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Fabrikplanung – Definition Durchlaufzeitanteile & Durchlaufelement

Die Durchlaufzeitplanung ist ein Teil der Fabrikplanung. Umso wichtiger ist die Definition der Durchlaufzeit und seiner Anteile. Im folgenden Link findest du die Definition der o.g. Begriffe.

Definition der Durchlaufzeitanteile & Durchlaufelement.

Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=6jd3iISkzDQ vom 07.05.2018

Die Durchlaufzeit kann in der Hinsicht beeinflusst werden, indem einzelne Bestandteile herausnimmt und im Detail analysiert.

Dabei können zwei Hauptfunktionen unterschieden werden:

  1. Bearbeitungszeiten (Arbeitsplatz oder Maschine)
  2. Logistikzeiten (das Liegen vor und nach der Bearbeitung)

Erfahrungsgemäß sind die Optimierungsreserven im Punkt zwei höher als im Punkt eins.

Daher empfehlen wir stets mit der Analyse der im Punkt zwei genannten Prozessabläufe zu beginnen und im zweiten Schritt die Arbeitsprozesse zu untersuchen um entsprechende Leistungsreserven zu identifizieren und auszuschöpfen.

Ihr cnc-place Team.

Weltweit erstes pumpendes Kunstherz aus dem 3D-Drucker präsentiert

Züricher Forscher präsentieren das erste künstliche Herz aus dem 3D-Drucker, das pumpt wie ein menschliches Herz. Allerdings hält es noch keinen Belastungen stand.

Kunstherz

Das Silikonherz aus Zürich stammt aus dem 3D-Drucker.

Foto: Zurich Heart

Das Kunstherz aus dem 3D-Drucker

Das gedruckte Organ besteht aus Silikon und sieht aus, wie man sich ein Herz so vorstellt. Nur eben cremeweiß statt blutrot. Ziel des Entwicklers Nicholas Cohrs, Doktorand in der Gruppe für Funktionelles Material-Engineering war es von Beginn an, „ein Herz zu entwickeln, das ungefähr die gleiche Größe hat, wie das eines Patienten und welches das menschliche Herz in Form und Funktion so gut wie möglich imitiert“.

Optisch ist das jedenfalls gelungen und auch das Gewicht dürfte passen: Das Kunstherz wiegt rund 390 Gramm. Im Innern ist das Silikon-Organ unterteilt in eine linke und eine rechte Herzkammer, die von einer weiteren Kammer getrennt wird. Diese mittlere Kammer ist das eigentliche Herzstück des Kunstorgans. Sie ahmt die Muskelkontraktionen des menschlichen Herzens mit Luftdruck nach und pumpt so die Flüssigkeit aus den nebenstehenden Kammern. In der Theorie funktioniert das, wie dieses Video zeigt.

Als Spenderorgan ungeeignet

In der Praxis hat sich das Kunstherz noch nicht bewährt. Belastungstests konnte es bisher nur eine halbe bis dreiviertel Stunde standhalten, das sind ca. 3000 Schläge, wie Maschinenbauer Anastasios Petrou vom Lehrstuhl für Produktentwicklung und Konstruktion der ETH Zürich zeigte. Die Forscher weisen deshalb auch darauf hin, dass es sich bei ihrem Versuch um einen Machbarkeitstest handelt. „Unser Ziel war nicht, ein implantierbares Herz vorzustellen“, sagt Cohrs, „sondern bei der Entwicklung von künstlichen Herzen in eine neue Richtung zu denken.“

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Bedarf an Kunstherzen wäre hoch

Neben all den anderen Kunstorganen werden auch Herzen dringend benötigt. Rund 26 Millionen Menschen weltweit warten auf ein geeignetes Spenderherz, weil sie selbst an Herzinsuffizienz leiden. Die Zahl der Spenderorgane reicht jedoch bei weitem nicht aus. Und die Mechanik bisheriger Herzprothesen ist störungsanfällig. Insofern ist das weiche und formbare Kunstherz eine Option, an der die Forschung ansetzen kann, um Patienten mit Herzproblemen künftig tatsächlich besser helfen zu können.

Nicht der erste Versuch, Organe zu drucken

Münchner Studierende der Hochschulen LMU und TUM hatten im November 2011 einen 3D-Drucker und eine Biotinte vorgestellt, mit denen sich lebende Zellen zu Organen formen lassen sollten. Es ist neben dem jetzt vorgestellten Verfahren der ETH Zürich ein weiterer Baustein auf dem Weg hin zu einem künstlichen, implantierbaren Herz. Einen Schritt weiter sind die Wissenschaftler mit Hautzellen. Anfang des Jahres gelang es spanischen Forschern, menschliche Haut zu drucken, die für Implantationen nutzbar sein soll.

Die Forschungsergebnisse der Züricher Forscher erschienen zuerst im Fachmagazin Artificial Organs.

