Veröffentlichungen

Das IPH, das den AKXXL gegründet hat, veröffentlicht regelmäßig aktuelle Forschungsergebnisse aus der XXL-Branche.

Unsere jüngsten Publikationen:

Im Durchschnitt wurden seit 1997 jährlich mehr als 1.275 Windenergieanlagen in Deutschland installiert und mehr als 27.000 Windenergieanlagen sind heute in Betrieb. Die technische und wirtschaftliche Lebensdauer von Windenergieanlagen beträgt etwa 20 bis 25 Jahre. Folglich wird die Demontage von veralteten Windenergieanlagen in den kommenden Jahren durch Repowering oder Stilllegung von Windparks deutlich zunehmen und zu Millionen von Kosten für die Betreiber führen. Eine Möglichkeit, die kostspielige und zeitraubende Demontage von Windenergieanlagen komplett vor Ort zu ersetzen, ist der Aufbau eines Demontage-Netzwerkes, in dem teilweise demontierte Windenergieanlagen zur weiteren Bearbeitung zu spezialisierten Demontageplätzen transportiert werden. Dieses Netzwerk erfordert ein Optimierungsmodell zur Ermittlung der optimalen Standorte und eine angemessene Verteilung der Demontageschritte auf die Demontagestandorte. Die Herausforderung besteht darin, die Abhängigkeit der Netze vom Trade-off zwischen Transport- und Rückbaukosten zu berücksichtigen, die wiederum von der Wahl der Rückbautiefen und Standorte abhängt. Aufbauend auf dem Koopmans-Beckmann-Problem wird ein mathematisches Optimierungsmodell zur Lösung des beschriebenen Standortplanungs- und Allokationsproblems vorgestellt. Um einen Proof-of-Concept zu ermöglichen, wenden wir unser Modell auf eine Fallstudie eines beispielhaften Windparks in Norddeutschland an. Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Modell Demontagebetrieben helfen kann, effiziente Demontagenetze für Windenergieanlagen aufzubauen und von entstehenden wirtschaftlichen Vorteilen zu profitieren.

Demontage, Windenergieanlagen, Optimierungsmodell

Rotatorische Energy Harvester bieten die Möglichkeit, an drehenden Wellen im Rotationszentrum oder auch außerhalb des Rotationszentrums Energie zu generieren. Es gibt sowohl Konzepte mit Referenz zum äußeren Gehäuse als auch verschiedene Konzepte ohne feste Referenz. Außerdem sind Energy Harvester Lösungen verfügbar, die Energie am Gehäuse bereitstellen und durch die Rotation der Welle Energie generieren. Die Auswahl eines Konzeptes muss für jede Anwendung individuell getroffen werden und ist von verschiedenen Einflussfaktoren abhängig. Entscheidend sind insbesondere der Bauraum, der Energiebedarf des Sensorknotens und die Drehzahl.

Energieversorgung, Mikrosysteme, Energy Harvesting, Rotatorische Energy Harvester, Powermanagement

Windräder halten mehr Lastwechsel aus als Brücken oder Helikopter - doch auch sie haben irgendwann ausgedient. Frühzeitig vor dem Ablauf der genehmigten Betriebszeit sollten sich Betreiber von Windenergieanlagen deshalb mit ihren Optionen für Weiterbetrieb, Repowering oder kompletten Rückbau auseinandersetzen. Zusammen mit Praxispartnern erforscht das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH, wie eine Demontage schnell, günstig und umweltfreundlich gelingen kann. Das Projekt "Entwicklung eines Wirkmodells für eine effiziente Gestaltung von Demontagenetzwerken für XXL-Produkte" wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Demontage, Windenergieanlagen

Flugzeuge, Schiffe oder Baumaschinen: Für die Montage sogenannter XXL-Produkte wird viel Platz benötigt. Forscher am IPH entwickeln eine Methode, mit der sich Montageflächen automatisch optimal anordnen lassen. So sparen Unternehmen Platz und steigern ihre Produktivität.

XXL-Produkte, Flächenanordnung

Die hohe Störfanfälligkeit bei der Montage großskaliger Produkte verlangt eine kurzfristige Auswahl von Maßnahmen zur Reaktion auf Störungen, um Auswirkungen wie Lieferantenverspätungen oder Auslastungsverluste zu reduzieren. Die Nutzung von Flexibilitätspotenzialen eines Produktionssystems stellt einen Ansatz dar, um diese Herausforderungen zu bewältigen. Dieser Fachbeitrag zeigt auf, welche Flexibilitätspotenziale in diesem speziellen Umfeld zur Verfügung stehen und genutzt werden können.

