(IFP) Abteilung Fertigungstechnik und Produktion
Leitung Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Haas
Telefon 0721-925-1908
E-Mail ruediger.haas[at]hs-karlsruhe.de
Raum M 107
Sprechzeiten Mi 08.30 - 09.30 Uhr
Das Versuchsfeld der Abteilung für Fertigungstechnik und Produktion befindet sich in den Räumlichkeiten des LI-Gebäudes im Raum LI 015.
Unsere Homepage finden Sie unter: http://www.ifp-hs-karlsruhe.de
In der Abteilung Fertigungstechnik und Produktion werden zahlreiche FuE-Projekte mit Industriepartnern interdisziplinär durchgeführt.Hierbei werden spanende und abtragende Fertigungsverfahren weiterentwickelt, erprobt und optimiert.
Projekt Multifunktions-Werkzeugmaschine EDEM-NT
Die Multifunktionswerkzeugmaschine EDEM-NT integriert das Erodieren mit:
- dem Bereitstellen und Verwalten der Fräswerkzeuge und der
Erodierwerkzeugrohlinge - dem Herstellen des Erodierwerkzeugs mittels einer HSC-Frässpindel
- der Qualitätskontrolle des Erodierwerkzeugs
Mehrachsige Drahterodiertechnologie zur Fertigung komplexer Bauteile
Der Leistungsbereich der Drahterosion wird durch die Entwicklung neuer Generatortechnologien und Elektrodenwerkstoffe kontinuierlich verbessert. Allerdings kann die moderne Drahterosion gegenwärtig zur Fertigung komplexer Bauteile nur begrenzt eingesetzt werden. Um das Einsatzgebiet der Drahterosion signifikant zu erweitern, wird derzeit am Institute of Materials and Processes in Zusammenarbeit mit namhaften Industriefirmen ein mehrachsiges Drahterosionsverfahren zur Fertigung komplexer Bauteile entwickelt.
Hierzu wird ein Maschinenprototyp am IMP betrieben, bei dem ein integrierter Dreh-/Schwenktisch die Maschinenachsen um zwei weitere Achsen ergänzt. Dies ermöglicht die Fertigung komplexer Bauteile: das in diesem Zusatzaggregat eingespannte Werkstück wird simultan zu den Bewegungen der Drahtelektrode gedreht und geschwenkt und gleichzeitig bearbeitet. Dadurch können Bauteile mit komplizierten Geometrien wirtschaftlich hergestellt werden. Es konnte gezeigt werden, dass das Verfahren konkurrenzfähig zum herkömmlichen Fräsen oder sogar kostengünstiger ist.
Aktuell wird das Verfahren für Werkstoffe der Medizintechnik optimiert. Dafür werden spezielle Technologien und Elektrodenwerkstoffe erprobt. Weiterhin wird eine Hohlachse sowie eine Messtechnik für Kleinbauteile entwickelt.
Innovative Medizinprodukte aus biodegradierbaren Polymeren
Derzeit werden am Institute of Materials and Processes (IMP) gemeinsam mit Industriepartnern innovative Implantate aus biodegradierbaren Werkstoffen entwickelt. In diesem FuE-Projekt wird eine spezielle Osteosyntheseplatte aus einem Werkstoffverbund mit resorbierbarer Polymerkomponente konstruiert. Durch die Verbindung eines biodegradierbaren Polymers mit einem weiteren Werkstoff wird ein teilresorbierbares Implantat gewonnen, das sich zur Fixierung von Knochenfrakturen eignet. Die Fraktur wird durch die Osteosyntheseplatte überbrückt und stabilisiert, so dass die darunter liegende Bruchstelle ausheilen kann.
Bisher werden Plattensysteme aus resorbierbaren Polymeren überwiegend im Bereich der craniomaxillofacialen Chirurgie eingesetzt, d. h. im Gesichts- und Schädelbereich, da hier geringe Kräfte auftreten und sich diese Indikationen somit für den Einsatz reiner Polymere eignet. Bei einem teilresorbierbaren Verbundwerkstoff wird das biodegradierbare Polymer so verstärkt, dass das Implantat auch bei Frakturen in stärker belasteten Körperregionen eingesetzt werden kann.
Wesentliche Entwicklungsaktivitäten sind die Entwicklung der Fertigungsprozesse für den Verbundwerkstoff sowie die in vitro Degradationsprüfung des Implantats gemäß ISO 13781. Hierbei werden Bauteil-Prototypen einer Echtzeit-Alterung in phosphatgepufferter Lösung nach Sörensen bei einer Temperatur von 37°C unterzogen. Dadurch wird die Körperumgebung simuliert. Hierbei werden Aussagen über den Verlust der mechanischen Eigenschaften und der vollständigen Auflösung des Polymers erhalten. Die gewonnenen Daten werden für FEM Berechnungen des Implantats verwendet.