Von Lisa Schneider
Quelle: http://www.ingenieur.de/Fachbereiche/Medizintechnik/Weltweit-erstes-pumpendes-Kunstherz-3D-Drucker-praesentiert vom 20.07.2017

Forschungsförderung in Deutschland

Gigantisches Förderprogramm für Mikroelektronik nimmt Form an

Erste Institute verkünden, was die in die Forschungsfabrik Mikroelektronik einbringen. Mit dem Förderprogramm will Deutschland um internationale Anerkennung für diese Schlüsseltechnologie der Digitalisierung ringen.

Allein die für die Mikroelektronik erforderliche Reinraumtechnologie verschlingt einiges an Fördergeldern.

Förderpaket für die Schlüsseltechnologie Mikroelektronik

Es ist das größte Förderprogramm in diesem Bereich seit der Wiedervereinigung und es hat kein geringeres Ziel als Deutschland international als Schwergewicht der Forschung sichtbar zu machen. Bei der Auftaktveranstaltung zur Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland im April 2017 sagte Bundesforschungsministerin Johanna Wanka: „Damit haben wir die große Chance, selber entscheidende IT-Entwicklungen anzustoßen. Das ist ein Beitrag zur Stärkung einer wichtigen Schlüsselindustrie, auch mit Blick auf Europa, Wirtschaftswachstum und Arbeitsplätze.“

Wo wird künftig zur Mikroelektronik geforscht?

Künftig sollen vier Technologieparks entstehen, die sich gemeinsam den folgenden zukunftsrelevanten Themenfeldern widmen:

  • Siliziumtechnologien für die Sensorik sowie Aktorik und Informationsverarbeitung
  • Halbleiter mit modernsten Materialien für Energiespar- und Kommunikationstechnik
  • Kombinationen von Silizium- und anderen Halbleitern für das Internet der Dinge
  • Entwurf, Test und Zuverlässigkeit für Qualität und Sicherheit

Mit rund 350 Millionen Euro des 800-Millionen-Euro-schweren Maßnahmenpakets sollen 13 außeruniversitäre Forschungseinrichtungen modernisiert werden, die bereits heute Forschung zur Mikroelektronik betreiben. Welche das sind und wie das Geld auf die Bundesländer verteilt wird, zeigt diese Grafik des Forschungsministeriums:

Schleswig-Holsteinisches Institut widmet sich Galliumnitrid

Das Fraunhofer ISIT in Schleswig-Holstein hat nun bekanntgegeben, wofür es seinen Förderteil von 19,3 Millionen Euro ausgeben möchte. Zum einen werden damit Geräte zum Aufbringen piezoelektrischen und magnetischen Materialien auf Silizium sowie Aufdampfanlagen für optische und Infrarot-Beschichtungen angeschafft. Auch Ofensysteme, in denen Glaswafer geformt werden sollen, stehen auf der Einkaufsliste. „Die Halbleiterbranche gehört zu den Industrien mit der schnellsten Abfolge von neuen Technologien. Modernste Prozessgeräte werden in der Wirtschaft in fünf bis maximal sieben Jahren abgeschrieben und durch neue Generationen ersetzt“, erläutert ISIT-Leiter Axel Müller-Groeling. Mit den geplanten Neuanschaffungen wäre das ISIT in der Lage, Bauelemente wie Magnetfeldsensoren, optische Mikroscanner oder Mikrolautsprecher für die Industrie zu entwickeln.

Zum anderen plant das ISIT, Anlagen für die Erschließung von Galliumnitrid (GAN) als Materialbasis für innovative Leistungsbauelemente zu entwickeln. Mit Galliumnitrid wollte etwa Audi die Reichweite von Elektroautos maßgeblich erhöhen, noch sind die Ergebnisse aber nicht auf der Straße.

In der Halbleitelektronik werden bisher vor allem Silizium-Leistungsschalter genutzt, „die elektrischen Eigenschaften der Transistoren sind jedoch am theoretischen Limit“, erklärt das ISIT den Forschungsbedarf. Andererseits sei Galliumnitrid noch recht schwer bearbeitbar und es besteht großer Entwicklungsbedarf, „damit sich GaN für die Herstellung von Leistungsbauelementen industriell durchsetzen kann“, sagt Holger Kapels, ISIT-Geschäftsfeldleiter Leistungselektronische Systeme.

Wichtige Anwendungsbereiche der Mikroelektronik

Entwickelt wurde die Mikroelektronik einst für die Raumfahrt, aber sie ist längst in der Industrie angekommen. Branchen wie der Maschinen- und Anlagenbau, aber auch die Automobilindustrie sind zunehmend auf mikroelektronische Anwendungen angewiesen. So finden sich mikroelektronische Bauteile etwa in Maschinensteuerungen, im Arbeitsspeicher von Computern, in der Motorsteuerung von Fahrzeugen und in jedem Smartphone.

Von Lisa Schneider
Quelle :  http://www.ingenieur.de/Fachbereiche/Halbleiter/Gigantisches-Foerderprogramm-fuer-Mikroelektronik-nimmt-Form-an vom 10.07.2017

Neue wirtschaftliche technische Möglichkeit zum Metallauftrag auf Gleitlageroberflächen

Additive manufacturing ‘revolutionising’ shipbuilding, says OR Laser

 

There’s a revolution brewing in the production of sliding bearings, according to OR Lasertechnologie

German industrial technology company OR Lasertechnologie says it’s only necessary to apply a layer of metal a few millimeters thick using the powder nozzle to reliably, cost-effectively, and easily protect the large shaft bearings used in ships from wear and tear. 