Montage, Produktionsmanagement, Störungsmanagement

Dieser Artikel beschreibt die Notwendigkeit der Berücksichtigung zeitlicher Dynamik bei der Anordnung von Montageflächen für großskalige Produkte. Diese ist darin begründet, dass die vorhandene Fläche einen Engpass darstellt und duch eine intelligente Anordnung der Flächen die Auslastung der Fabrik erhöht werden kann.

XXL-Produkte, Anordnung von Montageflächen

Tausende Windkraftanlagen müssen in den kommenden Jahren demontiert und ersetzt werden, auf die Windparkbetreiber kommen Kosten in Millionenhöhe zu. Wie der Rückbau schnell, günstig und umweltfreundlich gelingen kann, erforschen Wissenschaftler am Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) vor der großen Rückbau-Welle, mit der sie in zirka drei Jahren rechnen.

Demontage-Netzwerke, Windenergieanlagen

Die Demontage von großskaligen Produkten (wie Windenergie-, Kran- oder Förderanlagen), auch als  XXL-Produkte bezeichnet, gewinnt zunehmend an Bedeutung. Ein Grund dafür sind die begrenzten Laufzeiten der Anlagen. Die Herausforderung der Demontage liegt in der Positionierung zwischen der zum Teil aufwändigen und teuren Demontage am Einsatzort und dem teuren Abtransport von Einzelteilen zu einer Demontagefabrik. Aus diesem Grund soll im Rahmen eines Forschungsprojektes „DemoNet“ ein Wirkmodell entwickelt werden, welches Unternehmen bei der Gestaltung eines XXL-Demontagenetzwerkwerkes unterstützt. Die Forschungshypothese besteht darin, dass eine verteilte Demontage aus ökologischen, ökonomischen und logistischen Gesichtspunkten sinnvoller ist. Die Grundlage für das Vorhaben bildet die Erweiterung eines Standortplanungs- und Allokationsproblems als mathematisches Optimierungsmodell zur Demontage von XXL-Produkten. Zur Lösung des Optimierungsproblems wird ein genetischer Algorithmus entwickelt.

Demontageplanung, Demontage-Netzwerke, Wirkmodell, Lösungsheuristik, Standortplanungsproblem

Die Montage großskaliger Produkte ist von einer hohen Störanfälligkeit geprägt. Um die Dauer eines Montagestillstandes zu verkürzen, haben das WZL der RWTH Aachen und das IPH Hannover gemeinsam eine Methode entwickelt, welche die Identifikation von Montageplanalternativen und deren Bewertung anhand der logistischen Zielgrößen im Störungsfall ermöglicht. Bestand, Auslastung, Durchlaufzeit und Termintreue werden in Kosten überführt und Montagepläne somit mittels einer Größe vergleichbar.

Produktionsplanung und -steurung, Montage, Logistische Zielgrößen

An eine zustandsorientierte Instandhaltung von Schiffsgetriebe werden auf Grund der erschwerten Zugänglichkeit im Rumpf des Schiffes, rauen Umgebung in Form von erhöhten Temperaturen, fortlaufenden Vibrationen oder salziger Seeluft, die zu Korrosion führen kann, besondere Anforderungen gestellt. In diesem Bericht wird die Integration eines drahtlosen Sensornetzwerks aufgezeigt, dessen Sensorknoten nach einmaliger Installation charakteristische Messdaten aufzeichnen, aktiv senden und sich selbstständig mit Energie aus der Umgebung versorgen. Der hier entwickelte Sensorknoten verfügt über eine thermoelektrische Energieversorgung, die Messintervalle von unter 20 Minuten ermöglicht. Die am Getriebe aufgezeichneten Schwingungsdaten wurden mit der zigBee-Funktechnolgie an eine zentrale Empfangseinheit gesendet. Durch Auswertung des Hüllkurvenspektrums lässt sich die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle identifizieren.

energy harvesting, thermoelektrischer Generator, drahtloses Sensornetzwerk, Zustandsüberwachung

Die Integration eines drahtlosen Sensornetzwerks im Schiffsgetriebe bietet die Möglichkeit mit einmaligem Installationsaufwand Sensorknoten zu applizieren, die charakteristische Messdaten aufzeichnen, drahtlos übertragen und sich selbstständig mit Energie aus der Umgebung versorgen. Durch Erzeugung eines künstlichen Lagerschadens konnte aufgezeigt werden, dass sich im Hüllkurvenspektrum dargestellte Schwingungsdaten für die Zustandsdiagnose eines Schiffsgetriebes eignen.

Sensorknoten, Energy Harvesting, Zustandsdiagnose, Schiffsgetriebe

Infolge des wachsenden Wettbewerbsdrucks sehen sich Hersteller von XXL-Produkten zunehmend zur Differenzierung gegenüber den Wettbewerbern durch die Produktionskosten gezwungen. Oftmals fehlen den Herstellern jedoch die Möglichkeiten potentielle Ansätze zur Optimierung der Produktion systematisch zu identifizieren und deren Auswirkungen auf den unternehmerischen Erfolg zu bewerten. Im folgenden Beitrag soll daher ein Ansatz vorgestellt werden, der Hersteller von XXL-Produkten bei der Auswahl geeigneter Optimierungsansätze unterstützt und so Fehlinvestitionen systematisch vermeidet.

