Refine
Document Type
- Report (8) (remove)
Language
- German (8) (remove)
Has Fulltext
- yes (8)
Keywords
- Bionik (2)
- Spinnenbein (2)
- Android (1)
- Brainstorming (1)
- CFK (1)
- Connected Notebook Method (1)
- Exoskelett (1)
- FAMOS (1)
- FRP (1)
- Faser (1)
Roboter halten in vielen Bereichen unserer Gesellschaft immer mehr Einzug. Dies bedeutet auch, dass der Mensch gemeinsam mit dem Roboter Arbeiten verrichten muss, ohne dass es zu Verletzungen kommt. Um dieses Ziel zu erreichen, sind neben den bisherigen mechatronischen Systemen auch neue Konstruktionsprinzipien gefragt. Konstruktionsbeispiele für nachgiebige Gelenke liefert die Natur. Am Beispiel einer bionischen Konstruktion nach dem Vorbild eines Spinnenbeins wird die Realisierung eines Softroboters „BioFlexRobot“ vorgestellt. Abschließend werden die Einsatzgrenzen dieses Gelenkroboters aufgezeigt und mögliche neue Forschungsfelder zur Leistungssteigerung aufgezeigt.
Basierend auf einem bionischen Gelenkmechanismus nach dem Vorbild eines Spinnenbeins wurde ein SCARA-Gelenkroboter mit zwei bionischen Gelenken und einem konventionellen Höhenantrieb entwickelt. Hierbei entstand ein Soft-Roboter-System, das eine natürliche Nachgiebigkeit bei einer Kollision mit dem Werker aufweist. Die Forschungsarbeiten gliederten sich in die Teilbereiche Konstruktion, Elastomerkom-ponenten und Regelungstechnik. Nach Abarbeitung dieser Teilpakete wurde ein Demonstrator aufgebaut und dessen Leistungsdaten ermittelt. In einer abschließenden Bewertung konnte der BioFlexRobot mit bestehenden Systemen verglichen werden. Der vorliegende Bericht fasst die Forschungsergebnisse zusammen.
This study examines the effects of using different types of visualization for task in- structions within engineering studies. Participant observation and guided group interviews were used to determine both the learning difficulties of students and their expectations towards the educational use of 3D models.Comparing between three different modes of representation of the same model (2D drawings, per-spective 3D models and stereoscopicobject representations), the performance of task execution, the speed for task handling and the perceived cognitive workload of one taskwere measured. 183 students take part in the study. It was found, that the participants that used stereoscopic object-representations per-ceived task less complex than the groups using perspective 3D or paper based 2D-representations.
Zur Herstellung von CFK-Bauteilen sind Laminierformen erforderlich. In der Kleinstserienfertigung und im Prototypenbau müssen demzufolge die Werkzeugkosten auf geringe Stückzahlen umgelegt werden, was eine erhebliche Verteuerung der Stückkosten bedeutet. Darüber hinaus sind ebenfalls die Durchlaufzeiten in der Fertigung entsprechend lang, bis die CFK-Teile abgeformt werden können.
Um Fertigungskosten einzusparen und um vorrangig diesen Fertigungs-prozess zu beschleunigen, wurden Laminierformen aus Kunststoff mit einem Rapid Prototyping Prozess nach dem Fused Depo-sition Modeling Verfahren aufgebaut. Des Weiteren wurde untersucht, wie sich bei den Kunststoffformteilen die Oberfläche veredeln lässt, damit die herstellbedingten Schichtstufen egalisiert werden können.
Abschließend wurde dieser Rapid Shaping Prozess an zwei ausgewählten CFK-Bauteilen verifiziert.
Mit einem 3D-CAD System wurde dem Konstrukteur ein Werkzeug an die Hand gegeben, mit dem er schneller und zuverlässiger seine Konstruktionen am Rechner ausführen kann, als dies über Jahrhunderte hinweg mit dem Reißbrett möglich war. Aufbauend darauf können aus den räumlichen CAD-Daten über eine Rapid Prototyping Anlage schnell Bauteile für Anschauungs- oder Funktions-muster hergestellt werden. Umgekehrt hierzu ist es möglich, reale Objekte mit einem 3D-Scanner zu erfassen, um diese dann in die virtuelle Rechnerwelt zurück-zuführen. Schließlich können die CAD Konstruktionen an einer virtuellen Wand als Modelle realistischer als am Monitor betrachtet werden. Anhand ausgesuchter Fallbeispiele soll gezeigt werden, wie mit diesen 3D-Werkzeugen die Produktentwicklungs-prozesskette beschleunigt, die Produktkosten gesenkt und die Qualität gesteigert werden können.
