug beim Schweißen hydraulischer Zylinder und einer Reduzierung des Gesamtwärmeeintrags

Förderkennzeichen:

ZF4075133LP8

Laufzeit:

01.01.2019 - 31.05.2021

Forschungsvereinigung:

Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Forschungsstellen

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik
Gegner Hydraulik Systems GmbH

Das Verschweißen hydraulischer Zylinder ist aufgrund der Verchromung ein aufwändiges Verfahren, da die Chromschicht während der Erwärmung keinen Schaden nehmen darf. Große Temperatursprünge während des Schweißens müssen zusätzlich vermieden werden, da die erforderliche Duktilität der Zylinder durch Risse oder Materialversprödung abnehmen würde. Durch die hohe reflektierende Strahlung der Chrombeschichtung ist eine konventionelle Temperaturmessung zur Prozessüberwachung nicht möglich. Ziel dieses FuE-Projektes ist es daher, zum einen die präzise Vorwärmung mit Hilfe von Induktion direkt und schonend am Bauteil durchzuführen und über die Messung des erfolgten Wärmeeintrags einen werkstoffspezifischen Prozess zu entwickeln, mit welchem ein durchgängig homogenes Temperaturfeld und geeignete Schweißfolgen realisiert werden können. Der reproduzierbare Prozess wird im Anschluss in den industriellen Maßstab übertragen, sodass eine serielle Fertigung qualitativ hochwertiger Zylinder ermöglicht wird. Überprüft wird die Qualität durch angepasste Schweißversuche, die zur Charakterisierung der Schweißnähte und -Härte dienen, sowie eines reduzierten Gesamtwärmeeintrags.

 

Thema:

Entwicklung eines innovativen selbsttätigen Druck gesteuerten Rückschlagventils mittels additiver Fertigung für Wasserstoffanwendungen bis 1.000 bar mit integrierter Sensorik für die vorausschauende Wartung

Förderkennzeichen:

ZF4075132KO8

Laufzeit:

01.02.2019 - 31.03.2021

Forschungsvereinigung:

Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Forschungsstellen

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen/Nürnberg
Stöhr Armaturen GmbH & Co KG
Stadtmüller & Sauer CNC Fertigungstechnik GmbH & Co.KG
elunic AG

Geplant ist die Entwicklung eines innovativen selbsttätigen Druckes gesteuerten Rückschlagventils mit einem entsprechenden Absperrventil für einen Nenndruck bis zu 1.000 bar, für den am Markt bislang nicht umgesetzten Einsatz bei H2 Tankstellen. Für die Fertigung des Ventils wird ein neuartiges kombiniertes additives Fertigungsverfahren für metallische Bauteile entwickelt (Drahtbasiert WAAM und Pulverbett). Dies ermöglicht auch eine innovative Gestaltung des Ventils für verbesserte Durchströmung. In diesem Zusammenhang wird ein Werkstoff bzw. ein Materialmix entwickelt, der ein verspröden duch H2 verhindern soll bzw. dem entgegenwirkt, und zusätzlich Temperaturen im Bereich von 2 K bis zu 673 K standhält. Das innovative Ventil soll außerdem erstmals mit Sensoren zur Zustandsüberwachung ausgestattet werden und die Daten sollen mittels intelligenter Algorithmen ausgewertet und für entsprechende Wartungszwecke und Sicherheitsanalysen genutzt werden. Die Sensorik soll dabei bereits im Fertigungsprozess integriert werden. Die Energie für die integrierte Sensorik wird aus Energy Harvesting über die Bewegungsenergie des Ventils gewonnen.

 

Thema:

Entwicklung einer lichtbogenbasierten, additiven Herstellung von endkonturnahen Ti6Al4V-Bauteilen mittels Draht unter kontrollierter Wärmezu- und -abfuhr

Förderkennzeichen:

IGF-Nr. 20483 BR / 1

Laufzeit:

01.02.2019 – 31.01.2021

Forschungsvereinigung:

Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren des DVS e.V.

Forschungsstelle

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Im IGF-Vorhaben 20483 BR wird die additive Fertigung von Ti6-4 Bauteilen mittels Lichtbogenschweißprozess adressiert. Hierbei steht die Erarbeitung einer Strategie zur effizienten Schutzgasabdeckung bei der Herstellung großvolumiger und endkonturnaher Titanbauteile im Fokus der Untersuchungen. Die Wärmezufuhr wird dabei über die systematische Analyse der Schweißregime (Kurz-, Impuls-, Sprühlichtbogen) sowie in Abhängigkeit der Strukturgeometrie analysiert. Ebenso erfolgt die gezielte Bauteilkühlung während des Aufbauprozesses, beispielsweise durch Kühlgase, um Aufbauraten zu erhöhen sowie Bauteileigenschaften einzustellen. Die erarbeiteten Ergebnisse werden abschließend zur additiven Fertigung großvolumiger Bauteile mit Abmessungen von bis zu 1000 x 500 x 300 mm (L x B x H) und homogenen technisch-mechanischen Eigenschaften herangezogen.
     