Fließfertigung, XXL-Produkte, Fertigungsprinzip, Baustellenfertigung

Die Montage von großskaligen Produkten ist üblicherweise nach dem Baustellenprinzip organisiert. Für jedes zu montierende Endprodukt nimmt der Flächenbedarf mit zunehmender Montagezeit zu, weshalb eine feste Fläche reserviert wird, welche der maximalen Ausdehnung des Produktes entspricht. Da die vorhandene Fläche begrenzt ist, konkurrieren die einzelnen Produkte um diese. Hieraus resultieren hohe Flächenbedarfe und schlechte Flächennutzungsgrade. Deshalb sollten zeitveränderliche, konkurrierende Flächenbedarfe in der Planung von Fabriklayouts berücksichtigt werden.

Layoutproblem, zeitdynamisch, konkurrierende Flächen

In dem Beitrag wird ein Ansatz zur Einführung einer Fließfertigung in die Produktion von XXL-Produkten vorgestellt. Der entwickelte Ansatz basiert auf drei sequentiell zu durchlaufenden Schritten und berücksichtigt die spezifischen Besonderheiten von XXL-Produkten (z. B. stark streuende Bearbeitungsinhalte). Der Ansatz ermöglicht Unternehmen eine sichere Prognose über die wirtschaftlichen Auswirkungen einer Fertigungsreorganisation, wodurch Fehlinvestitionen vermieden werden können.

XXL-Produktion, Fließfertigung, Baustellenfertigung, Fertigungsprinzip, Fertigungsreorganisation

Der Rückbau stillgelegter Industrieanlagen stellt eine Herausforderung für die Planung und Steuerung der logistischen Prozesse dar. Räumliche und gesetzliche Restriktionen erschweren dabei die Planung und Steuerung der Demontage- und Nachbearbeitungsprozesse. So kann der Rückbau eines stillgelegten Kernkraftwerks bis zu zehn Jahre dauern und Kosten von vier Milliarden Euro verursachen. Gelingt eine systematische Beherrschung der logistischen Prozesse, können Rückbauzeit und anfallende Kosten signifikant reduziert werden. Einen Ansatz hierzu bietet die Entwicklung eines Verfahrens zur kombinierten Steuerung von Demontage- und Nachbearbeitungsprozessen.

Demontagesteuerung, Rückbau

Die Montage von großskaligen Produkten wird oft durch verspätete Materiallieferungen oder unzureichender Verfügbarkeit von Kapazitäten gestört. Im Störfall ermöglicht der Ansatz zur Identifizierung von alternativen Montagesequenzen anhand der Produktstruktur Montagestillstände zu vermeiden.

Großskalige Produkte (XXL-Produkte), kurzfristige Umplanung der Montage, alternativer Montageprozess

Dieser Artikel stellt eine Lösung für die thermoelektrische Energieversorgung von drahtlosen Sensorknoten zur Zustandsüberwachung von Schiffsgetrieben vor. Neben anderen Energiequellen im Umfeld des Schiffsgetriebes kann die Abwärme der Getriebeoberfläche einen thermoelektrischen Generator (TEG) versorgen. Die so erzeugte elektrische Spannung kann zum Betrieb von drahtlosen Sensorknoten genutzt werden, die Temperaturen, Vibrationen, Drehmoment und Drehzahl erfassen. Anforderungen an die Energieversorgungen werden aufgestellt, konstruktive Lösungen erarbeitet und thermische Simulationen werden mit praktischen Experimenten überprüft. Die Auswertung der Ergebnisse zeigt auf, dass eine Lösung mit aktiver Kühlung des TEG im Bereich des Wärmetauschers eine Leistung von bis zu 14 mW zur Verfügung stellen kann. Nachteilig bei der Lösung sind zusätzliche Konstruktionen, beispielsweise an der Öl- und Kühlwasserleitung.

Energy Harvesting, Thermogeneratoren, Drahtlose Sensornetzwerke, Thermische Simulationen, Zustandsüb

Als hochbelastetes Element zwischen Dieselmotor und Propelleranlage hat das Schiffsgetriebe eine besondere Bedeutung hinsichtlich der Zuverlässigkeit des gesamten Schiffsantriebs. Gemeinsam mit Projektpartnern aus Industrie und Forschung wurde vom IPH eine Zustandsüberwachung entwickelt, mit deren Hilfe Ausfällen vorgebeugt werden soll. Die Besonderheit des Systems liegt in der drahtlosen und energieautarken Funktionsweise.