Hot-Spot-Kühlung in Spritzgießwerkzeugen mit Kältemittel
Spritzgießen ist das wichtigste Fertigungsverfahren zur Herstellung von Kunststoff-bauteilen. Um die durch den flüssigen Kunststoff eingebrachte Wärmeenergie aus dem Spritzgießwerkzeug zu entfernen werden Kühlungen auf Wasserbasis einge-setzt. Der Nachteil dieser Kühlmethode liegt in den großen Kühlkanaldurchmessern von 8-10 mm. Bauteile mit kleinen Innendurchmessern können auf diese Weise nicht aktiv gekühlt werden und haben dadurch erheblich verlängerte Zykluszeiten.
In Zusammenarbeit mit zwei Industriepartnern – der Firma Stemke Kunststofftechnik GmbH, Döbeln und der Kurz Firmengruppe, Owingen – wird derzeit am Institute of Materials and Processes (IMP) ein Zweikomponenten-Spritzgießwerkzeug für ein medizinisches Bauteil entwickelt, welches über eine integrierte Kältemittelkühlung verfügt. Mit dieser Kältemittelkühlung können kleinste Außendurchmesser bis 1,5 mm gekühlt werden, wodurch sich die oben genannten Nachteile der Wasserkühlung beseitigen lassen.
Das IMP ist hierbei für die Versuche zur Leistungsfähigkeit der neuen Kühltechnik zuständig. In einem speziell entwickelten Prüfstand, welcher die Situation im Spritz-gießwerkzeug nachbildet, werden unter Variation der Variablen Druck, Temperatur, Massenstrom und Geometrie die Leistungsgrenzwerte der Kühlung ausgelotet. Ausgehend von diesen Versuchen wird dann ein Berechnungstool entwickelt, welches den Anwendern der Technologie die Möglichkeit geben soll, schon während der Konstruktion des Spritzgießwerkzeuges die benötigte Kältemittelkühlung zu dimensionieren.
Werkzeugmaschine für die Zerspanung mineralischer und stäubender Werkstoffe
Innovative Werkstoffe und Werkstoffkombinationen finden erst mit der richtigen Fertigungstechnik den industriellen Zugang. Insbesondere mineralische Werkstoffe, wie Keramiken, Gips oder Tonwaren, werden und auch Grafite werden bisher ungern zerspant, da es oftmals zu extremen Staubbelastungen kommt. Dieses ist nicht nur für die Sauberkeit in der Produktion sonder nicht zuletzt für die Gesundheit der Mitarbeiter ein wesentliches Argument. Die Zerspanung dieser Werkstoffgruppe ist vor allem durch das stark abrasive Verhalten des Abtrags eine Herausforderung. Antriebs- und Führungskomponenten insbesondere an den hochpräzisen Vorschubantrieben leiden massiv unter dem Verschleiß und führen zu einem frühzeitigen Qualitätsverlust oder sogar Ausfall!
Die Lösung ist das Konzept der sauberen Maschine. Dieses beinhaltet als wesentlichen Punkt die „stehende Spindel“. Dabei steht die HSC-Frässpindel im Boden des Bearbeitungsraums mit dem obenliegenden Werkzeug. Die Absaugung als wesentliches Element der Maschine liegt mit ihren Absaugstutzen radial um die Spindel angeordnet ebenfalls im Boden. Dadurch kann der herabfallende Staub direkt abgesaugt werden.
Das Werkstück liegt mit allen Antriebs- und Führungselementen oberhalb der Spindel und ist allein aufgrund der Schwerkraft nicht mit dem Staub in Kontakt.
Der wesentliche Entwicklungsbedarf der Maschine ist die prozessnahe und strukturmechanische Auslegung der Antriebe und Führungselemente. Dabei werden die auftretenden Lastkollektive durch ein völlig neues und innovatives Berechnungswerkzeug anhand der im späteren Einsatz der Maschine eingesetzten NC-Programme analysiert. Damit ist schon die Belastung der Maschine bekannt bevor diese existiert!
Durch dieses Maschinenkonzept ergeben sich ganz neue Horizonte der spanenden Fertigung. Diese werden durch die Entwicklung neue Frässtrategien und Technologien anhand dieser Maschine erarbeitet, sodass diese Maschine neuen Kundenkreisen, wie zum Beispiel Keramik- und Hartgesteinindustrie angeboten werden kann.
Die Projekte werden vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie BMWi gefördert und vom Projektträger AiF betreut.
