Forschungsprojekte

Gerne stellen wir Ihnen unsere laufenden Forschungsprojekte vor.

Laufende Forschungsprojekte

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Seiltechnologie

Prototyp der monolithischen Seilendverbindung für hochmodulare Faserseile
Prototyp der monolithischen Seilendverbindung für hochmodulare Faserseile

Fördermittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Die Grundlage zur Beantragung bildeten 2 sehr erfolgreich abgeschlossene DFG Projekte mit jeweils 3-jähriger Laufzeit. Die Projekte wurden im Rahmen einer Forschergruppe „Hybride intelligente Konstruktionselemente“ (HIKE) sehr erfolgreich absolviert. Im Rahmen der ersten geförderten Phase HIKE I (6/2009-5/2012 mit dem Förderkennzeichen 2187/18-1) wurde die monolithische Seilendverbindung systematisch erforscht und zum Patent angemeldet und zusätzlich waren im Forschungsumfang auch sensorische Funktionen im Seil und in der neuartigen Endverbindung zu integrieren. In der zweiten geförderten Phase HIKE II (11/2012-10/2015 mit dem Förderkennzeichen 2187/18-2) war der Schwerpunkt der Grundlagenforschung der Größeneinfluss der monolithischen Seilendverbindung von 12 mm bis zu 96 mm zu erforschen. Zudem wurden aktorische Eigenschaften in das Seil selbst integriert.

Beide aufeinanderfolgende Teilprojekte der Forschergruppe wurden im Rahmen der Kolloquien und im Rahmen der nachfolgenden Begutachtungen (HIKE I am 02.05.2012 und HIKE II am 10.11.2015) durch die DFG sehr positiv bewertet. Ferner entstand bereits während der Forschungsarbeit eine enge Kooperation durch die Produktion von Seilen mit integrierten Sensorgarnen mit der Firma Geo Gleistein. Diese Sensorgarne wurden von einem Projektpartner der Forschergruppe nach unseren Spezifikationen hergestellt und der Firma Gleistein zur Verseilung übergeben. Bereits hier erkannte die Firma Geo Gleistein das große Potential der neuartigen monolithischen Seilendverbindung für hochmodulare Faserseile und zeigte großes Interesse an einer Kooperation.

Fördermittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Das gleichzeitige Auftreten von Zug- und Torsionsbelastungen im Betrieb ist bei Drahtseilen mittlerweile als Schadensursache für frühzeitige Ausfälle in verschiedenen Seilanwendungen, wie zum Beispiel bei Mooring Lines von Offshore Bohrplattformen oder bei Tragseilen von Pendelseilbahnen, erkannt. Das in den Jahren 2007 bis 2009 durchgeführte und überaus positiv begutachtete Forschungsprojekt „Lebensdauer und Ablegereife von Drahtseilen unter kombinierter Zugschwell- und Torsionsbeanspruchung“ mit kleinen Seildurchmessern von 12 mm, hat einen signifikanten Einfluss der Verdrehung bei gleichzeitiger Zugschwellbelastung aufgezeigt. In dem Forschungsprojekt sollen diese Erkenntnisse auch für größere Seildurchmesser bis 60 mm verifiziert werden.

Die Relevanz dieser Thematik wird durch aufgetretene Schadensfälle nachdrücklich belegt. So wird beispielsweise aus dem Bereich der Offshore-Industrie von zugschwellbeanspruchten Drahtseilen zur Verankerung von Bohrplattformen berichtet, die durch in das Seil eingeleitete Verdrehungen einen Lebensdauerverlust von 90 % gegenüber der ursprüngliche vorgesehenen Einsatzdauer erfuhren. Da der Sachverhalt prinzipiell auf sämtliche Seilanwendungen (wie z.B. Tragseile stehender Bauwerke oder Seilbahnen) übertragen werden kann, stufen wir den Einfluss der Erkenntnisse auf Bauteilauslegung, Sicherheitstechnik und Normenwerk von Drahtseilen als sehr groß ein.

Bisher wurden in der Seilforschung systematische Versuchsreihen in der Regel mit isolierten Belastungen unter Variation eines Parameters durchgeführt (z.B. reine Zugschwellbelastung mit Variation der Mittelspannung). Im beantragten Forschungsvorhaben soll dies jedoch nicht isoliert geschehen, sondern wie im oben genannten Forschungsprojekt unter Belastungen, wie sie im Betriebszustand zu erwarten sind (Überlagerung von Zugbelastung und Torsionsbelastung, Variation verschiedener Parameter) bei verschiedenen Seildurchmessern. Auf diese Weise kann die Realität wesentlich genauer abgebildet werden als dies bei Untersuchungen mit einzeln variierten Parametern der Fall wäre.

Fördermittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Der Einfluss von Gegenbiegung auf die Lebensdauer von laufenden Seilen im Vergleich zu gleichsinniger Biegung heute weitgehend unerforscht. Dennoch kann gegensinnige Biegung (Gegenbiegung) in vielerlei Seiltrieben der Fördertechnik, beispielsweise bei Aufzügen, Kranen, Seilbahnen, Schachtförderanlagen und in der Bühnentechnik,  konstruktiv nicht umgangen werden und muss deshalb in der Lebensdauerberechnung des Seiltriebs berücksichtigt werden.

Gültige Normenwerke und Berechnungsmethoden berücksichtigen den Einfluss von Gegenbiegung auf die Lebensdauer von laufenden Seilen pauschal mit einem konstanten Faktor. Jedoch haben sowohl Literaturrecherche, als auch am IFT durchgeführte Vorversuche gezeigt, dass die Abnahme der Lebensdauer im Vergleich zur gleichsinnigen Biegung von diversen Parametern wie Litzenzahl, Schlagart, Seilkraft, Durchmesserverhältnis Scheibe zu Seil, sowie insbesondere vom  Achsabstand der Seilrollen unter Gegenbiegung abhängt und die bisherige Vorgehensweise der Berechnung der Lebensdauer nicht die wahren Verhältnisse wiederspiegelt. Die in der Fachzeitschrift LIFT-REPORT 1/2016 veröffentlichten Ergebnisse der am IFT durchgeführten Vorversuche zeigen eine deutliche Anhängigkeit der Lebensdauer vom Achsabstand der Gegenbiegung. Es zeigt sich, dass mit den gängigen Lebensdauerberechnungsmethoden zum Teil erhebliche Abweichungen zu der tatsächlich erreichten Lebensdauerwerten erreicht werden können, was in vielen Fällen zu erheblichen Sicherheitsrisiken führen kann.

Ziel des Forschungsprojektes ist es, in diesem Bereich durch Grundlagenforschung breit anwendbare Kennwerte über den Einfluss der Gegenbiegung auf die Lebensdauer von laufenden Drahtseilen zu entwickeln. Insbesondere sollen die Umstände, unter welchen das Seil einerseits der Gegenbiegung „entgeht“, andererseits jedoch auch überproportional mehrgeschädigt wird, untersucht werden. Die Ergebnisse sollen die Betriebssicherheit von Seiltrieben mit Gegenbiegung erhöhen und die heute vorhandenen Sicherheitsrisiken ausschließen. Das so erworbene Verständnis über die Schädigungswirkung der Gegenbiegung und die konstruktiven Wege zur Verringerung der Seillebensdauerminderung durch Gegenbiegung kann in allen Anwendungsbereichen der Fördertechnik zur Anwendung kommen.

Fördermittelgeber: Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg (MWK)

Drachen (Englisch Kites) können in der Lage sein, erhebliche Mengen an erneuerbarer Energie durch Drehen von Generatoren oder als Antrieb bereitzustellen. Diese Lösungen sind noch nicht vollständig kommerzialisiert und es gibt viele wissenschaftliche Fragen über die Interaktion zwischen dem Drachen, der Leine und dem Anker und dem restlichen Energiesystem.

Die Universität Stuttgart mit Instituten aus dem Bereich Luftfahrt und Maschinenbau ist aufgrund ihrer langjährigen Erfahrung in den Bereichen erneuerbare Energien, Flugzeugdesign, Simulation und Steuerung sowie Anbindungen gut aufgestellt, um diese Forschungsfragen zu beantworten und entsprechende Werkzeuge zu entwickeln. Unser Ziel ist die aktuellen und zukünftigen Drachen-basierten Energiesysteme beim Start, im Normalbetrieb, bei der Landung und in Notsituationen betreiben zu können. Wir wollen Innovationen und Erfahrungen aus der Luft- und Raumfahrt sowie Windenergie nutzen um Zuverlässigkeit zu erhöhen und Energiekosten zu senken.

Es gibt mehrere wichtige Aspekte dieses Systems, die wir untersuchen wollen. Die Ziele dieser Forschung reichen von den einzelnen Modulen des Systems bis hin zum Gesamtsystem:

  • Entwicklung einer validierten Entwurfsmethodik zur Optimierung des Drachen-Ankersystems für verschiedene Wetterbedingungen und unterschiedliche Ziele, z.B. zur Energieerzeugung oder für konstante Antriebsleistung.
  • Entwicklung von Methoden zur Gewährleistung eines sicheren und zuverlässigen Betriebs des Drachen, der Leine und des Ankers über Wochen, Monate oder Jahre. Dies kann die Schadensüberwachung in der Leine, selbstheilende Leine und die automatisierte zerstörungsfreie Prüfung beinhalten.
  • Identifizierung und Erprobung von Möglichkeiten zur Senkung der Systemkosten, z.B. durch Reduzierung der Materialmenge im Drachen oder des Durchmessers der Leine, und Quantifizierung ihrer Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit und Energieerzeugung.

Logistik

Projektskizze FELSeN
Projektskizze FELSeN

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg
Laufzeit: 07/2018 bis 12/2020

Bei dem Projekt „Flexible Energieversorgung in Logistikzentren zur Erbringung von Systemdienstleistungen in elektrischen Netzen (FELSeN)“, durchgeführt mit dem Institut für Energieübertragung und Hochspannungstechnik (IEH) und den assoziierenden Partnern Häfele GmbH & Co. KG, NetzeBW GmbH und dem Intralogistik-Netzwerk in Baden-Württemberg e.V., handelt es sich um eine Durchführbarkeitsstudie zur flexiblen netzdienlichen Integration von Logistikzentren unter Berücksichtigung regenerativer Energiequellen und der Elektromobilität.

Durch die Nutzung von erneuerbaren Energien (z. B. Photovoltaik) ist es heutzutage notwendig, den elektrischen Energieverbrauch zu steuern. Intelligente Energiemanagementsysteme verhelfen den erzeugten Strom direkt lokal zu verbrauchen. Jedoch sind nicht alle elektrischen Verbraucher zur Flexibilisierung geeignet, da in manche Produktionsprozesse beispielsweise nicht eingegriffen werden kann. Im Falle von Logistikzentren kann heute davon ausgegangen werden, dass einzelne Prozesse, wie z. B. das Laden elektrischer Gabelstapler, zeitlich verschoben werden können und somit ein Potential zur Flexibilisierung erschlossen werden kann. Um dieses Potential zu quantifizieren sind jedoch zunächst Messungen der elektrischen Verbräuche der einzelnen Prozesse sowie deren Simulation notwendig. Dies wird beispielhaft am Logistikzentrum der Firma Häfele durchgeführt.

Zusätzlich erfolgt im Rahmen der Durchführbarkeitsstudie eine Untersuchung des Einflusses einer Elektrifizierung der Personen- und Lastkraftfahrzeuge auf das Flexibilitätspotenzial eines Logistikzentrums. Hierzu gehören das Aufstellen von Szenarien und deren Simulation sowie das Ableiten von Anschlussrichtlinien für die Einbindung einer Ladeinfrastruktur in einem Versandzentrum.

Letztendlich wollen das IEH und IFT zeigen, inwiefern Logistikzentren dazu geeignet sind, durch eine situative Anpassung der logistischen Prozesse auf Schwankungen der Energieerzeugung (eigene Photovoltaikanlage) oder zusätzliche Verbraucher (Elektromobilität) reagieren zu können. Darüber hinaus wird auch der Einfluss dieser Anpassungen auf das Energienetz betrachtet. Zum Abschluss des Projekts entsteht aus den Ergebnissen ein Leitfaden, der den Unternehmen im Land eine Hilfestellung bei der Nutzung regenerativer Energiequellen in deren Logistikzentren sowie einer Verknüpfung mit der Elektromobilität bieten soll.

Projektskizze Fluide Fahrzeugproduktion für die Mobilität der Zukunft
Projektskizze Fluide Fahrzeugproduktion für die Mobilität der Zukunft

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung
Laufzeit: 10/2018 bis 09/2023

Bei dem Projekt „Fluide Fahrzeugproduktion für die Mobilität der Zukunft (FluPro)“ arbeitet das IFT im Rahmen der Forschungsfabrik „Active Research Environment for the Next Generation of Automobiles (ARENA2036)“ gemeinsam mit Partnern aus der Industrie und Forschung an der Entwicklung und Implementierung eines menschzentriertes, cyber-physisches Produktionskonzeptes. 

Aktuell führt der Trend nach Produktindividualisierung zu kleinen Losgrößen in der Fertigung und dadurch zu einem Umdenken. Zudem kommen noch die volatilen Kundenbedarfe hinzu, wodurch alternative Produktionskonzepte wie Matrixproduktion und Fluide Produktion zunehmend an Bedeutung gewinnen. Durch die neuen Produktionskonzepte wie beispielweise die Fluide Produktion kann die Fertigung von verschiedenen Produkttypen und Varianten an der ein und selben Montagelinie realisiert werden.

Das IFT hat im Rahmen des Projektes die Aufgabe, neben der Entwicklung von neuen cyber-physischen Systemen, das Logistikkonzept aus der ersten Förderphase, das aus drei Belieferungskonzepten besteht im Sinne der Fluiden Produktion zu erproben und weiterzuentwickeln. Dabei steht neben der Vernetzung von Logistikkomponenten, die Aufhebung der klassischen Trennung zwischen Produktion und Logistik im Vordergrund.

Weitere Punkte des Projektes sind die Gestaltung der Mensch-Maschine-Interaktion durch die Implementierung von neuen Bedienkonzepten und der Einsatz von neuen Sicherheitskomponenten für eine sichere Mobilität in der Produktionslogistik. Des Weiteren werden die im Forschungsprojekt entwickelten Logistikkonzepte unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten betrachtet und evaluiert. Das Ziel ist es dabei, die Konzepte wirtschaftlich zu gestalten und neue Geschäftsmodelle in der Logistik zu entwickeln. 

Der Einsatz von manueller Kommissionierung ist bei kleinen und mittleren Unternehmen nach wie vor weit verbreitet. In der Kommissionierung bietet die visuelle Informationsbereitstellung das größte Potential, Leistungs- und Qualitätssteigerung zu erreichen. Pick-by-Vision ermöglicht diese Visualisierung von Informationen und ermöglicht gleichzeitig ein intuitives und unbehindertes/beidhändiges Arbeiten. Diesen positiven Eigenschaften stehen bisher hohe Investitionskosten, wiederkehrende Investitionen sowie die rein statische Vermittlung von Informationen gegenüber. Gemeinsam mit dem Projektpartner Lightshape setzt das geplante FuE-Projekt an diesen Nachteilen mit einem kostengünstigen Pick-by-Augmented-Reality System an.

Durch die Entwicklung hin zur neuartigen Industrie 4.0 nimmt aktuell die geforderte Variantenvielfalt bei Waren, Bauteilen und Produkten zu, was zu einer steigenden Bedeutung der manuellen Kommissionierung führt. Moderne Kommissioniertechnologien unterstützen die Mitarbeiter bei der zeiteffizienten Lagerfindung. Besonders Pick-by-Light ist dabei leicht zu lernen und ermöglicht eine hohe Pickleistung, verfügt jedoch über gravierende Nachteile, welche einen flexiblen Einsatz, besonders für KMUs, unmöglich machen.

Ziel des Projektes ist die gemeinsame Entwicklung eines neuartigen, flexiblen, robusten und kostengünstigen Pick-by-Light-Systems mit der ThingOS Gmbh für die manuelle Kommissionierung in kleinen und mittleren Unternehmen.

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung
Zeitraum: 12/2018 bis 11/2021

Mit dem Forschungsprojekt S3 („Sicherheitssensorik für Serviceroboter in der Produktionslogistik und weiteren Anwendungen“), soll eine sichere 3D-Sensorik entwickelt werden, die zum sicheren Betrieb von mobilen Robotern beiträgt. Mit der erarbeiteten 3D-Umgebungssensorik soll eine Abdeckung des gesamten Arbeitsraums realisiert werden, wodurch beispielsweise eine Erkennung von hängenden Objekten möglich ist. Außerdem sollen weitere Funktionen wie die Differenzierung zwischen Personen und Objekten sowie die Erkennung von Unregelmäßigkeiten realisiert werden.

Als Anwendungsfälle werden der Einsatz fahrerloser Transportfahrzeuge in der Produktionslogistik sowie die Verwendung von Serviceassistenzrobotern in der Pflege betrachtet. Das Forschungsprojekt hat eine dreijährige Laufzeit (12/18 – 11/21) und wird vom IFT zusammen mit den Firmen Alexander Tamm GmbH, Pilz GmbH & Co. KG, dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA sowie der BruderhausDiakonie bearbeitet.

Maschinenentwicklung und Materialflussautomatisierung

Eine Aufstellung der aktuellen Projekte ist in Bearbeitung.

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