Condition Monitoring, drahtlose Sensorknoten, Mikrocontroller

In dem Vortrag wurde das IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH mit seinen drei Arbeitsgebieten Umformtechnik, Logistik und Automatisierungstechnik vorgestellt. Forschungs- und Beratungsschwerpunkte des Instituts wurden an Praxisbeispielen diskutiert. Außerdem wurden das Thema Industrie 4.0 sowie aktuelle Forschungsprojekte in diesem Themenfeld erläutert.

Industrie 4.0, Automatisierungstechnik, Logistik

Produkte unterliegen seit jeher einer stetigen Weiterentwicklung, die oftmals nicht nur einen Funktionszuwachs, sondern auch eine Weiterentwicklung der geometrischen Abmaße mit sich bringt. Das Phänomen der Produktvergrößerung bis hin zu großskaligen Produkten ist auch im Transportwesen, der Energietechnik und in der Produktionstechnik zu beobachten. Der Trend in Richtung großskaliger Produkte ist überall dort zu finden, wo durch große Produktabmessungen Kosten reduziert bzw. Leistungsdaten erhöht werden können, wie z. B. Containerschiffen oder Windenergieanlagen. Was definiert diese Gruppierung von XXL-Produkten und wo ist die Grenze für diese Produktgruppe zu finden? Eine übergeordnete Klassifizierung großskaliger Produkte ist bisher noch nicht erfolgt. Anhand unterschiedlicher Produktgruppen werden gemeinsame Charakteristika großskaliger Produkte aufgezeigt. Durch diese Betrachtung kann eine produktübergreifende Klassifizierung großskaliger Produkte vorangebracht werden.

XXL-Produkte, großskalig, XXL, Definition

Im allgemeinen Sprachgebrauch und in den Medien wird oftmals der Begriff XXL-Produkt als Synonym für großskalige Produkte verwendet. Doch was definiert XXL-Produkte und wo ist die Grenze zu konventionellen Produkten zu sehen? Durch Aufzeigen gemeinsamer Charakteristika wird eine wissenschaftliche Definition dieses Begriffes vorgestellt. Eine gemeinsame, branchen- und produktübergreifende Definition ermöglicht, vergleichbare Herausforderungen in verschiedenen Branchen zu identifizieren. Auf dieser Basis lassen sich übergreifende Lösungen entwickeln, die sich auf die Fertigung von unterschiedlichen XXL-Produkten übertragen lassen. Diese Synergieeffekte können zu einer kostengünstigeren Herstellung von XXL-Produkten beitragen.

XXL-Produkte, großskalig, XXL, Definition

Produkte unterliegen seit jeher einer stetigen Weiterentwicklung. Einerseits handelt es sich dabei um Behebung bekannter Probleme und Fehler im Vergleich zum ursprünglichen Produkt. Andererseits sind Unternehmen durch die Globalisierung gezwungen, ihre Produkte global zu optimieren, um am Markt konkurrenzfähig zu bleiben. Eine solche Weiterentwicklung beinhaltet oftmals nicht nur einen Funktionszuwachs, sondern zieht auch eine Weiterentwicklung der geometrischen Abmaße mit sich. Der VW Golf ist zum Beispiel mit jeder Generation um zusätzliche Sicherheits- und Komfortausstattung ergänzt worden. Auf diese Weise hat sich die Länge des VW Golfs bei jedem Modellwechsel um durchschnittlich 9cm vergrößert.

XXL-Produkte, großskalige Produkte, XXL-Definition

Mit der Höhe von Windenergieanlagen steigt die nutzbare Windenergie exponentiell an. Allerdings nimmt bei zunehmender Turmhöhe auch der Materialbedarf und damit das Turmgewicht überproportional zu. Aktuelle Bauweisen begrenzen aufgrund dieses Zusammenhangs die heute erreichbare Turmhöhe. Die Anwendung von Leichtbauprinzipien kann zu einer Verringerung des Gewichtes bei gleicher Steifigkeit der Türme führen und damit in Zukunft höhere Türme ermöglichen. Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurden konstruktive Konzepte entwickelt, welche die Senkung der Masse der Türme von WEA an Land (onshore) von bis zu 20 % ermöglichen. Dieser Artikel beschreibt die Entwicklung und Bewertung der Konzepte und stellt die Ergebnisse des Forschungsprojekts dar.

XXL-Produkte, großskalig, XXL, WEA, Windenergie, Leichtbau, Turmbau, FEM

Die Anwendung von Leichtbaukonzepten auf die Turmkonstruktion von Windenergieanlagen ermöglicht durch die Verringerung des Gewichtes, bei gleicher Steifigkeit, die Windenergieanlage höher zu bauen. Im Rahmen eines Forschungsprojekts am IPH wurden unterschiedliche Leichtbauideen aus der Bionik sowie Luft- und Raumfahrtechnik untersucht. Mit dem im Projekt entwickelten Trapez-Leichtbauturm könnte bei einer 3MW Anlage mit 90 m Nabenhöhe eine Gewichtsersparnis bis zu 20 % realisiert werden. In diesem Artikel werden Konstruktionsdetails der Leichtbaukonzepte dargestellt.