Thema:

Additive Fertigung von großformatigen Kunstobjekte mittels Lichtbogentechnik aus hochlegierten Stählen

Förderkennzeichen:

ZF4075131FH8

Laufzeit:

01.02.2019 - 31.01.2021

Forschungsvereinigung:

Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Forschungsstellen

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik
Arnold AG

Ziel des Projektes ist es ein qualitätsgesichertes Verfahren zu entwickeln, um mittels Lichtbogenschweißen Elemente für Kunstobjekte aus hochlegierten Stahlwerkstoffen, die die Anforderung des Hochglanzpolierens erfüllen, herzustellen. Es sollen komplexe Rohteile für Kunstobjekte individuell und kostengünstig hergestellt werden und die Anforderungen des Polierens nach dem Fräsen erfüllen. Durch das neu entwickelte Verfahren und die daraus resultierenden Konstruktionsmöglichkeiten, sollen die entstehenden Rohteile für die Kunstobjekte montagefreundlicher, schneller in der Herstellung durch Reduzierung der Wartezeit bei der Materialbestellung und des Zerspanungsaufwandes sowie kostengünstiger werden als bisher. Um beim verzerrungsfreien Polieren erstmals die Besonderheiten der additiven Fertigung zu berücksichtigen, müssen neue Abläufe bei der Oberflächenvorbereitung und beim Polierprozess entwickelt werden. Diese umfassen sowohl Aspekte von eigenspannungs- und verzugsarmen additiv hergestellten Elementen, die beim anschließenden Zerspanung geometrisch in den Maßtoleranzen liegen und keinen Verzug aufweisen.

 

Thema:

Hochproduktives MSG-Verbindungsschweißen durch den Einsatz von Zusatzheißdraht und einer magnetinduzierten zweidimensionalen Lichtbogenauslenkung (HighProd)

Förderkennzeichen:

IGF-Nr. 20156 BR

Laufzeit:

01.11.2018 – 31.10.2020

Forschungsvereinigung:

Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren des DVS e.V.

Forschungsstelle 1:

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Forschungsstelle 2:Technische Universität Dresden - Professur für Fügetechnik und Montage

Das IGF-Forschungsvorhaben 20156 BR adressiert das hochproduktive Verbindungsschweißen mittels Metall-Schutzgas-Schweißprozess. Dabei erfolgt einerseits die Verfahrenserweiterung über die Zuführung von bis zu zwei Heißdrähten (HD) in das Schmelzbad des MSG-Prozesses. Über eine Phasenverschiebung der zugeführten Drähte wird dabei eine zweidimensionale Auslenkung des Lichtbogens gewährleistet, die beispielsweise zu einer positiven Beeinflussung der Erstarrungsmechanismen des Schmelzbades führt. Andererseits wird die zweidimensionale Auslenkung des Lichtbogens durch ein zusätzliches Magnetfeld realisiert. Beide Ansätze ermöglichen die Anpassung des Wärmefeldes in der Schweißzone sowie eine Erhöhung der Abschmelzleistung im Schweißprozess. Dies führt zu einer hochproduktiven und wirtschaftlichen Anwendung des MSG-Prozesses beispielsweise im Bereich des Dickblechschweißens.
    

Thema:

Erarbeitung von Bewertungsstrategien für ultraschallgeschweißte Aluminiumlitzen-Verbindungen

Förderkennzeichen:

IGF-Nr. 20376 BG

Laufzeit:

01.11.2018 - 31.10.2020

Forschungsvereinigung:

Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren des DVS e.V.

Forschungsstelle 1:

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Forschungsstelle 2:Technische Universität Chemnitz, Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik, Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde (PVW)

Ziel des Vorhabens ist es, anwenderorientierte Bewertungsstrategien für ultraschallgeschweißte Al-Litzen/Ableiter-Verbindungen zu erarbeiten. Der zentrale Prozessschritt bei der Verbindungsbildung stellt die Litzenkompaktierung dar, welche im Rahmen des Vorhabens fundiert untersucht werden soll. Hierbei wird angestrebt, die Mechanismen bei der Litzenverdichtung sowie Verbindungsbildung zum Ableiter aufzuklären, die Auswirkung verschiedener Kompaktierungs- bzw. Verbindungszustände auf die praxisrelevanten Zielgrößen (z.B. Übergangswiderstand und Verbindungsfestigkeit) zu untersuchen und den Einfluss verschiedener prozess-, bauteil- und werkstoffspezifischer sowie externer Größen, wie z.B. die Schwingungswirkrichtung, auf den Schweißprozess zu analysieren. Geeignete Prüfkriterien zur Erfassung der Verbindungsqualität sowie zusätzliche Möglichkeiten für die Prozessüberwachung sollen erarbeitet und evaluiert werden. Die geplanten Untersuchungen werden in enger Zusammenarbeit und unter Einbeziehung des projektbegleitenden Ausschusses wissenschaftlich fundiert ausgeführt. Die Ergebnisse des Vorhabens sind ein verbessertes Prozessverständnis beim Al-Litzenschweißen und das Bereitstellen von geeigneten Prüfstrategien. Somit wird eine höhere Prozesssicherheit und Qualität der Fügeverbindungen gewährleistet, die zu einer signifikanten Ausschussminimierung führt. So ergeben sich gerade für kmU entlang der Wertschöpfungskette (Kabelherstellung und –konfektionierung, Anlagenhersteller, Anwender im Bereich Schweißen und Überwachung / Messtechnik) Vorteile, welche sich besonders aus der erleichterten Prozessentwicklung und Kenntnis zur Prozessüberwachung ergeben. So kann die Flexibilität und der Aufwand für die Umrüstung bei zukünftigen Anwendungen signifikant reduziert werden. Die Kosten und Zeiten in diesen Produktphasen können somit erheblich reduziert werden.