Da es keine unfehlbaren Mitarbeiter gibt, werden Fehler gemacht. Entstandene Fehler schmälern den Gewinn, schaden dem Image und verzögern die Produktfertigstellung. Erfolgreiche Unternehmen unterscheiden sich von weniger erfolgreichen Unternehmen auch dadurch, wie sie mit dem Fehlerwissen umgehen und durch welche Maßnahmen Fehler zukünftig vermieden werden. Von den Fakultäten Maschinenbau/Versorgungstechnik und Informatik der Georg-Simon-Ohm-Hochschule Nürnberg wurde das Projekt FAMOS bearbeitet. Mit den zugrundeliegenden Methoden und der dazu erstellten Software ist es zukünftig möglich, Fehlerursachen und -maßnahmen umfassend und effizient zu bestimmen und Fehler nachhaltig zu vermeiden. Dies führt zu einer Steigerung der Produktqualität und einer Minimierung der kostenintensiven Fehlerrate.
Die kurzfristige und erfolgreiche Durchführung von Entwicklungsaufgaben und das Finden von Innovationen stellt heute im Kontext der Globalisierung und der immer kürzer werdenden Produktlebenszyklen mehr denn je eine zentrale Herausforderung für Unternehmen dar. Hierzu ist es notwendig, dass aus einer Vielzahl unstrukturierter Gedanken Ideen entstehen und aus diesen Ideen Innovationen erzeugt werden. Dieser Prozess kann nicht durch Logik, Intelligenz und Routine alleine erfolgreich durchgeführt werden. Ebenso ist der Output dieser Abläufe nicht mit entsprechender finanzieller oder kapazitiver Ausstattung beliebig skalierbar. Hier setzen die bekannten Kreativitätstechniken an, um diesen Prozess zu beschleunigen und um diesen mit einem qualitativ höheren Output zu versehen. Diese Methoden haben sich in der Lehre und der Wirtschaft etabliert, wurden aber gerade im Hinblick auf die sich rasant entwickelnden Kommunikationsmittel wie beispielsweise Smartphones oder iPads nicht angepasst. Bei genauer Betrachtung der aktuell eingesetzten Innovationsmethoden ist festzustellen, dass praktisch alle Methoden für eine Durchführung innerhalb der Arbeitszeit in einem kleinen Zeitrahmen von 1-2 Stunden ausgelegt sind. Eine Ausnahme bildet die die sogenannte „Collective Notebook“ Methode („gemeinsamer Notizblock“). Der Vorteil dieser Art des schriftlichen Brainstormings (im Gegensatz zu den meisten anderen Methoden) ist, dass die Teilnehmer nicht zeitgleich am gleichen Ort sein müssen und die Ideen ganz spontan zu der Zeit und an dem Ort notiert werden können, an dem sie entstehen. Diese Methode setzt damit die wichtige Erkenntnis um, dass für die persönliche Kreativität eines Menschen die passende Umgebung eine sehr wichtige Rolle spielt. Sie macht die Teilnehmer frei von einer „verordneten“ Kreativität zur Arbeitszeit in einem Besprechungszimmer. Nachteilig an der im Vorangegangenen vorgestellten „Collective Notebook Methode“ ist dagegen die Tatsache, dass der Entwickler während des Zeitraumes, über den die Methode läuft, abgeschnitten ist von den Ideen der anderen Teilnehmer. Die Kernidee der Kreativitätstechniken, durch Zusammenarbeit einen Fortschritt durch gegenseitige Interaktion – und damit durch gegenseitiges „Hochschaukeln“ einer Idee – zu erreichen, geht mit dem Trennen der Verbindung zwischen den Entwicklern verloren. Hier setzt das vorgestellte Forschungsprojekt an. Im durchgeführten Entwicklungsprojekt wurde eine Methode entwickelt („vernetzte Notepad-Methode“) und implementiert, die die oben beschriebene Trennung zwischen den Entwicklern, die parallel aber ohne Kommunikation an einer innovativen Problemlösung arbeiten, aufhebt. Dadurch konnte einerseits die Erkenntnis umgesetzt werden, dass die größten Innovationssprünge durch Ideen in der Freizeit ermöglicht werden. Ebenso wurde aber auch der positive Aspekt der klassischen Innovationstechniken erhalten, nach dem eine enge Zusammenarbeit der Entwickler zu besseren Ideen und damit letztendlich zur Innovation führt. Diese Zusammenarbeit wurde im vorliegenden Ansatz durch eine geeignete Kombination aus moderner Kommunikations-Hardware und einer leicht zu bedienenden Software erreicht.