This represents something of a revolution in the shipbuilding industry, according to the company.

OR Laser says it develops and builds robot-assisted laser systems for direct metal deposition – which is similar to additive manufacturing – that take the production and repair of sliding bearings to an “innovative new level”.

The enormous container ships that now crisscross the world’s seas need powerful drives: diesel engines with outputs of up to 110,000 PS and as many as 14 cylinders.

The shaft that drives the propeller has a diameter of about 600 mm, weighs up to 300 tonnes, and rotates 84 times a minute. The shaft rests inside hydrodynamic bearings that are naturally subject to heavy wear.

This is because the shaft is in direct contact with and slides over the bearing’s surface. A film of lubricant reduces the inevitable friction, but doesn’t develop fully until the oil pressure rises.

Especially when engaging or disengaging the shaft, the protective film of oil is not yet or no longer sufficient to prevent direct contact between the surfaces. The affected parts of the bearing are therefore subjected to considerable friction and wear, which significantly reduces their life expectancy.

A commonly used way to improve the performance of these bearings is to cast their halves with an unbroken surface layer of a tribological, in other words wear-reducing, alloy.

The conventional process used for this is extremely labor-intensive: the metals are melted and worked at 700°C. Then, in a laborious finishing phase, around 90 per cent of the material is removed again to obtain the desired final shape. Little has changed in this process over the last century.

Today, latest-generation lasers can be used with a powder nozzle for direct metal deposition, yielding considerable benefits: the metal alloy is fed in the form of a dry powder via the nozzle coaxially to the laser and melted onto the inside of the concave steel bearing shells.

The laser permits accurate partial attachment of the alloy, says OR Lasertechnologie.

It is only necessary to apply the expensive alloy to about 20 per cent of the surface using this technique, compared to 100 per cent with the traditional casting method. Use of a laser also saves time and energy, since only a small amount of metal needs to be melted in each case.

The new generation of additive manufacturing is especially well-suited for bearings that are in constant use, have a large diameter, and are subjected to large bearing forces and high rotational speeds. It can also be used to inexpensively repair defective bearing shells and restore them to a like-new condition.

The ability to quickly change the alloy and apply coatings of nearly any kind of metal opens up incredible prospects for developing new products. AM enables completely new production processes that are able to flexibly accommodate customer wishes in a minimum of time.

Recently, the Berlin-based company of Admos Gleitlager began using a laser system from OR Laser. In addition to having more than 100 years of experience producing cast compound hydrodynamic sliding bearings, it is constantly engaged in improving its products and methods.

Admos is now taking a new approach to making sliding bearings: with a robot-assisted laser system, a six-kilowatt fiber laser, and two high-power coating heads in the form of powder nozzles. Something that was impossible with the conventional casting process is now becoming reality: namely the use of copper-based materials such as CuSn and CuPb.

One of the many advantages of the new approach is that different materials now bind more firmly to one another. All in all, the new method makes it possible to completely eliminate several steps while minimizing the required finishing work afterward.

Right after powering up the laser system for the first time, it became clear that it reduced materials costs by between 50 per cent and 80 per cent thanks to resource-efficient application. The energy costs are also 50 per cent to 70 per cent less than for conventional casting of alloys.

Jörg Hosemann, the CEO of Admos Gleitlager, says: “The new laser system opens up a whole new world of possibilities for us: faster production and delivery at short notice, as well as enormous potential for slashing costs. I expect the investment in new laser equipment to pay for itself in no time.”

Quelle: https://roboticsandautomationnews.com/2016/09/16/additive-manufacturing-revolutionising-shipbuilding-says-or-laser/7205/ vom 05.05.2017

Optimierung der Brennstoffzellentechnik

TU Wien findet Lösung: So leben Brennstoffzellen länger

Wiener Forscher haben herausgefunden, warum Hochtemperaturzellen mit neuartigen Kathoden mit der Zeit immer ineffektiver werden: Strontium verwehrt dem Sauerstoff den Zutritt. Und eine Lösung für das Problem haben die Wiener auch.

Mit gepulsten Lasern wird die passende Oberfläche erzeugt

Mit gepulsten Lasern wird die Oberfläche der Brennstoffzelle gezielt verändert.

Foto: TU Wien

Keramische Brennstoffzellen, die bei einer Temperatur von 450 bis 1.000 °C arbeiten, haben den höchsten Wirkungsgrad. Die hohe Temperatur macht den Umgang mit ihnen allerdings nicht leicht. Für den mobilen Gebrauch, etwa in Elektroautos, sind sie ungeeignet. Es gibt Werkstoffe, etwa das exotisch klingende Strontium-dotierte Lanthancobaltat (LSC), die die Zelle auch bei niedrigeren Temperaturen arbeiten lässt. Doch die ermüden mit der Zeit, weil zu wenig Sauerstoff aus der Luft zum Reaktionsraum vordringt.