XXL-Produkte, großskalig, XXL, WEA, Windenergie, Leichtbau, Turmbau, FEM

Terminabweichungen im Ablauf einer Baustellenmontage verursachen häufig hohe ungeplante Kosten. Dies trifft insbesondere auf kapitalintensive, großskalige Produkte zu. Aktuell fehlt ein Modell, mit dem diese Kosten bereits während der Montageplanung und -umsetzung sowie auch im Nachhinein bestimmt werden können. Dadurch ist ein umfassendes logistisches Controlling nicht möglich und die Sicherstellung einer hohen Termintreue und niedriger Logistikosten auch bei eintretenden Störungen wird verhindert. In diesem Artikel wird ein Forschungsprojekt vorgestellt, welches die Entwicklung einer Methode zum Ziel hat, mit der ein Termineinhaltungs- und Kosten-Controlling für die Materialverfügbarkeit bei der Montage von Windenergieanlagen gesichert wird.

Materialbereitstellung, Baustellenmontage, Kosten-Controlling, Terminabweichung, Frühwarnsystem, Pro

Die Fertigung am Fließband ist hocheffizient, doch lassen sich auch XXL-Produkte auf diese Art fertigen? Typische XXL-Produkte wie Schiffe, Flugzeuge oder Windkraftanlagen sind nicht nur wesentlich größer und schwerer als konventionelle Produkte, sondern auch deutlich komplexer. Sie werden in einer höheren Variantenvielfalt hergestellt als konventionelle Produkte, der Einflussgrad des Kunden ist größer - dadurch schwanken die Bearbeitungsinhalte bei der Herstellung. Zudem bestehen XXL-Produkte aus einer höheren Anzahl von Bauteilen und auch ihr Wert ist höher als bei konventionellen Produkten. Die Fertigung von XXL-Produkten erfolgt deshalb noch überwiegend nach dem Baustellenprinzip.

XXL-Produkte, Fließbandfertigung, Baustellenfertigung

Im Beitrag wird ein neuartiges, prozessübergreifend nutzbares Greifersystem zur kranlosen sowie witterungsunabhängigen Montage von Rotorblättern an Offshore-Windenergieanlagen vorgestellt. Dieses wurde im Rahmen des Forschungsprojekts "XXLMontagehilfen" der IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH entwickelt.

Montagehilfe, Windenergieanlage, XXL-Produkte

Beständig wachsende XXL-Produkte erreichen Dimensionen, die vom Menschen ohne innovative technologische Unterstützung nicht mehr beherrschbar sind. Daher richten sich Fortschritte in der Transport- und Hebetechnik auf die Herstellung (teil-)automatisierter Montagehilfen für die Endmontage von Großbauteilen. Dabei ähnelt die Montage der XXL-Produkte dem Bau von Prototypen. Ziel ist es, eine sich wiederholende Neuentwicklung und Auslegung von Montagehilfen zu vermeiden, indem diese prozessübergreifend nutzbar gemacht werden. Neben der Vorstellung einer Methode zur Systematisierung und erleichterten Auswahl von Montagehilfen wird in diesem Beitrag auch der Produktentwicklungsprozess einer prozessübergreifend nutzbaren Montagehilfe zur kranlosen und somit witterungsunabhängigen Montage von Rotorblättern an Offshore-Windenergieanlagen dargestellt.

Montagehilfe, Windenergieanlage, XXL-Produkte

Hersteller von XXL-Produkten, wie z. B. Windenergieanlagen, weisen häufig eine geringe Fertigungstiefe auf. Die Produkterstellung von XXL-Produkten erfolgt deswegen oftmals in Lieferketten. Für Unternehmen, welche XXL-Produkte produzieren und vertreiben, nimmt daher eine effiziente Gestaltung der Supply Chain hinsichtlich geringer Logistikkosten bei hoher Logistikleistung einen hohen Stellenwert ein. Dieser Beitrag stellt eine Methode vor, mit der diese Aufgabe gelöst werden kann.

XXL-Produkt, Lieferkettendesign, Logistische Zielgrößen

Die Montage von großskaligen und komplexen Produkten zeichnet sich oftmals durch schlechte Datenverfügbarkeit, geringe Prozessstandardisierung und späte Produktänderungen aus, was häufig zu Unterbrechungen des Montageablaufes führt. Gleichzeitig sind die Produktionsressourcen typischerweise sehr flexibel. In einem Forschungsprojekt zwischen dem IPH Hannover und dem WZL der RWTH Aachen wird daher eine Methodik entwickelt, welche die Identifikation und Bewertung von Montageprozessalternativen im Störungsfall ermöglicht. Als Bewertungsgrößen werden die logistischen Zielgrößen herangezogen.