Die Untersuchungsergebnisse haben wichtige Erkenntnisse sowohl auf dem Gebiet der statischen und dynamischen Festigkeit von CFK-Laminaten, als auch ihrer Anwendung in der Verbindungstechnik geliefert. Es konnte gezeigt werden, dass die statischen und dynamischen Festigkeitseigenschaften von Laminaten aus den zwei gängigen Herstellverfahren „RTM“ und „Autoklav“ vergleichbar sind. Die Festlegung der Lasthorizonte und Darstellung der Wöhlerlinien nach der Methode des Restfestigkeitsabfalls hat sich bei den durchgeführten Schwingversuchen als sehr nützlich erwiesen. Die ermittelten Restfestigkeitskurven liefern wichtige Basisdaten für zukünftige Arbeiten auf dem Gebiet der rechnerischen Lebensdauervorhersage von CFK-Laminaten. Die Festigkeitseigenschaften von CFK-Bauteilen mit Konstruktionskerben wurden exemplarisch an Flachproben mit Bohrung untersucht und wichtige Erkenntnisse zur Stützwirkung des Laminats im Kerbbereich gewonnen. Erste FEM-Rechenmodelle zur Degradation der Steifigkeit und Festigkeit im Kerbbereich bestätigen diesen Stützeffekt. Die FEM-Modelle sollen weiterentwickelt und experimentell verifiziert werden. Die Untersuchung der 1-schnittigen Bolzenverbindung – ein gängiges Verbindungselement in der Faserverbundtechnik – ergab, dass die herkömmlichen, konstruktionsbegleitenden Überschlagsberechnungen des sogenannten Ausnutzungsgrades den tatsächlichen Schädigungsmechanismus nicht genau genug berücksichtigen. Insbesondere die ungleichmäßige Pressungsverteilung im Kontaktbereich Bolzen-Bohrung führt zu einem ungünstigen Tragverhalten der Verbindung, was bei Nichtberücksichtigung in der Vorabberechnung des Ausnutzungsgrades zu nichtkonservativen Ergebnissen führt. Die Entwicklung eines aussagekräftigeren, analytischen Berechnungsmodelles wird daher ein nächstes Ziel der Weiterarbeit an dem Projektthema sein. Die FE-Berechnung der Bolzenverbindung zeigte eine gute qualitative Übereinstimmung mit den Versuchsergebnissen, sofern auf eine sorgfältige Vernetzung im Kontaktbereich Bolzen-Laminat geachtet wird. Die Vorhersage der ersten Faserbrüche ist mit einem linear-elastischen FE-Modell möglich, der Schädigungsprozess bis zu einer noch tolerierbaren Lochaufweitung bzw. dem Zugbruch erfordert jedoch die Berücksichtigung der schrittweisen Degradation der Festigkeit und Steifigkeit des Laminats. Auch hier ergibt sich ein wichtiges, praxisrelevantes Feld für zukünftige Forschungsaktivitäten. Schließlich zeigten die Versuche ein erhebliches Kriechen der Proben, insbesondere bei höheren Lasten. Das Kriechverhalten hat wiederum seine Ursache in der hohen Druckbelastung auf das Laminat im Bolzenkontakt. Die Tragfähigkeit der ausknickenden Fasern geht örtlich verloren und die überlastete Matrix beginnt zu kriechen. Auch dieser Effekt wird weiter untersucht. Die Untersuchung der Klebverbindung, einem weiteren, wichtigen Verbindungselement für CFK-Bauteile ergab ein grundsätzlich, befriedigendes Tragverhalten, was die erreichbaren Ausnutzungsgrade betrifft. Allerdings fand das Versagen nicht in der Klebschicht, sondern an der Harzdeckschicht (debonding) statt, was wahrscheinlich zu einer stärkeren Streuung der Ausnutzungsgrade beigetragen hat. Hier ist zu untersuchen, ob sich dieses ungünstige Versagensverhalten durch Änderungen im Herstellprozess der Klebverbindung oder andere Kleber beeinflussen lässt. Die FE-Berechnung der Klebverbindung ergab eine gute Übereinstimmung mit der analytisch berechneten Schubspannung in der Klebschicht. Die Verwendung der Spannungsspitzen zur Vorhersage des Ausnutzungsgrades führt allerdings zu sehr konservativen Ergebnissen. Realistischer ist hier nach wie vor die Verwendung einer flächengemittelten Schubspannung incl. Sicherheitsfaktor. Auch hier sind Verbesserungen des analytischen Berechnungsmodells denkbar, die aber nur dann sinnvoll erscheinen, wenn der betrachtete Versagensort tatsächlich dem im Versuch entspricht.