Einladende Oberfläche

Jetzt haben Wissenschaftler der Technischen Universität Wien das Problem gelöst. Ghislain Rupp vom Institut für Chemische Technologien und Analytik und sein Team vermuteten, dass es vor allem auf die Oberfläche des Materials ankommt.

An manchen Stellen der Oberfläche kann Sauerstoff viel leichter eindringen als an anderen.

Foto: TU Wien

Sie muss für Luftsauerstoff gewissermaßen einladend wirken, damit dieser sich einlagert, um durch das Material hindurchzuwandern und den Reaktionsraum zu erreichen. Hier verbindet er sich mit Wasserstoff. Dabei entstehen Strom und Wärme sowie Wasser als „Abfallprodukt“.

Laserpulse modifizieren die Kathode

Die Forscher entwickelten ein Verfahren, mit dem sie die Oberfläche gezielt verändern und die Auswirkungen auf Sauerstoff-Aufnahmefähigkeit messen konnten. „Mit einem Laserpuls verdampfen wir verschiedene Materialien, die sich dann in winzigen Mengen an der Oberfläche anlagern“, erklärt Rupp. „So können wir fein dosiert die Zusammensetzung der Kathoden-Oberfläche modifizieren und gleichzeitig beobachten, wie sich dabei der Widerstand des Systems verändert.“ Dieser Widerstand ist entscheidend für die Brauchbarkeit des Materials als Kathode in der Brennstoffzelle.

Strontium macht sich selbstständig

Das Team experimentierte mit unterschiedlichen Materialien. Dabei stellten sie beispielsweise fest, dass eine Überdosis Strontium an der Oberfläche schadet. Ganz ohne Strontium, das unter anderem in Feuerwerkskörpern genutzt wird – es sorgt für eine Rotfärbung – geht es allerdings nicht. Es kommt auf die Verteilung vor allem an der Oberfläche an. „Wenn dort Strontium-Atome dominieren, wird Sauerstoff nur sehr schwer eingebaut“,sagt Rupp. Kobalt dagegen wirkt einladend auf die Sauerstoffatome. Hier funktioniert die Einlagerung gut.

Mit dieser Erkenntnis konnten sich die Wiener Forscher auch erklären, warum das Material mit der Zeit für Sauerstoff immer undurchlässiger wird. Während des Betriebs der Brennstoffzelle wandert Strontium aus dem Inneren der Keramik an die Oberfläche und überdeckt die Kobaltzonen. Für den Sauerstoff schließt sich gewissermaßen langsam die Tür.

Technischer Einsatz rückt näher

„Wir sind damit dem technischen Einsatz des Materials LSC für Brennstoffzellen einen wichtigen Schritt näher gekommen“, glaubt Rupp. „Unsere neue Untersuchungsmethode, die hochpräzise Beschichtung mit elektrischer Vermessung vereint, wird sicher auch in anderen Bereichen der Festkörperionik noch eine wichtige Rolle spielen.“

Welche Temperaturen erreichbar sind ist noch offen. Zudem müssen die Forscher jetzt einen Weg finden, die Wanderbewegung des Strontiums zu stoppen, zumindest aber zu verhindern, dass die aufstrebenden Strontiumatome das Kobalt überlagern. Zum Team gehören neben Rupp Professor Jürgen Fleig und eine Gruppe um Professor Andreas Limbeck, beide vom Institut für Chemische Technologien und Analytik der TU Wien.

Diese Drohne wird mit Strom aus Brennstoffzellen angetrieben: Sie kann etwa zwei Stunden in der Luft bleiben.

Foto: Intelligent Energy

 

Und hier finden Sie noch eine Geschichte zu Brennstoffzellen: Das britische Unternehmen Intelligent Energy hat eine Drohne mit einem Wasserstoffantrieb entwickelt. Statt normaler Akkus hat sie Brennstoffzellen an Bord. Der Antrieb sitzt oben auf dem Flugobjekt und wiegt mit Tank nur 1,5 kg. Das ist zwar mehr als ein Batteriepack, aber seine Reserven sind trotzdem deutlich größer. Zwei Stunden soll die Drohne in der Luft bleiben können.

Diesen SUV mit Brennstoffzelle bringt Hyundai 2018 auf den Markt. Von dem Auto will Hyundai mehrere Tausend Fahrzeuge pro Jahr in Serie produzieren.

Foto: Hyundai

Und Hyundai bringt schon 2018 ein Auto mit Brennstoffzelle auf den Markt, das eine Reichweite von 800 km hat.

Von Wolfgang Kempkens
Quelle: http://www.ingenieur.de/Themen/Forschung/TU-Wien-findet-Loesung-So-leben-Brennstoffzellen-laenger vom 05.05.2017

Neues Anwendungsgebiet für Graphen

Dieses Sieb aus Graphen filtert Salzwasser zu Trinkwasser

Ein Sieb aus England sorgt für Aufsehen: Es verwandelt mit einer Membran aus Graphenoxid Salz- in Trinkwasser. Ohne großen Aufwand. Mit etwas Glück ist es die Wundererfindung, welche die Menschheit vor Wasserknappheit rettet.