XXL-Produkt, Adaptive Montageplanung, Störungen Montageablauf, Logistische Zielgrößen

Mit Hilfe einer Datenanalyse auf einem Mikrocontroller in unmittelbarer Nähe der Messstelle entstehen intelligente Sensorknoten, die eine Zustandsprognose von Getriebebauteilen ermöglichen. Das IPH vergleicht verschiedene Analyseansätze hinsichtlich der Rechenzeit und des Energieverbrauchs, um den Aufwand der drahtlosen Datenübertragung zu minimieren.

Condition Monitoring, drahtlose Sensorknoten, Mikrocontroller

In dem Vortrag wurde das IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH mit seinen drei Arbeitsgebieten Umformtechnik, Logistik und Automatisierungstechnik vorgestellt. Forschungs- und Beratungsschwerpunkte des Instituts wurden an Praxisbeispielen diskutiert. Außerdem wurden Herausforderungen bei der Herstellung großskaliger Produkte diskutiert sowie aktuelle Forschungsprojekte in diesem Themenfeld erläutert.

XXL-Produkte, großskalige Produkte, Fertigungstechnik, Logistik, Automatisierungstechnik

Das wirtschaftliche Wachstum in Deutschland und Europa sichert Arbeitsplätze und Wohlstand. Doch sind die Auswirkungen für unsere Umwelt häufig negativ. Denn, wenn mehr Waren produziert werden und der Konsum zunimmt, steigen auch das Verkehrsaufkommen und damit die Treibhausgasemissionen. Um diese Emissionen so gering wie möglich zu halten, ist das erklärte Ziel die Verlagerung der Warentransporte vom Straßenverkehr auf die Schiene. Vor diesem Hintergrund bereiten sich viele Anschlussbahnhöfe auf steigende Umschlagszahlen vor. Zu den bisher ungelösten Fragestellungen gehört unter anderem auch die Maximierung der Durchsatzleistung. Um diese Frage zu beantworten, hat das IPH für seine Kunden ein innovatives, ereignisdiskretes Modell in Form einer Materialflusssimulation auf Basis der Software Plant Simulation entwickelt.

Anschlussbahnhof, Simulationsmodell, Materialflusssimulation

Ein Ausfall einer Windenergieanlage (WEA) zieht hohe Ausfallkosten nach sich. Je zuverlässiger die Prognose des Zustands einzelner Komponenten erfolgt, desto besser kann die Instandhaltung geplant und bspw. in eine Phase mit geringer Windausbeute verlegt werden. Weiterhin können sich anbahnende Ausfälle frühzeitig erkannt und damit vermieden werden. Im Rahmen des Projekts „SteigProg“ wurden Data Mining-Algorithmen auf ihre Eignung zur Zustandsprognose bei Windenergieanlagen untersucht. Durch eine verbesserte Zustandsprognose kann ein Beitrag für einen wirtschaftlicheren Betrieb von WEA geleistet werden. Messbare Einsparungen ergeben sich durch die Minimierung von Ausfallzeiten, eine bessere Planbarkeit und die Verkürzung von Instandhaltungseinsätzen.

Zustandsprognose, Windenergieanlage

Die Herstellung von großskaligen Produkten ist nicht nur mit großen Herausforderungen, sondern oftmals auch mit riesigen Kosten verbunden. Die Art und Weise, wie das Produkt gestaltet ist, bietet das größte Potenzial zur Kostensenkung. Am IPH entwickeln Ingenieure derzeit eine neue Modulbauweise für XXL-Produkte.

XXL-Produkte, Modulbauweise

Die nutzbare Windenergie steigt exponentiell mit der Höhe einer Windenergieanlage an. In gleicher Weise steigt allerdings auch die Masse der Anlage. Daher wurde in einem Forschungsprojekt ein systematischer Ansatz zur Auslegung von Leichtbau-Türmen für Onshore-Windenergieanlagen entwickelt. Unterschiedliche Strukturen aus Bionik, Luftfahrt und Automotivebereich wurden entwickelt und in FEM-Simulationen auf ihre Belastbarkeit getestet. Mit der gefundenen Leichtbau-Struktur ist es möglich Türme mit geringeren Blechstärken zu entwickeln, sodass eine Gewichtsersparnis von bis zu 20 % gegenüber konventioneller Bauweise möglich ist.