Membran aus Graphenoxid

Eine Membran aus Graphenoxid haben britische Forscher entwickelt. Stellt man daraus ein Sieb her, lässt sich Salzwasser zu Trinkwasser filtern. Einfach so.

Foto: Universität Manchester

Ihr Lösungsvorschlag: Ein hauchdünnes Sieb, das Salzwasser aus dem Meer in Trinkwasser umwandelt. Das wäre eine großartige Erfindung und sehr effektiv, schließlich sind 70 % der Erde von Meeren bedeckt.

Graphenoxid ist das Herzstück des Siebs

2010 haben russische Wissenschaftler den Nobelpreis für die Entdeckung des Graphen bekommen – eine Modifikation des Kohlenstoffs, in der jedes Atom von drei weiteren im Winkel von 120 ° umgeben ist, sodass ein bienenwabenförmiges Muster entsteht. Theoretisch ist diese zweidimensionale Struktur ein idealer Filter. Doch Membranen ließen sich bislang kaum herstellen. Bislang.

Den Forschern in Manchester ist es gelungen, ein Graphengitter zu bauen, das Wasser durchlässt, aber Salzkristalle aufhält.

Foto: Universität Manchester

Die Forscher haben im Labor durch Oxidation ein chemisches Derivat namens Graphenoxid geschaffen, das sich wie eine Tinte auf ein Substrat auftragen lässt, so dass eine dünne Membran entsteht. Die Löcher in der Membran sind dabei nicht größer als ein Nanometer – sie sind also eine Million Mal kleiner als ein Millimeter.

Die Folge: Wasser dringt durch die Membran. Salz nicht. „Es ist das erste Mal, dass wir die Größe der Poren in der Membran kontrollieren und so Wasser entsalzen konnten“, sagte Prof. Rahul Nair der BBC. Nair und sein Team haben die Studie gerade im Fachblatt „Nature Nanotechnology“ veröffentlicht. „Die Realisierung skalierbarer Membranen mit gleichmäßiger Porengröße bis hin zur atomaren Skala ist ein wichtiger Schritt vorwärts und eröffnet neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Effizienz der Entsalzungstechnik.“

Offene Frage: Wie lang hält Membran Salzwasser stand?

Auf dem Markt ist der Filter noch nicht. Zuerst müssen die Forscher im Labor noch einige Hürden überwinden. Noch ist zum Beispiel unklar, wie lange die Membran den ständigen Kontakt mit Meerwasser aushält. Unklar ist auch, ob der Werkstoff nicht viel zu teuer ist, um Siebe im industriellen Maßstab herzustellen.

Im Labor klappt das Filtern von Salzwasser schon: rechts im Bild trübes Salzwasser, links trinkbares Süßwasser.

Foto: Universität Manchester

Ein anderes Problem haben die Wissenschaftler hingegen schon gelöst: die Tatsache, dass Graphenoxid in Kontakt mit Wasser aufquillt. Sie haben an beiden Seiten der Membran hauchdünne Wände aus Epoxidharz platziert, welche das Aufquellen verhindern. Als Nächstes wollen Sie damit experimentieren, die Membran mit marktüblichen Stoffen zu kombinieren.

Derweil beeindruckt Graphen auch mit anderen Eigenschaften. Als Schmiermittel könnte Graphen dafür sorgen, dass Automotoren und Maschinen künftig fast ohne Reibung laufen und ewig halten. Als Schaum ist Graphen federleicht, aber um ein Vielfaches stabiler als Stahl. Und schließlich könnte es auch das ultimative Flammschutzmittel mit einer positiven Umweltbilanz sein.

Von Patrick Schroeder
Quelle: http://www.ingenieur.de/Themen/Forschung/Dieses-Sieb-Graphen-filtert-Salzwasser-zu-Trinkwasser vom 14.4.2017

Industrie-4.0-Fabrik

Siemens baut in Schweden automatische Fabrik für 50.000 Elektroautos

Wird das der Durchbruch des Elektroautos für Jedermann? 2019 sollen 50.000 bezahlbare Elektroautos in einer Fabrik in Schweden gebaut werden – in einer vollautomatischen Fabrik mit Siemens-Technik. Es soll die erste Industrie-4.0-Fabrik der Welt werden.

Elektroauto Uniti

Das Elektroauto Uniti soll schon 2019 auf den Markt kommen. Die Schweden wollen im ersten Jahr dank Siemens-Technik 50.000 Autos in der ersten Industrie-4.0-Fabrik der Welt bauen.

Foto: Uniti

Plötzlich geht alles ganz schnell. Erst vor zwei Jahren sind schwedische Ingenieur-Studenten auf die Idee gekommen, einen futuristischen, elektrisch angetriebenen Cityflitzer ohne Lenkrad und ohne Pedale zu designen. Das war schon sehr mutig.

Kurz darauf haben sie das Start-up Uniti gegründet und per Crowdfunding 1,2 Millionen Euro gesammelt. Inzwischen hat Uniti fast 600 Investoren aus 45 verschiedenen Ländern. Und jetzt hat sich Siemens Nordics als Produktionspartner angeboten für den Aufbau einer Autofabrik. In einer vollautomatisierten Industrie-4.0-Fabrik sollen im ersten Jahr bereits 50.000 Stück des Kleinwagens gebaut werden, vollautomatisch von Robotern. Schon 2019 soll das Elektroauto auf den Markt kommen. Für rund 21.000 €.

Siemens baut vollautomatische Autofabrik in Schweden

Siemens stellt die Industrie-4.0-Technik zur Verfügung, um das E-Auto mit möglichst wenig Personal so kostengünstig wie möglich herstellen zu können. Zunächst wird im Computer eine Simulation des gesamten Produktionsprozesses stattfinden. In den anschließenden 18 Monaten folgt dann der Aufbau der weitgehend automaischen und menschenleeren Fabrik.

Siemens und Uniti planen aktuell den Produktionsprozess im Computer. Anschließend entsteht eine Industrie-4.0-Fabrik, die den Wagen vollautomatisch fertigt.

Foto: Uniti

Die Simulationssoftware soll die Entwicklungs- und Produktionszeit des Autos erheblich verkürzen. So verspricht Siemens, dass „das erste Fahrzeug, das die Fertigungsstraße verlässt, direkt an den Kunden ausgeliefert werden kann, ohne großartig Tests am Fahrzeug durchführen zu müssen”, so Mats Friberg, Geschäftsführer der Siemens PLM Nordics.

Das lässt aufhorchen. Schließlich nehmen gestandene Autobauer Milliardensummen für die Autoentwicklung in die Hand, von der ersten Idee bis zur Auslieferung. Und da wollen schwedische Studenten binnen weniger Jahre einen neuen Hersteller aus dem Boden stampfen, inklusive eigener Produktion?

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Uniti-Unternehmenschef Lewis Horne vor einem Kuka-Roboter: Das schwedische Start-up Uniti plant eine vollautomatische Autoproduktion.

Foto: Uniti

Die neue Fabrik wird in Südschweden entstehen, entweder in Malmö oder Landskrona. Arbeiter, die Teile montieren, werden dort nicht mehr zu sehen sein. Lewis Horne, CEO von Uniti Schweden: „Im Prinzip kann in unserer vollautomatisierten Produktionslinie die Beleuchtung 22 Stunden am Tag ausgeschaltet sein.“

Es gibt weder Lenkrad noch Pedale

Wenn der Cityflitzer 2019 über die Straßen fährt, werden wahrscheinlich einige Münder offen stehen. Denn der nach hinten spitz zulaufende, dreirädrige Zweisitzer mit schicken Scherentüren sieht schon von außen aus wie ein Gefährt aus der Zukunft.

Uniti mit geöffneten Flügeltüren: Das kleine Elektroauto wiegt nur 400 kg und ist eine Entwicklung der Universität Lund in Schweden. 2019 soll es auf den Markt kommen.

Foto: Uniti

Vom Innenleben ganz zu schweigen. Da gibt es statt Pedalen und Lenkrad nämlich ein Steuerruder – fast wie im Flugzeug. Will der Fahrer beschleunigen, schiebt er das Ruder nach vorne, für eine Bremsung nach hinten. Die Geschwindigkeit sieht er dank Head-up-Projektionstechnik direkt auf der Windschutzscheibe. Und den Bordcomputer bedient er über ein Touch-Display. Das macht Plastikarmaturen und Knöpfe überflüssig.

Elektroauto hat bis zu 300 km Reichweite

Der Uniti könnte Stadtmenschen mit seiner Spritzigkeit überzeugen. Die Radnabenmotoren haben eine Leistung von bis zu 40 kW und beschleunigen das Auto, das dank Leichtbauweise und Kohlenstofffaser-verstärktem Kunststoff nur 400 kg wiegt, in nur 3,5 Sekunden von 0 auf 80 km/h – bis zu einer Höchstgeschwindigkeit von 120 km/h.

Je nach Ausführung werden 11- oder 20-kWh-Lithium-Ionen-Akkus verbaut sein, die Reichweiten zwischen 150 und 300 km ermöglichen. Das Laden funktioniert per Induktion oder Kabel.

Uniti dokumentiert übrigens den gesamten Prozess vom Prototypen bis zur Massenfertigung auf YouTube in der Serie „Uniti Update“.

Von Patrick Schroeder
Quelle: http://www.ingenieur.de/Branchen/Fahrzeugbau/Siemens-baut-in-Schweden-automatische-Fabrik-fuer-50000-Elektroautos vom 28.3.2017

Werkstofftechnik 2.0

Dieser Stahl will auch bei hoher Belastung einfach nicht müde werden

Wäre das schwere Zugunglück 1998 in Eschede, als ein ICE wegen eines gebrochenen Radreifens entgleiste, mit diesem neuen Stahl nicht geschehen? Ingenieure habe nach dem Vorbild des Knochens eine Stahlstruktur entwickelt, die deutlich besser gegen Risse und Ermüdungsbrüche gefeit ist. Die Erwartungen sind hoch.

Stahlproduktion bei Salzgitter

Stahlherstellung bei Salzgitter: Ein internationales Forscherteam hat jetzt eine Stahllegierung entwickelt, die sich an der Struktur des menschlichen Knochens orientiert. Dadurch wollen die Ingenieure Ermüdungsbrüche verhindern. Ein gebrochener Radreifen hatte zur Zugkatastrophe von Eschede geführt.

Foto: Julian Stratenschulte/dpa

Ein internationales Forscherteam, darunter das Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) in Düsseldorf, ist auf der Suche nach einem Stahl, den man nicht ständig überwachen muss, um Ermüdungserscheinungen aufzuspüren, sondern der einfach nicht müde wird. Zum Vorbild genommen haben sich die Forscher den Aufbau menschlicher Knochen, die extrem leicht, aber dank ihrer Wabenstruktur besonders stabil sind und einen hohen Ermüdungswiderstand aufweisen.

Legierung aus Eisen, Mangan, Nickel und Aluminium

Das Ergebnis ist eine Legierung aus Eisen, Mangan, Nickel und Aluminium. Diese besteht aus verschiedenen metastabilen Phasen, die in Nanometer-großen Lamellen geordnet sind. Eine Phase ist eine Kristallstruktur, in welcher die Atome in einem Metall angeordnet sind.

Die neue Stahlstruktur orientiert sich am menschlichen Knochen und ist deshalb besonders gut belastbar.

Foto: M. Wang/Max-Planck-Institut für Eisenforschung

Diese Kristallstruktur haben die Materialwissenschaftler so verändert, dass „der neu entwickelte Stahl resistent gegen multiple Rissbildung auf der Mikroebene ist“, so Dierk Raabe, Direktor am MPIE. „Um zu prüfen, ob die exzellenten Ermüdungseigenschaften unseres Stahls auch wirklich auf die lamellenartige Mikrostruktur zurückzuführen sind, haben wir ihn mit konventionellen Stählen verglichen.“

In zahlreichen Experimenten verglich das Team rund um Raabe die Ermüdungseigenschaften des neuen Stahls mit denen von Dual-Phasen-Stählen, die für Autos verwendet werden, mit perlitischen Stählen, welche in Stahlseilen für Brücken angewendet werden, und mit TRIP-Stählen, die vor allem in Fahrzeugkarossen Anwendung finden.

Zudem veränderten die Forscher testweise die Mikrostruktur ihrer Legierung erneut und beobachteten die Verschlechterung der Ermüdungsresistenz. Auf diese Art bestätigten die Forscher ihre Annahme, dass der verbesserte Ermüdungswiderstand des neu entwickelten Stahls auf dessen lamellenartige Multiphasen-Mikrostruktur zurückzuführen ist.

Legierung soll weiter verbessert werden.

Serienmäßig einsetzbar ist der neuartige Stahl aber noch nicht. Jetzt soll die Legierung noch optimiert werden, um die Ermüdungsresistenz noch zu verbessern. Die Forscher des MPIE, der Kyushu University Japan und des Massachusetts Institute of Technology in den USA sind überzeugt, dass dies möglich ist.

Warum aber überhaupt der Aufwand? Das Problem von Stählen ist, dass sie unter starker Belastung zwar langsam verschleißen, das aber lange nicht erkennbar ist. Denn der Verschleiß zeigt sich erst tief in der Stahlstruktur, auf der Mikro- und Nanoebene, bevor dann ein Riss folgt. Und so ein Riss ist je nach Einsatzort gefährlich. Bei Radreifen von Zügen sind solche Risse eine Katastrophe. Gleiches gilt für Flugzeuge und Kraftwerke.

Das Unglück in Eschede war das schwerste Bahnunglück der Nachkriegsgeschichte: Am 3. Juni 1998 raste der Intercity-Express 884 dort mit 200 km/h gegen eine Betonbrücke und entgleiste. 101 Menschen kamen ums Leben. Unfallursache war ein gebrochenes Rad.

Foto: dpa

Um solche Risse rechtzeitig zu entdecken, werden derzeit die Materialen regelmäßig überwacht und aufwendig vermessen. Und das kostet Geld, Zeit und Einsatzzeiten bei Zügen und Flugzeugen. Zudem werden Sensoren eingesetzt, die zum Beispiel die Räder von Zügen laufend überwachen, um Schwingungsänderungen festzustellen, die auf Materialermüdungen zurückzuführen sind.

Vielleicht kann der neue Stahl da Abhilfe schaffen. Und trotz weniger Kontrolle Katastrophen wie die von Eschede verhindern.

Und das sind die fünf schnellsten Züge der Welt.

Von Axel Mörer-Funk
Quelle: http://www.ingenieur.de/Branchen/Stahl-Metallverarbeitung/Dieser-Stahl-hoher-Belastung-einfach-muede vom 21.3.17

Aufladen in Sekunden – Neue Batterie mit Glas ist dreimal besser als Lithium-Ionen-Akkus

Sollte es wirklich so einfach sein, richtig leistungsfähige Akkus zu bauen? Der 94-jährige John Goodenough, einer der Miterfinder des Lithium-Ionen-Akkus, hat einen neuen Akku-Typen entwickelt, der dreimal so leistungsfähig sein soll. Die Hauptrolle dabei spielt Glas.

John Goodenough

John Goodenough, einer der Miterfinder des Lithium-Ionen-Akkus, hat jetzt eine neue Batterietechnik vorgestellt, die mit Glaselektrolyt arbeitet. Sie soll dreimal so leistungsstark sein wie ein herkömmlicher Lithium-Ionen-Akku.

Foto: Universität Texas

 Wenn die Daten stimmen, wäre das einer der vielen Durchbrüche in der Akkutechnik. Viele haben nach einem Schlagzeilengewitter aber nicht den Weg in die Serie gefunden. Wird das diesmal anders?

Schneller und häufiger laden ohne Leistungseinbußen

Goodenough und die portugiesische Forscherin Maria Helena Braga haben an der Universität Texas in Austin einen Akku entwickelt, der in nur einer Minute aufgeladen sein soll. Und trotz dieser enorm kurzen Ladezeit soll es sich nicht um einen Super- oder gar Ultracap handeln, sondern um einen Akku. Die neuen Solid-State-Akkus haben angeblich eine mehr als dreimal so hohe Energiedichte wie aktuelle Lithium-Ionen-Akkus.

John Goodenough wurde in Deutschland geboren und forscht immer noch, auch im hohen Alter von 94 Jahren, an neuen Akkutechniken.

Foto: Universität Texas

Außerdem sollen sie häufiger geladen werden können, ohne an Leistung einzubüßen. Bislang haben die Forscher im Labor 1.200 Ladezyklen durchgeführt, ohne wesentliche Leistungseinbußen feststellen zu können.

Fester Elektrolyt aus Glas

Der Schlüssel für die neuartige Batterie besteht aus Glas. Goodenough hat mit seinem Team statt flüssiger Elektrolyte Glas als festen Elektrolyt eingesetzt, der Anode und Kathode verbindet. Das Glas führt dazu, dass die Gefahr von Kurzschlüssen oder gar Bränden sinkt, unter denen Lithium-Ionen-Akkus mitunter leiden. Wegen Brandgefahr mussten schon Boeings am Boden bleiben.

Samsung zog wegen Brandgefahr des Akkus sein Galaxy Note 7 zurück. Auch Tesla hatte kurzzeitig mit den Lithium-Ionen-Akkus Probleme. Die New Yorker Polizei hat schon davor gewarnt, Smartphones im Bett zu laden, weil der Hitzestau die Akkus in Brand setzen kann.

Warnung der New Yorker Polizei auf Twitter vor dem Laden von Smartphones unter der Bettdecke.

Foto: NYPD/Twitter

Diese Gefahr soll es dank Glas nicht mehr geben. Zudem erlaubt Glas leistungsfähigere Kathoden und Anoden aus Alkalimetallen. Das reduziert den Aufwand für die Herstellung der Zellen und erhöht deren Energiedichte und die Lebensdauer des Akkus. Außerdem können die Kosten erheblich sinken. „Die Glaselektrolyte erlauben die Substitution von Lithium durch kostengünstiges Natrium“, erklärt Braga. Natrium steht auf der Erde praktisch unbegrenzt zur Verfügung.

Auch bei Temperaturen unter Null noch leistungsfählig

Und da Glas auch bei tiefen Temperaturen leitfähig bleibt, sind die Akkus auch bei Temperaturen um – 20° C noch voll leistungsfähig und arbeiten sogar noch bis – 60° C, so die Uni Texas. Bislang leiden zum Beispiels Elektroautos im Winter unter drastisch reduzierten Reichweiten, weil die kühlen Temperaturen die Leistungsfähigkeit der Akkus einschränken.

2011 erhielt Ingenieur John Goodenough aus der Hand von US-Präsident Barack Obama die National Medal of Science.

Foto: Ryan K. Morris/ National Science & Technology Medals

„Wir glauben, dass unsere Entdeckungen viele Probleme heutiger Akkus lösen“, meint Goodenough. Jetzt wollen die Forscher eng mit Batterieherstellern zusammen arbeiten, um ihre Laborbatterie für die Serienfertigung weiter zu entwickeln.

Eine spannende Entwicklung sind auch Superkondensatoren aus Florida, die binnen Sekunden voll aufgeladen sind und Smartphones mit Energie versorgen sollen. Auch koreanische Forscher arbeiten an Superkondensatoren. Das Verrückte: Sie nutzen Zigarettenkippen als Rohstofflieferant. Wie das geht, lesen Sie hier.

Von Axel Mörer-Funk
Quelle: http://www.ingenieur.de/Themen/Energiespeicher/Neue-Batterie-Glas-dreimal-besser-Lithium-Ionen-Akkus vom 07.03.2017