XXL-Produkte, großskalig, XXL, WEA, Windenergie, Leichtbau, Turmbau, FEM

Am Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH (IPH) wird derzeit eine Methode entwickelt, mit der sich die Entwicklung logistischer Zielgrößen und damit verbundener Logistikkosten in der Supply Chain für die Montage von WEA kontinuierlich messen und deren Entwicklung beim Auftreten von Terminabweichungen bei der Materialverfügbarkeit prognostizieren lässt. Betrachtet wird der Teil der Supply Chain nach der Herstellung der Einzelkomponenten bis zur Übergabe an den Kunden. Es wird kontinuierlich prognostiziert, ob Terminabweichungen kritische monetäre und terminliche Auswirkungen auf den Projekterfolg haben.

Materialbereitstellung, Baustellenmontage, Kosten-Controlling, Terminabweichung, Frühwarnsystem, Pro

Hersteller großskaliger Produkte sehen sich zunehmend zur Differenzierung gegenüber den Wettbewerbern durch die Produktionskosten gezwungen. Das für gewöhnlich bei großskaligen Produkten angewandte Fertigungsprinzip stellt die Baustellenfertigung dar, die auf eine kundenspezifische Produktion bei hoher Variantenvielfalt ausgelegt ist. Im Hinblick auf die Produktionskosten erweist sich die Baustellenfertigung jedoch als unzureichend. Die gezielte Übertragung alternativer Fertigungsprinzipen auf die Produktion großskaliger Produkte bietet einen vielversprechenden Ansatz zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit.

Fließfertigung, XXL-Produkte, Reorganisation, Fertigungsprinzip, Baustellenfertigung

Das Produktdesign bestimmt 70% der zukünftigen Produktkosten. Daher bietet das strukturelle Design einen vielversprechenden Ansatz zur Reduzierung der Lebenszykluskosten eines Flugzeugs. Ein wesentlicher Auslegungsparameter ist die Entscheidung zwischen einer monolithischen oder modularen Konstruktion. Das aktuelle Design von Flugzeugflügeln kann als weitgehend monolithisch beschrieben werden; die Grundstruktur besteht aus einer kleinen Anzahl von ungeteilten Komponenten. Zum Beispiel besteht die obere Abdeckung des Airbus A350 Flügel aus einer einzigen Komponente mit einer Länge von 32 m. Für die Herstellung dieser großskalierten Komponenten sind Produktionsmaschinen, z. B. Autoklaven, mit sehr großen Abmessungen erforderlich. Jedoch sind andere Flugzeugteile, wie der Rumpf, keine einstückigen Bauteile. Der Rumpf ist aus mehreren Rumpfmodulen, die vorgerüstet und dann miteinander vernietet werden, zusammengesetzt. In diesem Paper wird ein kleinskalierter modularer Aufbau für Flugzeugflügel vorgestellt und die technische Machbarkeit diskutiert. Darüber hinaus haben wir Modularisierungsfaktoren identifiziert, die die Entscheidung zwischen einer monolithischen oder Modulbauweise wesentlich beeinflussen.

strukturelles Design, großskalige Produkte, modulares Design

In dem Vortrag wurde das IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH mit seinen drei Arbeitsgebieten Umformtechnik, Logistik und Automatisierungstechnik vorgestellt. Forschungs- und Beratungsschwerpunkte des Instituts wurden an Praxisbeispielen diskutiert. Außerdem wurden Herausforderungen bei der Herstellung großskaliger Produkte diskutiert sowie aktuelle Forschungsprojekte in diesem Themenfeld erläutert.

Forschung und Entwicklung, XXL-Produkte, großskalige Produkte, Fertigungstechnik, Logistik, Automati

Mit immer größer werdenden Nabenhöhen steigt die Möglichkeit mehr Windertrag aus der Windkraft zu erlangen. Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurden am Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH konstruktive Leichtbaukonzepte für den Bau der Türme von Windenergieanlagen erforscht und entwickelt. Ziel des Forschungsprojektes war, den Leichtbau der Türme zu ermöglichen, um diese somit höher bauen zu können.

XXL-Produkte, großskalig, XXL, WEA, Windenergie, Leichtbau, Turmbau, FEM

Die Windenergieanlagen der nächsten Generation sollen immer höher in den Himmel ragen. In höheren Luftschichten sind die durch Bodenrauigkeit hervorgerufenen Turbulenzen wesentlich verringert. Mit der Höhe steigt die Windstärke und der Wind weht gleichmäßiger. Daher steigt die nutzbare Energie exponentiell mit der Turmhöhe an, ein besserer Energieertrag ist gesichert. Doch die Türme der Windenergieanlagen unterliegen dem Effekt, ab einer kritischen Eigenmasse der Anlage mit Gondel und Rotor einzuknicken. Die Turmmasse steigt mit dem Quadrat der Höhe, daher müssten die Türme überproportional zur Höhe verstärkt werden.

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In diesem Beitrag werden Charakteristika zur Beschreibung von XXL-Produkten diskutiert und grundlegende Aspekte hinsichtlich des Aufbaus (z. B. Prinzipien, Methoden) von Produktionssystemen vorgestellt. Im Rahmen einer Expertenbefragung bei XXL-Herstellern werden die am häufigsten eingesetzten Methoden der Produktionssysteme identifiziert. Der Beitrag stellt die Ergebnisse der Expertenbefragung vor und schließt mit einem Ausblick über das weitere Vorgehen ab.

Lean-Production-Methoden, Produktionssystem, XXL-Produkte

Die Energiewende ist beschlossene Sache. Doch um den Energiebedarf zu stillen, sind auch im Bereich der regenerativen Energien weitere Entwicklungen erforderlich. Ingenieure des Instituts für Integrierte Produktion Hannover (IPH) haben in zwei Forschungsprojekten untersucht, wie sich die Effizienz von Windkraftanlagen steigern lässt.

XXL-Produkte, großskalige Produkte, Windenergie, Leichtbau, Data Mining

Der Entstehungsprozess von großskaligen Produkten wurde in der Vergangenheit nur vereinzelt wissenschaftlich betrachtet. Im Rahmen des Verbundprojektes „Innovationen für die Herstellung großskaliger Produkte“, gefördert von niedersächsischen Ministerien, will das IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gemeinnützige GmbH wissenschaftlichen Fragestellungen in Bezug auf die Entwicklung, Herstellung und das Recycling großskaliger Produkte nachgehen und diese beantworten.

XXL-Produkte, Entwicklung, Herstellung, Recycling

Die Türme für WEA werden derzeit in Stahlrohr-, Gitter-, Beton- oder Hybridbauweise hergestellt. Aufgrund der geringen Montagezeiten stellen Stahltürme die am weitesten verbreitete Turmbauart für kommerzielle WEA dar. Derzeit wird der Großteil der Stahltürme aus gerolltem Blech hergestellt. Die zu rollenden Platten werden – in der Regel durch Laserschneiden – vorgefertigt. Die meist konisch gerollten Segmente werden nach dem Walzvorgang zu Stahlrohrabschnitten verschweißt, die mit Hilfe von gewalzten Verbindungsringen verschraubt werden. Wenn der Transportweg kurz ist, werden die Segmente direkt nach dem Rollen verschweißt. Die Anwendung von Leichtbauprinzipien (konstruktiv oder mittels Hochleistungswerkstoffen) bei den Turmsegmenten der WEA ermöglicht durch die Verringerung des Gewichtes, bei gleicher Steifigkeit, die WEA höher zu bauen.

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In diesem Beitrag werden Charakteristika zur Beschreibung von XXL-Produkten diskutiert und grundlegende Aspekte hinsichtlich des Aufbaus (z. B. Prinzipien, Methoden) von Produktionssystemen vorgestellt. Im Rahmen einer Expertenbefragung bei XXL-Herstellern werden die am häufigsten eingesetzten Lean-Methoden der Produktionssysteme identifiziert. Der Beitrag stellt die Ergebnisse der Expertenbefragung vor und schließt mit einem Ausblick über das weitere Vorgehen ab.

Customizing, ERP, Einsparungspotenzial, Enterprise Resource Planning, Individualanpassung, Kosten-Nu

Großskalige Produkte (XXL-Produkte), wie zum Beispiel Lagerringe für Windenergieanlagen, stellen besondere Herausforderungen an die Produktionstechnik. Dabei ist der stetige Trend einer weiteren Vergrößerung der Produkte zu beobachten. Somit stoßen z. B. umformtechnische Fertigungsanlagen zur Herstellung von XXL-Produkten an ihre technischen Grenzen. Die bei einer Skalierung auftretenden Skalierungseffekte, welche physikalische Grenzen für eine weitere Skalierung beinhalten können, wurden bisher nur für eine Kleinskalierung von Fertigungsverfahren untersucht. Die Berücksichtigung solcher Effekte bei der Großskalierung bietet die Möglichkeit das Potenzial umformtechnischer Fertigungsverfahren besser zu nutzen und die Berechnungsvorhersagen zu verbessern.

XXL-Produkte, Schmieden, Fließverhalten, Skalierungsfaktor, Skalierungseffekte, Ringstauchversuch

Die Windenergieanlagen der nächsten Generation sollen immer höher in den Himmel ragen. Mit der Höhe steigt die Windstärke und der Wind weht gleichmäßiger. Daher steigt die nutzbare Energie exponentiell mit der Turmhöhe an, ein besserer Energieertrag ist gesichert. Doch mit der Höhe steigen auch die Turmmasse und damit das Versagensrisiko vorhandener Turmkonstruktionen.

XXL-Produkte, großskalig, XXL, WEA, Windenergie, Leichtbau, Turmbau, FEM

Ansprechpartner

Benjamin Küster
M. Sc.

IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH

Alexander Oleff
M. Sc.

IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH