Fakultät Maschinenbau
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Um die Leistungsfähigkeit von nachgiebigen Robotersystemen („Soft Robotics“) zu verbessern, werden immer neue Möglichkeiten zur Realisierung dieser Systeme gesucht. In vielen Anwendungen ist der Einsatz von mechanisch vorgespannten nachgiebigen Strukturen in diesen Systemen von Vorteil. Die Steifigkeit dieser Strukturen kann gezielt und gegebenenfalls reversibel variabel eingestellt werden. Die Formveränderung kann nur durch wenige Aktuatoren erzeugt werden.
Nachgiebige Tensegrity-Strukturen, die auf hochelastischen Materialien basieren, entsprechen einer speziellen Klasse von mechanisch vorgespannten Strukturen. Sie werden durch druck- und zugbelastete Segmente gebildet, wobei die druckbelasteten Segmente untereinander nicht direkt verbunden sind. Die resultierende Form dieser Strukturen wird durch ihre Vorspannung bestimmt. Weiche Roboter, die auf diesen Strukturen basieren, bieten mehrere vorteilhafte Eigenschaften, wie z. B. Faltbarkeit/Entfaltbarkeit, geringe Masse, hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und stoßdämpfende Fähigkeiten [1]. Diese Strukturen haben eine ausgeprägte Fähigkeit, sowohl ihre Form als auch ihre Steifigkeit zu verändern. In den letzten Jahren hat das Interesse an der Erforschung von Robotersystemen, die auf diesen Strukturen basieren, zugenommen. Aktuelle Arbeiten konzentrieren sich auf die Entwicklung von mobilen Robotern [2]–[7] und Manipulatoren, die auf diesen Strukturen basieren [8]–[10]. Tensegrity-Manipulatoren werden typischerweise durch Kaskadierung von gleichartigen elementaren Einheiten gebildet, die nach dem Tensegrity-Prinzip untereinander verbunden werden. Die elementaren Einheiten sind entweder selber konventionelle Tensegrity-Strukturen oder einteilige planare bzw. räumliche Strukturen. In klassischen Tensegrity-Manipulatoren werden starre Drucksegmente und nicht elastische Zugsegmente verwendet. Die Formänderung dieser Systeme wird durch Änderung der Längen ausgewählter Zugsegmente realisiert. Dem gegenübergestellt können nachgiebige Tensegrity-Manipulatoren realisiert werden, indem die Zugsegmente der Struktur eine hohe Nachgiebigkeit aufweisen. Um die mechanische Nachgiebigkeit und Formänderungsfähigkeit von diesen nachgiebigen Manipulatoren zusätzlich
zu erhöhen, ist auch der Einsatz von Tensegrity-Strukturen auf der Basis nachgiebiger Drucksegmente denkbar.
Im vorliegenden Beitrag werden zwei nachgiebige Tensegrity-Manipulatoren vorgestellt und in Hinblick auf ihre mechanischen Eigenschaften und Formänderungsfähigkeit gegenübergestellt. Sie unterscheiden sich in ihrer Topologie, in der Art der Aktuierung und auch in der mechanischen Nachgiebigkeit. Die mechanische Nachgiebigkeit des ersten Systems beruht auf der Elastizität der Zugsegmente, die Drucksegmente sind starr. Die elementaren Einheiten bilden einteilige Strukturen. Das zweite System beruht auf elementaren Einheiten, die selbst räumliche Tensegrity-Strukturen sind. In diesem System sind sowohl die Zug- als auch die Drucksegmente nachgiebig. Die Aktuierung des ersten Systems erfolgt durch Längenänderung der Zugsegmente. Im zweiten System wird die Formänderung des Gesamtsystems durch Änderung der Form der nachgiebigen Drucksegmente realisiert. Die theoretischen Untersuchungen erfolgen unter Anwendung
der statischen geometrisch nichtlinearen FE-Methode. Mit diesen Untersuchungen wird die Formveränderungsfähigkeit der beiden Systeme unter Variation ihrer Vorspannung untersucht und gegenübergestellt. Die experimentellen Untersuchungen an zwei Demonstratoren bestätigen die theoretischen Ergebnisse und zeigen die Anwendbarkeit von Systemen auf Basis dieser Strukturen als Manipulatoren auf.
In diesem Beitrag erfolgt die theoretische Untersuchung einer zweidimensionalen nachgiebigen Tensegrity-Struktur in Hinsicht auf ihre potenzielle Eignung als Basisstruktur für eine dynamische Handorthese. Translatorische und rotatorische relative Bewegungsmöglichkeiten zwischen den Drucksegmenten der Struktur sind möglich, da diese Segmente durch nachgiebige Zugsegmente miteinander verbunden sind. Die Form der Struktur und ihre Vorspannung in einer statisch stabilen Gleichgewichtskonfiguration werden mit Hilfe der Minimierung des Kräfte- und Momentenungleichgewichts, der Betrachtung der potentiellen Energie der Struktur und einem Ansatz mittels statischer Finite-Elemente-Methode (FEM) in Abhängigkeit der Segmentparameter untersucht.
Aufgrund der steigenden Lebenserwartung und dem damit einhergehenden demographischen Wandel wird der Bedarf an Rehabilitations-Behandlungen in absehbarer Zukunft stark ansteigen. Ein Beispiel für diesen Trend ist die physiotherapeutische Behandlung nach Erhalt einer Knie-Totalendoprothese (Knie-TEP). So gehen Modellrechnungen basierend auf dem Bevölkerungswachstum und der bisherigen Prävalenz von Knie-TEPs davon aus, dass die Anzahl an durchgeführten Eingriffen in einkommensstarken Ländern wie Deutschland weiter zunehmen wird. Weiterhin stoßen traditionelle Rehabilitationsverfahren, gerade in strukturschwachen Regionen, schon heute an ihre Grenzen. Deutlich zu sehen war das während den Hochphasen der aktuellen Covid-19-Pandemie, als der Kontakt zwischen Therapeut*in und Patient*in flächendeckend eingeschränkt war. Eine erhöhte Nachfrage nach neuartigen Reha-Angeboten ist die logische Konsequenz. Innovative Konzepte sind daher dringend notwendig, um die daraus resultierenden technischen, sozialen und ökonomischen Herausforderungen zu bewältigen.
Schlussbericht zum Verbundvorhaben NAMOSYN: Nachhaltige Mobilität durch synthetische Kraftstoffe
(2023)
Im Labor für Verbrennungsmotoren und Abgasnachbehandlung der OTH-Regensburg sollten im Zuge des NAMOSYN-Projektes zwei Vertreter klimaneutraler Kraftstoffe an verschiedenen Systemprüfständen (Motor-, Einspritzprüfstand, optisch zugängliche Einspritzkammer, …) und mit Hilfe von Simulationsmethoden für den Einsatz in bestehenden Verbrennungsmotoren untersucht werden. Synthetische Kraftstoffe aus der Gruppe der Oxymethylenether (OME) stellen eine CO2-neutrale Alternative zu fossilem Dieselkraftstoff dar. Für Ottomotoren wurde untersucht, ob der synthetische Kraftstoff DMC/MeFo (Dimethylcarbonat & Methylformiat) einen Ersatz für Ottokraftstoff darstellen kann, bzw. eine Drop-In-Fähigkeit gegeben ist.
Die OTH Regensburg bearbeitete 2 unabhängige Teilvorhaben zur motorischen Testung von synthetischen Kraftstoffen: „FC 1A: Motorische Testung von OME“ und „FC 2: Untersuchung von C1-Oxygenaten für Ottomotoren“. Die Projektlaufzeit betrug 3,5 Jahre, inkl. kostenneutraler Verlängerung um 6 Monate aufgrund der Corona-Pandemie.
Im FC1A "AP2-Nachrüstung Dieselmotoren" der OTH Regensburg lag der Fokus auf der Erforschung der Potentiale und der Umrüstung eines Einzylinder-Dieselmotors mit Pumpe-Leitung-Düse-(PLD)-Einspritzsystem des Projektpartners Motorenfabrik Hatz GmbH und Co. KG für OME-Betrieb.
Im AP2.1 wurden umfangreiche Daten gesammelt und Simulationsmodelle des Motors und PLD-Einspritzsystems erstellt und mit Dieselkraftstoff und OME validiert. Nachfolgend wurden Parameterstudien zur Geometrie des Einspritzsystems und der physikalischen Eigenschaften von OME durchgeführt.
In AP2.2 und AP2.3 wurden umfangreiche Untersuchungen an einem Motor- und Einspritzsystemprüfstand mit Diesel und OME durchgeführt und der Steuergerätedatensatz für den OME-Betrieb optimiert.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Umstellung des Kraftstoffs auf OME, insbesondere bei einfachen Motoren mit rudimentärer Einspritztechnik und ohne Mittel zur NOx-Reduzierung (keine AGR oder SCR), ein enormes Potenzial zur Steigerung des Wirkungsgrads bei gleichzeitiger Reduzierung aller regulierten Schadstoffe (NOx, 𝑃N, 𝑃M, CO und 𝑉OC) eröffnet. Die Ergebnisse und generierten Simulationsmodelle unterstützen eine schnelle Serienentwicklung und Einführung von OME-Umrüstlösungen.
In FC 2 werden die vielversprechenden Kraftstoffe Methylformiat (MeFo) und Dimethylcarbonat (DMC) motorisch getestet. Untersuchungen am Kraftstoffsystem und wichtigen Komponenten dienen als Grundlage für das AP3.
Im AP3 wird die Machbarkeit der DMC/MeFo-Verbrennung am Vollmotor demonstriert und die erwarteten Emissionsvorteile gegenüber herkömmlichen Ottokraftstoffen gezeigt. Abweichend von der ursprünglichen Planung werden an der OTH Regensburg Kraftstoffblends aus Benzin und MeFo untersucht, um den Einsatzbereich des Kraftstoffs zu erweitern.
In AP5 werden potentielle Mischungsverhältnisse analysiert und die Eigenschaften der ausgewählten Kraftstoffmischungen an einem Einspritzratenprüfstand, an der Einspritzkammer und am Vollmotor untersucht. Es werden Einspritzverhalten, Gemischaufbereitung und Abgasemissionen bewertet.
Zudem wird eine Kraftstoffmischanlage entwickelt und ein optischer Zugang am Vollmotor ermöglicht. Eine Ölverdünnungsmesstechnik wird eingesetzt, um den Kraftstoffeintrag ins Motoröl zu untersuchen
Datenerfassung für die Anwendung lernender Algorithmen bei der Herstellung von Blechformteilen
(2020)
Der industrielle Fertigungsprozess von Blechformteilen unterliegt dem Einfluss einer Vielzahl von Parameterschwankungen, die das Umformergebnis signifikant mitbestimmen. Daher treten Qualitätsprobleme scheinbar zufällig auf und verursachen Ausschuss und einen Verlust an Produktivität. Ein vielversprechendes Mittel zur Verbesserung derartiger Prozesse ist der Einsatz von Datenanalysen und lernenden Algorithmen, die jedoch eine große Datenmenge voraussetzten. Bisher fehlten die Datenbasis und geeignete Möglichkeiten zur Datenerfassung für den Einsatz dieser Methoden.
In dieser Arbeit wurde eine allgemeingültige und übertragbare Methode zur Erfassung und Speicherung relevanter Einfluss- und Ergebnisgrößen des Herstellprozesses von Blechformteilen entwickelt. Die Methode und die resultierenden Daten sind die Grundlage für die Analyse von Zusammenhängen im Prozess, die Vorhersage der Qualität durch maschinelles Lernen und die Berechnung geeigneter Maschineneinstellungen. Diese Anwendungen wurden in der Arbeit erprobt und die Ergebnisse bewertet. Dadurch konnten die Funktionalität der Datenerfassung und die erwarteten Potentiale bestätigt werden.
Festigkeits- und zeitoptimierte Prozessführung beim quasi-simultanen Laser-Durchstrahlschweißen
(2022)
Mit Blick auf Leichtbauanwendungen ist der Bedarf an thermoplastischen Strukturbauteilen sowohl in der Automobil- als auch in der Luftfahrtindustrie in den letzten Jahren deutlich angestiegen. Das quasi-simultane Laser-Durchstrahlschweißen ist ein etabliertes Kunststoffschweißverfahren, welches jedoch zur Herstellung von tragenden und sicherheitsrelevanten Bauteilen bislang kaum in Betracht gezogen wird. In der vorliegenden Arbeit wird die Korrelation zwischen dem Prozessablauf und der Schweißnahtfestigkeit beim quasi-simultanen Laser-Durchstrahlschweißen von Polyamid 6 (Ultramid B3s) erstmalig untersucht. Zur Prozessanalyse wird ein 3D-Scanner mit integriertem Pyrometer realisiert und für die Messaufgabe kalibriert. Es wird gezeigt, dass die detektierte Wärmestrahlung dem Kern der Schweißnaht zuzuordnen ist. Die Kerntemperatur in der quasi-stationären Prozessphase steht in direkter Korrelation mit der Schweißnahtfestigkeit. Mit steigender Kerntemperatur bzw. Molekülbeweglichkeit erhöht sich die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Molekül-Verschlaufungen in der Fügeebene. Zur Ermittlung der Kerntemperatur ist sowohl die in dieser Arbeit entwickelte Temperaturmesstechnik als auch die realisierte numerische Prozesssimulation nutzbar. Die Erkenntnisse in dieser Arbeit sind für eine festigkeits- und zeitoptimierten Prozessführung des quasi-simultanen Laser-Durchstrahlschweißens nutzbar.
Digital twins enable the digital representation of physical systems and provide comprehensive modelling and analysis capabilities. An online data exchange between the Digital twin and SAP is feasible, through integration of a transport control systems (SAP) via RESTful API. This interface allows decision making in resource allocation and furthermore the adaptation of the digital model if the real system changes. Despite the associated challenges in terms of data synchronisation, the integration has benefits such as a reduction in modelling effort and an increase in the lifetime of the digital twin. In the context of this work, the design of the interface between the simulation software and a SAP transport control system via RESTful API is described.
Current challenges in the planning and control of internal logistics systems are based on permanent changes in the requirements on the system, e.g., due to fluctuating order numbers or changes in their structure. For the representation and planning of in-house logistics processes, digital twins offer the possibility to verify different operational decisions such as predictive workforce scheduling. In this context, the quality of the results and their in-time presentation plays a decisive role. However, both target criteria are influenced by the detail-level of the digital representation. Based on a case study, this paper investigates the influence of the level of detail on the simulation runtime and result divergence to provide an evaluation for detail levels in the modelling of intralogistic transport systems.
Für Fußballer:innen stellen muskuläre Verletzungen der unteren Extremitäten ein großes Problem dar. Ein Beispiel hierfür liefert die Nationalmannschaftsstürmerin Alexandra Popp, die aufgrund muskulärer Probleme das EM-Finale 2022 in Wembley kurzfristig verpasste. Oftmals stehen gerade hohe Anspannungssituationen in zeitlichem Zusammenhang mit Verletzungen, der Einfluss der psychischen Beanspruchung auf die biomechanischen Belastungen wird jedoch meist nur wenig beachtet.
Kombinationen aus kraft- und formschlüssigen Verbindungen erhöhen die Leistung bei im Hybridguss verbundenen Gussteilen mit Anbau- oder Einlegeteilen und machen separate Fügeprozesse überflüssig. Simulations-Methoden unterstützen das Design kraft- und formschlüssiger Verbindungen. Ergebnisse eines Ausdrückversuchs zeigen eine relativ gute Übereinstimmung zwischen gemessenen und mittels Simulation ermittelten Kraft-Weg-Kurven.
Bauteilfertigung
(2009)
Dieses Lehr- und Übungsbuch vermittelt auf anschauliche Weise die Methoden der Mehrkörpersimulation und verdeutlicht deren Vor- und Nachteile bei der praktischen Anwendung anhand konkreter Beispiele. Die einzelnen Methoden werden durch Matlab-Skripte und -Funktionen verdeutlicht, wobei die Modellbildung, die mathematische Beschreibung und die numerische Simulation von Systemen starrer Körper die Schwerpunkte bilden. Die vorliegende Auflage wurde unter anderem um Matlab-Live-Skripte erweitert, welche kleine Animationen zur Veranschaulichung der Dynamik der Probleme enthalten. Die Lösungen zu den Übungsbeispielen und die integrierten Matlab-Skripte sowie weitere Beispiele und Anwendungen stehen über QR-Codes zum Download zur Verfügung und ermöglichen dadurch auch ein effizientes Selbststudium.
Nach dem Aufbau eines Mehrkörper-Simulationsmodells muss dieses auf Richtigkeit, Funktionalität und Wirtschaftlichkeit getestet werden. Die Ermittlung der Gleichgewichtslage stellt dabei eine erste Plausibilitäts-Kontrolle dar. Eine Linearisierung mit anschließender Analyse der Eigendynamik liefert Aussagen über die Frequenzen und das Dämpfungsverhalten des Modells. Einfache Erregersignale ermöglichen einen ersten Einblick in das nichtlineare dynamische Verhalten des Modells. Modell-Parameter, die nicht genau bekannt sind, können durch gezielte Variationen plausibel geschätzt oder über eine Optimierung sogar mit optimalen Werten belegt werden. Nach all diesen Tests steht das Mehrkörper- Simulationsmodell dann für praktischeUntersuchungen zurVerfügung, die neben reinen Zeitsimulationen auch Methoden der Inversen Kinematik und der Inversen Dynamik mit einschließen.
Produkt- bzw. Maschinengeräusche mit deutlich hörbaren tonalen Komponenten werden häufig als lästig empfunden. Wenn zusätzlich eine Interaktion mehrerer tonaler Komponenten in Geräuschen stattfindet, was in realen Szenarien beispielsweise durch die Überlagerung tonaler Komponenten durch verschiedene Aggregate, wie Motoren und Getrieben, stattfindet, dann können Geräusche unterschiedlich tonal, aber auch unterschiedlich konsonant und dissonant wahrgenommen werden. Vorangehende Hörexperimente haben gezeigt, dass die Dissonanz bei ähnlicher Tonhaltigkeit der Geräusche einen großen Einfluss auf die Präferenzurteile hat. Des Weiteren konnte bereits ein grundlegendes Empfindungsmodell für die ”Dissonanz” sowie ein Präferenz-Prädiktor entwickelt werden, die die Subjektivdaten in hoher Güte vorhersagen konnten. In den hier vorgestellten Versuchen wurde das Zusammenspiel zwischen der empfundenen Tonhaltigkeit und der sich aus mehreren Tonkomponenten ergebenden Dissonanz auf die Präferenzurteile untersucht. In der Analyse wird aufgezeigt, auf welche Weise und in welchem Umfang die wahrgenommene Ausgeprägtheit der Tonhaltigkeit durch Interaktion mehrerer Tonkomponenten die allgemeine Geräuschqualität beeinflusst. Da verschiedene Grade der Dissonanz nur durch die gleichzeitige Anwesenheit tonaler Komponenten entstehen können, ist das Zusammenspiel beider Größen bei der Bildung eines Präferenzurteils von einer speziellen Natur. Dies wird sowohl bei der Modellierung der Interaktion beider Größen als auch im Vorhersagemodell der Dissonanz berücksichtigt.
One major goal of green-field factory planning is to decide on space requirements in the plant. In this phase, detailed information about the supply chain network (e.g. which suppliers deliver which parts) is often unavailable. Nevertheless, typical decisions in supply chain management, like the definition of replenishment processes and quantities or make-or-buy decisions, impact space requirements in the factory and should therefore be considered in the factory planning. This research article proposes a simulation approach for a factory simulation in which raw material replenishment is integrated to evaluate the space requirements for raw materials.
Für Mutter und Kind konnte das Risiko der Geburt durch die Weiterentwicklung der Medizin drastisch reduziert werden. Doch wie ist es um das Wohl derer bestellt, die die Gebärende unterstützen? Eine Studie der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg hat sich mit den muskuloskelettalen Beschwerden von Geburtshelfer:innen auseinandergesetzt
Heutzutage werden Strukturen häufig aufwendig konstruiert und nachträglich mithilfe von numerischen Verfahren optimiert. Dennoch kommt es zu erheblichen Schäden infolge von Ermüdungsbrüchen bei wechselnd beanspruchten Bauteilen. Ein Großteil dieser Schäden hat den Ursprung in den im Inneren herrschenden Spannungszuständen, den sogenannten Eigenspannungen.
Diese Eigenspannungen heben sich innerhalb des Bauteils auf und führen zu keiner Formabweichung des Bauteils, weswegen diese Spannungen in Form und Lage nur schwer detektierbar sind und sich häufig negativ auf die Betriebsfestigkeit von Strukturen auswirken.
Mithilfe neuartiger numerischer Methoden können thermomechanische Simulationen angefertigt und Verformungen, sowie Spannungszustände abgeleitet werden. Durch diese Optionen ergeben sich neue Anwendungen, die das Potenzial von Fertigungsverfahren in Hinblick auf die Ausnutzung spezieller Eigenschaften neu eröffnen. Durch die geschickte Anwendung und Vernetzung der Simulation mit der Fertigung können Eigenspannungen gezielt in Lage und Richtung schon während der Produktion des Bauteils eingebracht werden. Im theoretischen Vergleich zu konventionell gefertigten Bauteilen entstehen Strukturen, die hinsichtlich ihrer Bauteillebensdauer optimiert sind.
Im Rahmen dieser Arbeit werden experimentelle und numerische Parameterstudien von einzelnen Wirbelgeneratorpaaren und komplexeren Wirbelgeneratoranordnungen bezüglich ihres Einflusses auf eine starke Stoß-/Grenzschicht-Wechselwirkung vorgestellt. Dabei werden die Einflüsse von Wirbeln, insbesondere die Auswirkungen ihrer Wechselwirkungen untereinander, auf das Grenzschichtverhalten, die Stoßcharakteristik und insgesamt auf die aerodynamische Leistung des betrachteten Profils diskutiert. Dazu wurden sowohl Windkanalversuche am einfachen Modell einer ebenen Platte mit aufgeprägtem Druckgradienten sowie an einem Modell eines superkritischen transsonischen Profils durchgeführt. Ergänzend wurden komplexe nume-rische Parameteruntersuchungen an einem Profil in freier Anströmung ausgeführt. Es ist das Ziel, ein besse-res Verständnis der Mechanismen der Wirbelgenerator-/Stoß-/Grenzschicht-Wechselwirkung zu gewinnen, um durch optimierte Anwendung von Wirbelgeneratoren eine Verbesserung der Flugleistungen erzielen zu können. Die Schwerpunkte liegen dabei auf der Reduktion des Widerstandes, der Vermeidung bzw. Verzöge-rung von Strömungsablösung und Stoßschwingung sowie auf der Erhöhung des Auftriebs.
Flame sprayed Al-12Si coatings for the improvement of the adhesion of composite casting profiles
(2008)
In this study, flame sprayed Al-12Si coatings were produced on the surface of inlays (aluminum profiles) of composite castings parts. The aim was to enhance the strength between the joining partners inlay and cast. Due to the high surface roughness and the presence of pores in the coatings, combined with the formation of an intermetallic phase at the interface, the adhesion of flame sprayed inlays could be enhanced by a factor of 2 compared to blank inlays and by a factor of 1.3 when compared to sand-blasted inlays. However, results also show that gaps are present, mostly at the interface between the inlays and the flame sprayed coatings, and these gaps have a negative effect on the joining strength of the composite casting parts. Therefore, optimizing the adhesion of the coating on the Al profiles via an improvement in both the sand-blasting and the flame spraying parameters would be beneficial for further enhancement of the adhesion of composite casting parts.
Entwicklung eines Experimentalsystems zur Validierung adaptiver Regelungen mit einem OEM-Steuergerät
(2014)
Im Rahmen des Kooperationsprojektes "ACES" (Integrated Adaption of Linear Controllers for Embedded Systems) ist ein Prüfstand zur Validierung adaptiver Regelungen entwickelt und aufgebaut worden, der das dynamische Verhalten eines Kfz-Antriebstrangs aufweist. Ziel ist es, verschiedene Adaptionsverfahren auf ihre Einsetzbarkeit in OEM-Steuergeräten, die im Automotive-Bereich auf breiter Basis verwendet werden, kostengünstig testen zu können. Das Problem der aktiven Schwingungsdämpfung in Kfz-Antriebssträngen mit unbekannten und veränderlichen mechanischen Parametern stellt eine Pilotanwendung dar. Ein leicht anpassbarer mechanischer Prüfstand dient hierbei als vereinfachtes Modell eines Antriebstrangs. Dieser ist Bestandteil eitles Experimentalsystems mit einer informationstechnischen Architektur, die einen Betrieb engebetteter Regelungssysteme auf verschiedenen Plattformen gestattet. Das flexible mechanische und informationstechnische Design des Experimentalsystems gestattet die Variation von Parametern der zu regelnden Applikation durch leicht austauschbare mechanische Komponenten und gezielte Einbringung von Störgrößen. Zudem kann die Berechnung der Regelungsarchitektur auf einem Industrie-PC oder einem Steuergerät erfolgen. Weitere Vorteile des entwickelten Experimentalsystems sind die Berücksichtigung von Effekten, die aus dem Verhalten realer Sensoren und der CAN-basierten Signalübertragung entstehen. Insbesondere der Einfluss von Wortbreite und Latenz übertragener Signale auf die Adaption von Regelungen kann mit Hilfe des vorgestellten Experimentalsystems eingehend untersucht werden.
Obwohl das Laserdurchstrahlschweißen sehr reproduzierbar arbeitet, können Fehler aus den Vorprozessen Compoundieren, Spritzgießen etc. das Schweißergebnis negativ beeinflussen. Dem Anwender steht inzwischen eine breite Palette an Prozessüberwachungsmethoden zur Verfügung, um eine gleich bleibende Produktqualität zu erzielen.
This paper briefly presents the challenges for order control and release of multi-zone order picking systems. On the one hand, the order control must ensure that all orders are processed on time, and on the other hand, the space requirements (buffer) and the utilisation of the zones must be considered.
Within the framework of a case study, different strategies for order release were developed. The paper shortly describes the ideas of the strategies and presents results of a case-based simulative evaluation of the strategies. The findings of the simulation study are the basis for the development of a digital twin for the operational control of multi-zone picking systems.
Der Digitale Zwilling (DZ) ist ein wichtiger Bestandteil der Industrie 4.0 und ermöglicht Anwendungen wie Predictive Maintenance, virtuelles Prototyping oder die Steuerung von Produktions- und Logistikprozessen. Herausforderungen bei der Entwicklung des Digitalen Zwillings entstehen durch fehlende Struktur und Standards. Mit diesem Beitrag soll ein Vorgehensmodell für die Erstellung eines Digitalen Zwillings im Bereich der Produktion und Logistik aufgezeigt werden. Das Vorgehensmodell hilft bei der Einordnung, für welche Anwendungsfälle ein Digitaler Zwilling entwickelt werden kann, welche Schritte bei einer Umsetzung erfolgen müssen, und gibt einen Überblick über die Voraussetzungen und Komplexität bei der Entwicklung. Das zentrale Element bildet dabei die zielgerichtete Aufbereitung und Analyse der zugrunde liegenden Daten mittels des in der Industrie etablierten Vorgehensmodell CRISP-DM.
Bei Ottomotoren mit Direkteinspritzung besteht beim Kaltstart, den Warmlaufphasen und auch durch den Einfluss anderer Parameter wie z. B. des Einspritzzeitpunkts oder des Einspritzdrucks die Problematik, dass Kraftstoff an die Zylinderlaufbahn aufgetragen wird und sich mit dem Motoröl vermischen kann. Eine Verstärkung dieses Kraftstoffauftrags ist unter anderem der Verschiebung der Motorbetriebspunkte zu höheren Mitteldrücken und damit einem Wirkungsgrad optimaleren Betrieb geschuldet. Eine Veränderung der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Motoröls durch die Verdünnung mit Kraftstoff ist die Folge. Durch die Verringerung der Viskosität des Motoröls kann es zu einer verminderten Schmierwirkung des Öls kommen, die im schlimmsten Fall zur Schädigung des Motors führt. Existierende Offline-Analysemethoden die zeitintensive Laboranalysen nach sich ziehen, als auch Online-Messverfahren die nicht den technischen Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit und einer kurzen Messdauer entsprechen, stellen aktuell die einzigen Messmethoden zur Bestimmung der Schmierölverdünnung dar. Durch neue Entwicklungstrends bei Ottomotoren ist es jedoch unbedingt notwendig, die Mechanismen des Kraftstoffein- und -austrags in das und aus dem Motoröl genauer zu untersuchen. Mit der an der OTH Regensburg neu entwickelten Messtechnik wurde eine Vorgehensweise erarbeitet, mit der die zeitlichen Verläufe des Kraftstoffein- und -austragsverhaltens bei Ottomotoren quantitativ in kurzer Zeit bestimmt und optimiert werden können.
Especially at cold start and the warm-up operation GDI engines have an issue with oil dilution. Parameters such as injection timing and injection pressure impact the entry of fuel in the engine oil as well. With the adjustment of engine operating points to higher mean effective pressures resulting in downsizing concepts also an additional increase of fuel entry occurs. Fuel gets into the oil pan and is mixed with the engine oil so that the physical and chemical properties of the engine oil are changed. With the reduction of engine oil viscosity due to fuel entry a reduced lubricating effect can be caused. In the worst case damage to the engine occurs, To determine oil dilution online and offline measurement methods exist. A rather long analysis time in the laboratory is a disadvantage of the offline methods. Online methods are not correlating with technical requirements in terms of accuracy and a short measurement time. New trends in the development of gasoline engines require investigations of fuel in oil sorption and desorption processes. A new measurement technique which is developed at the OTH Regensburg enables to determine quantitative fuel in oil sorption and desorption processes. With this technique a procedure was generated to measure the oil dilution at gasoline engines and optimize them in a short time.
Planning a new logistics center is a quite difficult job. Depending on the requirements there are a great number of possible design versions. The planner has to consider not only the present but also the future requirements. Up to now, the planner decides on the basis of experience which system will perform the requested services best. This paper illustrates the redesign of a new order-picking system in industry supported by a simulation tool of our institute designed especially for the rough planning. With the described project the road capability of the applied simulation concept is underlined. Several versions based on the requirements were investigated and evaluated. Key figures are calculated and a recommendation depending on performance and arising expenses is given.
Das Kommissionieren zählt zu den arbeitsintensivsten Aufgaben in der Logistik. Aus diesem Grund ist es wichtig, möglichst genau die erwarteten Prozesszeiten für diese Aufgabe zu bestimmen. Ein verbreiteter Ansatz für die Bestimmung von Prozesszeiten für manuelle Tätigkeiten beim Kommissionieren ist die Methods-Time-Measurement (MTM). Um eine Vorgabezeit mittels MTM zu bestimmen, müssen Einflussfaktoren spezifiziert werden. Dieser Beitrag zeigt anhand der Greifzeit auf, wie diese Einfluss-faktoren auf Grundlage von Artikelstammdaten bestimmt werden können. Weiterhin wird der Unterschied zwischen einer für jeden Artikel individuell bestimmten Greifzeit und der Greifzeit basierend auf repräsentativen Eigenschaften von Artikelgruppen verglichen. Wesentlich wird dabei die mittels MTM bestimmte Greifzeit durch das Gewicht und die Abmessungen (Sperrigkeit) beeinflusst.
Production supermarkets are a system to ensure high-frequency, demand-oriented, in-plant production supply with low lot sizes. The paper presents methods to design and dimension these systems using qualitative design criteria and quantitative approaches based on well-known analytical methods for conventional order picking systems. The methods help to design layout, provision type and path strategy and to derive space consumption and the number of supermarket employees required to fulfill a defined demand.
Die Energieeinbringung in Form von elektromagnetischer Strahlung in das Pulverbett beim selektiven Laserstrahlschmelzprozess von Kunststoffen wird maßgeblich durch das Absorptionsverhalten der Pulverwerkstoffe bestimmt. Aufgrund von Vielfachreflexionen an den einzelnen Pulverpartikeln in den Poren weisen Pulverwerkstoffe im Vergleich zu makroskopischen Festkörpern andere Absorptionseigenschaften auf. Im vorliegenden Beitrag wird daher ein geeigneter Messaufbau zur Bestimmung der optischen Materialeigenschaften von verschiedenen Pulverwerkstoffen vorgestellt. Mittels eines Ulbricht-Kugel-Messaufbaus wird der Reflexions-, der Transmissions- und der Absorptionsgrad von pulverförmigen Werkstoffen bei einer Wellenlänge von 10,6 µm eines CO2-Lasers und unterschiedlichen Schichtstärken ermittelt. Neben den Werkstoffen Polyamid 12 und Polyethylen im reinen Zustand werden Mischungen mit Additiven, wie beispielsweise Graphit, analysiert und verglichen. Durch die Beimischungen kann eine für den Schmelzprozess zu geringe Absorption des reinen Kunststoffes wie im Fall von Polyethylen-Pulver bei einer Wellenlänge von 10,6 µm gezielt erhöht werden, wodurch die Entwicklung neuer Pulverwerkstoffe erleichtert wird.
Innovationsmanagement
(2011)
Im Rahmen dieses Beitrags wird das Schmelzeemulgieren als Verfahren zur Herstel-lung von Polymermikropartikeln vorgestellt. In diesem Prozess wird zunächst ein Polymergranulat in einer kontinuierlichen Phase in Gegenwart geeigneter Additive in einem Rührbehälter aufgeschmolzen, die Rohemulsion in einer Rotor-Stator-Einheit feinemulgiert und anschließend zu einer Suspension abgekühlt. Der Einfluss von Prozessparametern und Systemzusam-mensetzung auf das Emulgierergebnis wird diskutiert und die Anwendbarkeit des Verfahrens für polymere Mikropartikeln anhand von Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE-HD) dargestellt. Die erhaltenen Suspensionen werden zur Überführung in Pulverform sprühgetrocknet und die Fließeigenschaften des Pulvers analysiert. Durch trockenes Beschichten mit pyrogener Kieselsäure kann die Fließfähigkeit der erhaltenen Partikeln weiter verbessert werden. Das Verfahren bietet somit einen neuen Zugang zur Herstellung neuer Ausgangsmaterialien für die Additive Fertigung.
Neue Prozessstrategien zur Herstellung von Multi- Material-Bauteilen und Gradientenwerkstoffen
(2012)
Das additive Fertigungsverfahren, dem gemeinhin die größten Potentiale zugesprochen werden, ist das Laserstrahlschmelzen im Pulverbett von Kunststoffen (LSS-K) und von Metallen (LSS-M). Wie bei anderen Techniken der additiven Fertigung werden Bauteile direkt aus CAD-Dateien ohne zusätzliche Werkzeuge bei enormer konstruktiver Freiheit gefertigt. Die resultierenden Werkstoffeigenschaften sind vergleichbar mit konventionelleren Prozessrouten wie etwa dem Spritzgießen thermoplastischer Polymere beziehungsweise auf der Seite der Metalle dem Schmieden oder Gießen. Derzeit wird der Einsatz des LSS zur Fertigung von Endprodukten in kleinen Stückzahlen erschwert von nicht ausreichender Prozessstabilität und, insbesondere bei Kunststoffen, von der eingeschränkten Werkstoffauswahl. Bisher werden für beide Werkstoffklassen Bauteile aus jeweils einem einzigen Ausgangsmaterial hergestellt. Näherungsweise erzeugt LSS also einheitliche Materialeigenschaften über das gesamte Bauteil hinweg. Ein Ansatz, der in den Teilprojekten A5 und B6 des Sonderforschungsbereichs 814 verfolgt wird, ist die Realisierung von Multi-Material-Bauteilen mittels LSS-K beziehungsweise LSS-M.
Das Forschungsprojekt ManuCyte konzentriert sich auf die Realisierung einer Plattform für die Kultivierung menschlicher Zellen und Gewebe im industriellen Maßstab. Für die Mensch-Roboter-Kolloboration ist die Robotersteuerung technologisch diversitär und redundant ausgeführt. Skizziert und analysiert wird ein prototypisches Robotersystem zum Erhalt von sicherer Mensch-Roboter-Kollaboration. Eine normgerechte Risikobeurteilung wird anhand der vorliegenden Anwendung Schritt für Schritt aufgezeigt. Wichtige Kenngrößen zur Bestimmung des sicherheitstechnischen Leistungsgrades sicherheitsrelevanter Steuerungsfunktionen werden exemplarisch berechnet und zusammengefasst. Die Vorgehensweise der Steuerungsentwicklung und die entwickelte Steuerungsarchitektur werden aufgezeigt. Außerdem werden die Sicherheitsanforderungen exemplarisch validiert und die Ergebnisse diskutiert. Aufgezeigt werden die Entwicklungsschritte zu einer möglichen Zertifizierung.
A prototypic robot system for Human-Robot Collaboration is sketched and analyzed in the article at hand. For the present application, the risk assessment according to the relevant standards is visualized step by step. Important parameters to determine the safety performance level of safety related control functions are calculated and summarized. The procedure to develop a safe control system and the developed control architecture are shown. Furthermore, the safety requirements are validated exemplarily and the results are discussed. Possible steps to carry the system to a certification complete the present article.
Beitrag und Praesentationsmaterial eines Vortrags ueber differenzierende Kohlenwasserstoffanalytik im Dieselabgas bei verschiedenen Motorbetriebszustaenden. Mit einem neu entwickelten, hochgenauen HC-Sensor werden unverbrannte HC im Abgas untersucht. Die differenzierende Untersuchung erfolgt an einem Massenspektrometer, das mit chemischer Ionisation arbeitet. Die Molekuele Ethin, Ethen und Propen wurden gezielt betrachtet. Es zeigt sich, dass bei kalten Betriebsbedingungen diese drei Komponenten etwa die Haelfte der gesamten HC Konzentration ergeben. Ein weiterer Punkt ist die Regeneration des Dieselpartikelfilters.
Es wird dargelegt, wie das Verhalten eines Manipulators durch die Vorsteuerung von Drehmomenten und die Anwendung von kinematischen Beziehungen zu einer Punktmasse vereinfacht werden kann. Der darauf aufbauende, vorgestellte Algorithmus zur Kopplung des Operators mit dem Teleoperator ist mathematisch beschrieben und hinsichtlich der Problematik von Differentiationen in der realen Anwendung angepasst. Die vorgestellte Simulation mit zwei Testsignalen sowie die Frequenzganganalyse eines Koppelterms zeigen, dass der Algorithmus vor allem bei niedrigen Frequenzen dem Bediener ein hohes Maß an Transparenz liefert. Eine Frequenzganganalyse bei Variation der parametrierbaren Übertragungsfunktionen kann die Transparenz bei hohen Frequenzen verbessern. Nächste Schritte konzentrieren sich auf die experimentelle Evaluierung einer vorgestellten Kraftregelungsarchitektur am Assistenzroboter CARo5X. Insbesondere wird geprüft, ob die Annahme eines linearisierten und entkoppelten Systems am Experimentalaufbau hinreichend zutrifft. Nach erfolgter Inbetriebnahme der vorgestellten Kraftregelung am Robotersystem SixAx, das von der Regensburg Robotics Research Unit (RRRU) entwickelt worden ist, werden beide Roboter durch den vorgestellten Ansatz gekoppelt und final experimentell bewertet.
Regelungsfunktionen für Automotive-Anwendungen werden dahingehend entworfen, dass ein bestmögliches Regelverhalten über die gesamte Lebensdauer der Applikation erzielt werden soll. Der Einfluss unterschiedlicher Umgebungsbedingungen und Bauteilvarianten sowie eine Alterung von Komponenten führt dazu, dass beim Entwurf von Regelungen Reserven vorgehalten werden müssen. Andernfalls besteht die Gefahr, dass eine Veränderung der geregelten Strecke zu einem ungewollten Regelverhalten - bis hin zur Instabilität des geregelten Systems - führt. Im Rahmen des Forschungsprojekts ACES (Integrated Adaption of Linear Controllers for Embedded Systems) entwickeln die Kooperationspartner AVL Software & Functions GmbH, Regensburg und die OTH Regensburg gemeinsam Algorithmen zum Entwurf von adaptiven Regelungen, bei denen die Parameter eines Reglers auf Basis identifizierter Streckenparameter eingestellt werden. Vorgestellt wird ein rekursiver und durch einen variablen Gewichtungsfaktor modifizierter Algorithmus, welcher in der Lage ist, auch unter nicht optimalen Schätzbedingungen zeitvariante physikalische Parameter eines realen Antriebstrangs zweiter Ordnung in Echtzeit zu ermitteln. Mit der Implementierung des Schätzverfahrens auf einem in der Automotive Branche verwendeten Steuergerät wurde die prinzipielle Tauglichkeit des Verfahrens im Hinblick auf die Anwendbarkeit für industrienahe Problemstellungen aufgezeigt. Die weitere Vorgehensweise besteht darin, den Algorithmus dahingehend anzupassen, dass auftretende nichtlineare Effekte wie Reibung berücksichtigt werden können. Ferner sollen auch Systeme höherer Ordnung identifiziert werden. Für den Fall von linearen Strecken zweiter Ordnung ist der Algorithmus bereits in der Lage, die notwendigen Parameter zur Auslegung adaptiver Regelungen zu liefern. Die Implementierung von solchen adaptiven Regelalgorithmen auf einem Steuergerät soll im Projekt ACES ebenfalls umgesetzt werden. Die Verwendung adaptiver Regler könnte somit eine effizientere Regelung von zeitvarianten Strecken ermöglichen.
Differenzierte Kohlenwasserstoffanalytik im Dieselabgas bei verschiedenen Motorbetriebszuständen
(2014)
Die für Dieselfahrzeuge gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte bezüglich der Schadstoffkomponenten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid können nur durch den Einsatz eines Diesel-Oxidationskatalysators erfüllt werden. Um erhöhte Emissionen infolge eines geschädigten Katalysators zu vermeiden, gilt es, dieses abgasrelevante Bauteil auch während des Betriebes zu überwachen. Die zukünftigen gesetzlichen Anforderungen an die Überwachung erfordern ein Verfahren das eine zuverlässige und hochgenaue Diagnose zulässt. Deshalb entwickelt eine Forschungsgemeinschaft aus Industrieunternehmen und Hochschulen einen neuartigen Kohlenwasserstoffsensor zur hochgenauen Analyse von unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgasstrang. Hierfür ist die Kohlenwasserstoffzusammensetzung des Dieselabgases bei verschiedenen Motorbetriebszuständen zu ermitteln. Zur differenzierten Untersuchung der Kohlenwasserstoffkomponenten wurde in der Arbeit ein Massenspektrometer eingesetzt, das mit chemischer Ionisation arbeitet. Anhand eines Abgasscreenings konnte eine Reihe von Kohlenwasserstoffen (Alkane, Alkene, Alkine, Alkadiene und aromatische Kohlenwasserstoffe) identifiziert werden, die typisch für das Dieselabgas stehen. Die Moleküle Ethin, Ethen und Propen wurden gezielt betrachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass bei kalten Betriebsbedingungen diese drei Komponenten etwa die Hälfte der Gesamtkohlenwasserstoffkonzentration ergeben. Ein weiterer Punkt der Untersuchungen war die Diesel-Partikelfilter-Regeneration. Wie erwartet, lassen sich Kohlenwasserstoffmoleküle mit höheren Massen feststellen, die auf unverbrannten Dieselkraftstoff zurückzuführen sind. Anhand der Ergebnisse zeigte sich.dass sich das mit chemischer Ionisation arbeitende Massenspektrometer hervorragend für ein Abgasscreening eignet. Zahlreiche Kohlenwasserstoffe konnten identifiziert werden, die repräsentativ für das Dieselabgas stehen. Es sollten Moleküle bei verschiedenen Motorbetriebsbedingungen untersucht werden, die einen möglichst großen Anteil an der Gesamtkohlenwasserstoffkonzentration besitzen. Die Auswahl fiel aufgrund der gemessenen Massenspektren, vor und nach dem Diesel-Oxidationskatalysator, auf die Komponenten Ethin, Ethen und Propen. Zudem kann bei diesen Molekülen eine Masseninterferenz mit anderen Abgaskomponenten ausgeschlossen werden. Im unteren Teillastbereich und kaltem Motor machen diese Kohlenwasserstoffe bis zu 50%, gemittelt über alle Messstellen vor, im und nach dem Diesel-Oxidationskatalysator, der Gesamtkohlenwasserstoffkonzentration aus. Bei betriebswarmem Motor reduziert sich ihr Anteil auf ein Drittel Die höchste Konzentration unter den drei Komponenten besitzt dabei Propen. Mit steigendem Drehmoment nimmt der Anteil dieser drei Komponenten fortlaufend ab,was dafür spricht, dass Moleküle mit höheren Massen einen höheren Anteil einnehmen. Die Kohlenwasserstoff-Emissionen bewegen sich bei diesen Motorbetriebspunkten mit betriebswarmem Katalysator jedoch bereits bei sehr niedrigen Werten. Während der untersuchten Diesel-Partikelfilter-Regeneration mit späten Nacheinspritzungen zur Abgastemperaturerhöhung lassen sich Moleküle mit höheren Massen nachweisen. Diese sind typisch für die Reinkomponente Dieselkraftstoff. Der Anteil von Ethin, Ethen und Propen an der THC-Konzentration beträgt dann ca. 40%.
Das Management in der Medizinprodukteindustrie steht vor vielfältigen Herausforderungen. So sinken einerseits die Produktpreise, anderseits wird auch für die kommenden Jahre in vielen Segmenten ein Mengenwachstum erwartet. Dies stellt die internen Prozesse, vom Customer Service bis hin zur Forschung & Entwicklung, auf den Prüfstand. Die Entscheidungsträger auf Kundenseite verändern sich, weg vom Produktanwender hin zu professionellen Einkaufsgemeinschaften mit immer größerer Verhandlungsmacht. Der hohe Internationalisierungsgrad der Unternehmen führt zu einer steigenden Komplexität bei der Implementierung von Marketing-, Vertriebs- und Produktentwicklungsstrategien auf Länderebene. Darüber hinaus werden zunehmend neue Geschäftsmodelle mit hohem Dienstleistungsanteil entwickelt, die mit der traditionellen Lieferantenrolle wenig zu tun haben und von Managern eine neue Fähigkeiten für die Umsetzung erfordern. Die Autoren des Sammelbands greifen die genannten Herausforderungen auf und bieten mit ihren Beiträgen Lösungsansätze, die sowohl für Manager im Medizinprodukteunternehmen als auch für Wissenschaftler und Studierende relevant sind.
Bisher wurden TPM und Lean Production meist differenziert voneinander betrachtet. Der TPM-Gedanke ist jedoch die konsequente Fortführung des Lean Thinking. Ein effektives Anlagenmanagement ist die Voraussetzung für das Erzeugen eines Produktionsflusses. In der Vergangenheit wurde TPM häufig ohne die Basis eines Produktionssystems eingeführt. Der zweite Schritt erfolgte vor dem ersten. Logistische Themen und die Optimierung von Arbeitsplätzen mitarbeiterintensiver Bereiche wurden ebenfalls nur mit geringer Tiefe behandelt. Die OEE (Overall Equipment Effectiveness) allein ist hierbei kein ausreichender Indikator für ein schlankes Produktionssystem, da eine Rüstzeitoptimierung mit der Reduzierung der Losgröße einen Zielkonflikt hervorrufen kann. Ein Ansatz, bei dem die EPEI-Kennzahl (Every Part Every Intervall) und die OEE gemeinsam betrachtet werden, stellt eine Lösung dar. Durch die verstärkte Fokussierung auf Ganzheitliche Produktionssysteme rückt TPM als ein wichtiger Baustein, oder bei einer entsprechenden Weiterentwicklung zum System, als aufbauender Ansatz in den Blickpunkt der Unternehmen.
Cardboard Engineering 2.0
(2014)
Das Material Karton ist in heutigen Fertigungen für die schnelle Umsetzung von Ideen aus einem Kaizen-Prozess ein gängiger Werkstoff. Die Vorgehensweise wird auch als Cardboard Engineering bezeichnet. Aber die Entwicklung geht weiter. Die immer weiter verbreiteten 3D-Drucktechnologien ermöglichen die schnelle Generierung von Vorrichtungen, die deutlich höhere Anforderungen hinsichtlich Präzision, Robustheit und Komplexität erfüllen.
Festbettspeicher bieten die Möglichkeit, thermische Energie auf einem hohen Temperaturniveau zu speichern. Die oft kugelförmigen Schüttgüter bestehen aus Materialien hoher Dichte und Wärmekapazität. Neben der Wärmespeicherung können mithilfe dieser Schüttungen partikelbeladene Abgase entstaubt werden. Die Strömungs-, Wärmetransport- und Entstaubungsvorgänge bei der Speicherung von Wärme in einem Schüttschichtwärmeübertrager werden in Zusammenarbeit mit Fraunhofer Umsicht, Institutsteil Sulzbach-Rosenberg, untersucht. Einen entscheidenden Aspekt der Arbeiten stellt die numerische Simulation der im Wärmeübertrager ablaufenden Vorgänge dar. Die transiente Simulation von Schüttschichtwärmeübertragern ist nur mit Vereinfachungen möglich, da aufgrund der komplexen Geometrie und der daraus folgenden feinen Vernetzung eine enorme Rechenleistung benötigt wird. Bei den in diesem Beitrag vorgestellten Ergebnissen werden die physikalischen Vorgange in einem Ausschnitt der Schüttschicht simuliert, in dem die Kugelgeometrie detailliert modelliert ist. Die Ergebnisse der numerischen Simulation werden durch analytische Berechnungen aus der Literatur bestätigt. Eine Reihe von Parametervariationen zeigen die Einflüsse verschiedener Größen beispielsweise auf den Druckverlust sowie den Unterschied zwischen radialer und axialer Durchströmung einer Schüttschicht. Die Entstaubung partikelbeladener Gase innerhalb einer Schüttschicht wird zunächst anhand einer Einzelkugel untersucht; die Erweiterung auf die Entstaubung in einer Kugelpackung ist vorgesehen. Die Ergebnisse der numerischen Simulationen sollen mit den an einem Versuchsstand experimentell bestimmten Daten verglichen werden.
In diesem Beitrag wird eine Theorie zur taktorientierten Fertigungssteuerung entwickelt. Es wird der kleinste Repräsentant einer taktorientiert gesteuerten Werkstatt ermittelt - das Ein-Ressourcen- Modell. Durch die Modifikation des Trichtermodells kann ein allgemeingültiges Beschreibungsmodell des Produktionsprozesses bei taktorientierter Fertigungssteuerung erarbeitet werden - das taktorientierte Trichtermodell. Es ermöglicht die Darstellung der Arbeitsbestände im aktuellen Bearbeitungstakt und der des nachfolgenden Taktes. Weiter wird das taktbasierte Trichtermodell in ein taktbasiertes Durchlaufdiagramm überführt. Hiermit kann das Bestandsverhalten des Ein-Ressourcen-Modells über der Zeit dargestellt werden. Das optimale Bestandsverhalten pro Takt kann durch ein idealisiertes Durchlaufdiagramm beschrieben werden. Bei realer Auslastung der Ressource entstehen schwankende Arbeitsbestände pro Takt. Hierbei werden durch zu geringe Bestände pro Takt Auslastungsverluste an der Ressource erzeugt. Durch zu hohe Bestände pro Takt entstehen ohne Kapazitätsanpassungen Verspätungen.
Machine allocation planning in job-shop production is challenging due to the high variability of machining times. The tact-time based production control reduces planning effort also the flow of orders in the shop floor is more predictable. This article takes a deeper look at a single production unit controlled tact based. By enhancing the funnel model and looking at the stock behaviour of production units, a deeper understanding of tact-time based production control is gained.
Die Regensburg Robotics Research Unit entwickelt Regelungsarchitekturen für Telerobotiksysteme für den industriellen Einsatz. Der Beitrag beschreibt das lokale und globale Regelungsmodell hinsichtlich Stabilität und Transparenz auf der Basis der von Lawrence und Yokokohji vorgestellten Regelungsarchitektur und zeigt Simulationsergebnisse auf. Die Modellbildung des geregelten Manipulators, die Kopplung des Operators und des Teleoperators und sowie die Übertragungsfunktion werden dargestellt. Die Simulation des vorgestellten Algorithmus in Matlab/Simulink wird durchgeführt. Innerhalb der Simulationsumgebung ist als Regelstrecke unter der Annahme einer idealen, lokalen Regelung eine im Raum bewegliche Punktmasse modelliert. Die vorgestellte Regelungsarchitektur liefert innerhalb der durchgeführten Simulation vor allem im niederfrequenten Bereich sehr gute Ergebnisse. Die nächsten Schritte sind die experimentelle Evaluierung der lokalen Architektur und der globalen Vierkanalarchitektur an den Robotern.
Der Beitrag beschreibt den Systemaufbau für die Risikobeurteilung zur Realisierung einer sicheren Mensch-Maschine-Kollaboration und stellt die vorgeschriebene Risikobeurteilung gemäß DIN EN ISO 10218-1:2012-01 in folgende Schritten vor: Beurteilung der Erfahrenswerte und des Nutzerverhaltens, Festlegung der Grenzen des Roboters, Identifikation der Gefährdungen und Risikoeinschätzung in den dimensionen Ausmaß, Exposition, Eintrittswahrscheinlichkeit und Vermeidungsmöglichkeit. Die Umsetzung in eine Steuerung, die Steuerungsarchitektur und die eingesetzten Komponenten zur Realisierung einer sicheren Abstandsüberwachung werden beschrieben und in Blockschaltbildern grafisch dargestellt. Die Validität der Sicherheitsfunktion wird diskutiert.
Die 3D-Daten, die bei der Fertigungsplanung in CAD/CAM-Systemen vorliegen, bilden häufig auch die Spannsituation des Werkstücks ab. Mit einer vom LFW der OTH Regensburg entwickelten Software lassen sich die Konturen direkt auf den Rüstplatz projizieren. Im Rahmen des durch das Bayerische Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst geförderte F&E-Projekt "AutoRüst" entwickelt das LFW Bausteine zum automatisierten Generieren von Rüstinformationen. Im Wesentlichen geht es dabei um zwei Schwerpunkte: erstens das datenbankgestützte Verwalten von Spannsituationen inklusive der Unterstützung und Überprüfung beim Aufbau sowie zweitens die bedarfsgerechte Visualisierung des Programmablaufs für die Einfahrprozedur an der Werkzeugmaschine. Bei beiden Themenkomplexen werden bereits vorhandene Daten (3D-Spannsituation, NC-Programm mit Maschinenraumsimulation) genutzt, um konfigurierbare Rüstdokumente zum Spannen und Einfahren zu erzeugen. Im Idealfall muss der NC-Programmierer also nur wenige bis gar keine zusätzlichen Eingaben tätigen. Neben der reinen Zeitersparnis wird so auch eine deutlich gesteigerte Prozesssicherheit beim Übertragen der virtuellen Welt in die reale Fertigungswelt erreicht. Das vom LFW entwickelte Modul zur Visualisierung der Spannsituation kann flexibel in den Fertigungsbetrieben integriert werden. Gerüstet werden kann sowohl in der Maschine, auf einer zweiten Palette als auch auf einem externen Rüstplatz. Einzige Randbedingung ist, dass der Laserprojektor auf den Tisch projizieren kann, idealerweise senkrecht von oben. Die Software analysiert in einem ersten Schritt die vorhandene 3D-Baugruppe und erzeugt anhand der Lage der Bauteile eine Montagereihenfolge, die natürlich angepasst werden kann. Ebenso können Einzelteile gruppiert werden, sodass diese bei der späteren Projektion auch als Gruppe projiziert werden. Unwichtige Baugruppenteile wie beispielsweise die Stützen der Spannpratzen oder die Muttern mit den Unterlegscheiben können vom weiteren Prozess ausgeschlossen werden. Auf der so geschaffenen Grundlage erzeugt die Software Projektionslinien auf dem zu positionierenden Bauteil mit einem einstellbaren Abstand (hier: 1 mm) zur Bauteilkante. Als Ergebnis wird eine Ausgabedatei im dxf-Format erstellt, die vom Laserprojektor verarbeitet werden kann. Die in der dxf-Datei auf Layern gruppierten Projektionslinien können dann ferngesteuert in der zuvor definierten Reihenfolge durchgeklickt werden, um die Spannelemente zu positionieren. Die Vorteile des Visualisierungsmoduls im Überblick: (1) Senken der Rüstzeit; (2) Erhöhen der Prozesssicherheit beim Rüsten (Positioniergenauigkeit der Spannelemente < 1 mm) und damit Kollisionsvermeidung; (3) Nutzen bereits vorhandener 3D-Informationen entlang der Prozesskette CAD/CAM-Fertigung; (4) Konturerzeugung direkt im CAM-System OPUS oder über unabhängige Software.
Die Anwendung von Kaizen ist in vielen Firmen ein selbstverständliches Element geworden. Dennoch variiert die Ausprägung eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses stark von Unternehmen zu Unternehmen. Ein wesentliches Hindernis, gutes Kaizen umzusetzen, ist der Mangel an Realisierungsmöglichkeiten. In Zeiten von Industrie 4.0 bestehen inzwischen zahlreiche Möglichkeiten, Ideen schnell und kostengünstig für eine Produktion zu generieren und damit nachhaltig die Produktivität zu steigern. Zentrales Element von Kaizen ist das zielgerichtete Experimentieren. Es werden Hypothesen aufgestellt und diese werden durch Experimente überprüft, so dass man aus den Ergebnissen lernen kann. Entscheidend ist die Fähigkeit, tatsächlich Experimente in einer Produktion ausführen zu können. Das heißt, Produktionsanlagen müssen mit unterschiedlicher Intensität verändert werden können. In erfolgreichen Unternehmen ist ein Betriebsmittelbau in der Lage, diese Experimente zügig durchzuführen. Häufig sind aber auch hier die Möglichkeiten einer schnellen Gestaltung eingeschränkt. Jede Form von Verbesserung führt zu optimierten Prozessen und einer besseren "Business Excellence". Innovationen, die zum Beispiel durch den Produktionsanlagenhersteller eingebracht werden, führen häufig zu einer sprunghaften Verbesserung. Diese Verbesserungen sind in jedem Fall wichtig, aber auch häufig für den Wettbewerb verfügbar, wenn das Wissen nicht bei einem hauseigenen Anlagenhersteller entsteht. Wenn zudem kleine Verbesserungen zu den Innovationen hinzukommen, können die Prozesse zusätzlich optimiert werden. Sind die Verbesserungen eher kurz- als langzyklisch liegt es auf der Hand, dass ein schnelles Erreichen des Verbesserungsniveaus erfolgt. Neben dem Zeitgewinn ist eine kurzzyklische Vorgehensweise deutlich inspirierender und erschließt das volle kreative Potenzial des Verbesserungsteams.
Kaizen is state of the art for high efficient optimization used by many companies. Nevertheless the variations of this method differ from company to company. A big obstacle to realize good kaizen is due to the lack of possibilities to generate different devices. In times of smart factories and increasing digitalization plenty of possibilities can be used to make ideas happen. This is the opportunity to optimize manufacturing systems in a short cyclic and fast way.
In Industriebereichen, in welchen Masse aufgrund von Trägheit oder Gravitationsüberwindung einen beeinflussenden Faktor ausmacht, wie beispielsweise der Luft- und Raumfahrt oder der Windkraft, spielen faserverstärkte Kunststoffstrukturen aufgrund ihres Leichtbaupotentials hinsichtlich der dichtespezifischen Steifigkeit und Festigkeit eine große Rolle. Außen liegende Bauteile in Form dünnwandiger Flächentragwerke in diesen Anwendungen weisen zumeist nicht eine kreisrunde, sondern unstetige Bauteilkrümmung auf und sind aufgrund ihres Einsatzortes durch Schlagbelastungen (Impacts) in verschiedenen Geschwindigkeitsbereichen gefährdet. Besonders im Niedergeschwindigkeitsbereich sind diese Impacts bei diesen meist gekrümmten Strukturen als kritisch zu beurteilen, da sie von außen oftmals nicht sichtbar sind, sich aber stark auf die verbleibende Restfestigkeit, insbesondere die Druck- und Schwingfestigkeit, aufgrund inter- und intralaminarer Schädigungen auswirken. Sie stellen demnach eine kritisch zu betrachtende Belastungsart dar.
In der vorliegenden Arbeit werden oben benannte unstetig gekrümmte Flächentragwerke auf eine unstetig elliptisch gekrümmte Prüfkörpergeometrie in Anlehnung an den Querschnitt einer Flügelvorderkante abstrahiert. Mittels experimenteller, numerischer und analytischer Untersuchungen wird ein grundlegendes Verständnis des Krümmungseinflusses auf das Schädigungs- und Verformungsverhalten ebendieser Strukturen bei Impact-Belastung und quasi-statischer Druckbelastung erarbeitet. Prüfkörper mit vier verschiedenen Krümmungsstufen werden dahingehend unter Verwendung einer Fallbolzenanlage im Niedergeschwindigkeitsbereich schädigend geprüft und die resultierende projizierende Schadensfläche in Abhängigkeit des Krümmungsgrades ausgewertet. Zur Untersuchung des reinen Krümmungseinflusses werden Prüfkörper in quasistatischen Druckversuchen im elastischen Bereich auf deren Verformungsverhalten hin analysiert. Durch Einführung des geometriebedingten Verformungswiderstandes als vergleichende Kenngröße kann auf Basis lokal variierender Struktursteifigkeiten ein Zusammenhang aus dem Impact-Verhalten und dem elastischen Verformungsverhalten gleicher Krümmungsstufen geschlossen werden. Durch begleitende numerische Untersuchungen wird das Verformungsverhalten sowie die sich dabei einstellenden einzelschichtspezifischen Spannungszustände untersucht. Weiterhin werden bestehende analytische Berechnungsmethoden für stetige Kreisbögen im Berechnungsumfang erweitert und auf die vorliegende Problemstellungübertragen. Eine Gegenüberstellung und Diskussion aller erfassten Versuchs- und Berechnungsergebnisse zeigt abschließend gemeinsame Abhängigkeiten auf.
In der vorliegenden Arbeit wird die Charakterisierung des mechanischen Verhaltens von auskragenden Rohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) mit Querkraftbelastung an einem Ende und einer mehrreihigen Bolzenverbindung am anderen Ende behandelt. Bolzenverbindungen mit Fügepartner aus CFK werden im Stand der Technik nur an ebenen, zug- oder druckbelasteten, Verbindungen untersucht, weshalb der Einfluss der Biegebelastung, der gekrümmten Auflageflächen und des geschlossenen Rohrprofils untersucht und qualifiziert wird. Zudem zeigt sich ein Effekt der Abstützung bzw. resultierenden Verformungsbehinderung. Die Grundlage der Untersuchungen bilden 2-Punkt-Biegeversuche mit Verzerrungs- und Verschiebungsmessungen, die über FE-Modelle numerisch abgebildet und in einer Verzerrungs- und Spannungsanalyse detaillierter ausgewertet werden. Zur Darstellung des Einflusses der Biegebelastung werden zudem reine Zug- und Drucklasten aufgebracht, ausgewertet und abgeglichen. In drei Variationen des Biegeversuchs werden zudem, sowohl experimentell als auch numerisch, Effekte zu einer möglichen Steigerung der Verbindungsfestigkeit untersucht. Dazu zählt die Verwendung von zusätzlichen Schichten aus Titanlegierung im Kraftüberleitungsbereich, ein Versetzen der Bolzen im Umfang und eine Änderung der Abstützung in Lastrichtung. Für das Biegeverhalten der CFK-Rohre im frei auskragenden Bereich werden kontinuumsmechanische Modelle der anisotropen Elastizität für Rohre unter reiner Biegebelastung beschrieben, adaptiert und bezüglich der Ergebnisse bewertet. Um die Vergleichbarkeit der Berechnungsmodelle und Versuche zu gewährleisten, wird einerseits der Einfluss der speziellen Schichtstruktur in gewickelten CFK-Rohren diskutiert und andererseits werden die transversal-isotropen Materialeigenschaften der Einzelschicht an Probekörpern aus den Rohren bestimmt.
Additive Fertigung hat sich in zahlreichen industriellen Anwendungen etabliert und bildet eine wichtige Schlüsseltechnologie. Im Gegensatz zu metallischen Werkstoffen, haben additiv gefertigte Bauteile aus Kunststoffen geringere Festigkeit und Steifigkeit, sodass sich ihre Verwendung als lasttragende Strukturen schwierig gestaltet. Insbesondere der Einsatz von endlosen Verstärkungsfasern kann die mechanischen Eigenschaften additiv gefertigter Strukturen signifikant verbessern und die Fertigung hochbelastbarer Faserverbundstrukturen im 3D-Druckverfahren ermöglichen. Daher gilt es aktuell notwendige Anlagen und Prozessketten für den Fertigungsprozess aber auch Vorgehensweisen für die belastungsoptimierte Auslegung der Faserverläufe innerhalb des Bauteils zu entwickeln, um so das Themengebiet „Endlosfaserverstärkter 3D-Druck“ weiter voranzutreiben. Für mehr räumliche Freiheit bei der Positionierung der Druckbahnen können industrieroboterbasierte Systeme eingesetzt werden, um so das Potenzial gerichteter Bauweise von Faserverbundstrukturen auch im additiven Fertigungsprozess vollumfänglich ausschöpfen zu können. Dabei ermöglicht ihr Einsatz auch eine räumliche Ablage der Faserverstärkung, wobei für die Materialablage ein geeigneter 3D-Druckkopf erforderlich ist. Für die Implementierung der Faserverstärkung ist zudem eine dem Lastfall entsprechende Auslegung des Bauteils sowie die Ermittlung einer sinnvollen Faserpositionierung innerhalb des Bauteils erforderlich, wobei unterschiedliche Variablen aus den Bereichen Material, Struktur und Fertigungsprozess berücksichtigt werden müssen. Im Rahmen des Vortrages werden die Herausforderungen der Technologieentwicklung des endlosfaserverstärkten 3D-Drucks aufgegriffen sowie auf eine belastungsorientierte Faserpositionierung näher eingegangen. Aktuelle Erkenntnisse werden diskutiert sowie eine Entwurfsmethodik für die Prozesspfadgenerierung vorgeschlagen.
Ablaufoptimierung in einer Halbleiterfertigung (Scheduling Optimization in Semiconductor Industry
(2022)
A rule-based, iterative approach is often used for the scheduling of automated plants. In this study, a wet bench from the semiconductor industry is used to show the potential that is lost as a result and how the scheduling can be optimized. Furthermore, it is investigated how adjustments to the plant design can further reduce the average cycle time.
Einsatz von Routenzugsystemen zur Produktionsversorgung : Studie zu Planung Steuerung und Betrieb
(2017)
Bei der Planung von innerbetrieblichen Transportsystemen besteht die Aufgabe darin, Transportsysteme so zu gestalten und zu dimensionieren, dass Unternehmensziele unter Berücksichtigung gegebener Rahmenbedingungen möglichst ideal erfüllt werden. Ob ein geplantes System schlussendlich den an die Lösung gestellten Zielen gerecht wird und wie gut es "funktioniert", ergibt sich aus dem Zusammenspiel der in Kap. 2 beschriebenen Systemelemente. Da sich Ziele und Rahmenbedingungen je nach konkretem Einsatzfall unterscheiden und sich daraus unterschiedliche Anforderungen an Transportsysteme ergeben, müssen die Systembausteine in geeigneter Kombination ausgestaltet und dimensioniert werden. Ansätze dafür werden in Kap. 5 ausführlich vorgestellt.
Dieses Lehrbuch vermittelt nicht nur Grundlagen, sondern stellt auch die Methoden der Mehrkörpersimulation anschaulich dar und erläutert an einfachen Beispielen die Vor- und Nachteile bei der praktischen Anwendung. In den Text integrierte Matlab-Skripte und -Funktionen verdeutlichen die einzelnen Methoden und ermöglichen es, Aufwand und Problematik bei der Umsetzung der Theorie innerhalb von Simulationsprogrammen einzuschätzen. Die Modellbildung, die mathematische Beschreibung und die numerische Simulation von Systemen starrer Körper bilden dabei die Schwerpunkte. Konkret behandelte Beispiele sind die Eigendynamik eines Traktors mit gefederter Vorderachse, das Rotorblatt eines Hubschraubers sowie die Vorderachse eines Pkws. Die entsprechenden Matlab-Skripte und Lösungen zu den Übungsaufgaben können auf der Springer-Homepage beim Buch heruntergeladen werden. Der Inhalt Dynamik des starren Körpers - Bewegungsgleichungen - Starre Körper mit elastischen und kinematischen Verbindungselementen - Integrationsverfahren - Rekursiver Algorithmus - Differential-Algebraische Gleichungen - Analyse von Mehrkörpersystemen - Anwendungs- und Übungsbeispiele aus der Technik Die Zielgruppen Studenten des Maschinenbaus, der Elektrotechnik und Mechatronik sowie der Biomechanik an Hochschulen und Universitäten Ingenieure in der Praxis, die sich mit Fragestellungen der Mehrkörpersimulation (MKS) befassen Entwickler aus der Kfz-Technik sowie Fachleute aus F+E Die Autoren Dr.-Ing. Georg Rill ist Professor mit den Lehrgebieten Technische Mechanik, Ingenieurinformatik, Fahrdynamik, Mehrkörperdynamik sowie Laborleiter Fahrdynamik. Dr.-Ing. Thomas Schaeffer ist Professor mit den Lehrgebieten Konstruktion, CAD, Maschinenelemente und Getriebetechnik, Mehrkörpersysteme und Bewegungstechnik sowie Laborleiter Mehrkörpersimulation, beide an der Ostbayerischen Technischen Hochschule (OTH) Regensburg.
Medical Device Regulation
(2019)
Mobilkrane arbeiten regelmäßig in Regionen, in denen Temperaturen bis -60 °C herrschen. In sicherheitstechnisch bedeutsamen Anwendungen wird der Kranbetrieb eingestellt, und zwar nur, weil in den entsprechenden Regelwerken die niedrigste genannte Arbeitstemperatur -40 °C ist. Aber ist dies technisch zwingend? Es wird über Versuche mit Seilen und Seildrähten berichtet, die sowohl bis -95 °C als auch bei Raumtemperatur durchgeführt wurden. Sowohl das Ermüdungsverhalten der Seildrähte als auch die Bruchkraft der Seile sind bei Temperaturen von -60 °C besser als bei Raumtemperatur. Dagegen wird das Ermüdungsverhalten der Seile schlechter. Dies ist aber hauptsächlich verursacht durch das Verhalten des verwendeten Konservierungsstoffs. Im Betrieb sind die Seile zusätzlich mit Endverbindungen versehen. Diese Komponenten müssen ebenfalls solchen tiefen Temperaturen widerstehen. Untersuchungen, ob Seilendverbindungen bei Tieftemperatur geeignet sind, waren allerdings nicht Gegenstand dieses Berichts. Daher ist es ratsam, beim Betrieb bei Tieftemperatur die Intervalle der Seilinspektion zu verkürzen. Konservierungsstoffe können ihre Wirkung verlieren und zu beschleunigter Seilermüdung führen - zum Beispiel bei Auslegerverstellseilen von Mobilkranen - und das Zusammenwirken von Seilen und ihren Endverbindungen bei tiefen Temperaturen ist nicht ausreichend erforscht und dokumentiert. Insgesamt können Seile bei Temperaturen von -60 °C sicher betrieben werden, wenn sowohl die Seile als auch ihre Endverbindungen regelmäßig inspiziert werden.
Infolge neuer Zielsetzungen im Automobilbereich, wie z. B. der Weiterentwicklung von Fahrerassistenzsystemen hin zum hochautomatisierten Fahren (HAF), ergeben sich erhöhte Anforderungen an die Signalgüte der im Fahrzeug eingesetzten Inertialsensoren für Drehraten und Beschleunigungen. Da deren Erfüllung über einen hardwarebasierten Ansatz nicht immer möglich und sinnvoll ist, strebt die Firma Continental eine Software-Lösung zur modellbasierten Verbesserung dieser Sensorsignale an.
Motorische Untersuchung einer Doppelstromturbine bei gezielter Variation von Einflussparametern
(2018)
Um die Leistungsmerkmale moderner Ottomotoren, hohe Nennleistung bei niedrigem Kraftstoffverbrauch einerseits und hohes Low End Torque bei dynamischem Ansprechverhalten andererseits, zu erreichen, stehen Abgasturbolader mit verschiedenen Turbinentypen zur Verfügung. Dabei wird zwischen den Ausführungen ein- und mehrflutige Turbine unterschieden. Je nach geometrischer Ausführung der Flutentrennung wird bei den mehrflutigen Turbinen zwischen den Bauformen Zwillingsstrom- und Doppelstromturbine differenziert.
In Mensch-Roboter-Arbeitszellen werden Teile eines Produktionsablaufs von einemv Menschen, andere von einem kollaborativen Roboter und wieder andere kooperativvin einem gemeinsamen Arbeitsbereich durchgeführt. Bisher werden das Potenzialvund der Mehrwert dieser Systeme noch nicht ausgeschöpft, weshalb ein systematischer Ansatz zur Definition der Arbeitsabläufe unerlässlich ist. Der Beitrag präsentiert einen iterativen, menschzentrierten Entwicklungszyklus für interaktive Mensch-Roboter-Anwendungen. Dieser Zyklus ergänzt die bisher verwendeten Ansätze der Automatisierung. Er beinhaltet Methoden der virtuellen Realität, um die Arbeitsabläufe iterativ evaluieren und dadurch den Entwicklungsprozess effizient gestalten zu können.
Bewegungstechnik
(2022)
Das optimale Bewegungssystem - Probleme der Bewegungstechnik systematisch und praxisorientiert lösen! Ein umfassender Überblick über alle wesentlichen Arbeitsschritte zum Lösen von Bewegungsaufgaben, die zu den alltäglichen Problemstellungen eines Produktentwicklers gehören. Das Konzipieren und Konstruieren von Bewegungssystemen von Maschinen, Geräten und Vorrichtungen, in denen Arbeitsorgane, Werkzeuge, Werkstücke oder Verarbeitungsgut bestimmte Bewegungen auszuführen haben, prägt entscheidend das Gesamtverhalten der Maschine. Aus diesem Grund ist eine systematische, moderne und vor allem praxisorientierte Lösung dieser Aufgaben von großer Bedeutung für den Produktentwickler. Das Lehrbuch bespricht alle dafür wesentlichen Themenbereiche und vermittelt die jeweiligen Arbeitsschritte in anschaulicher Weise beispielhaft und praxisnah unter Nutzung allgemeingültiger, effektiver Methoden und Verfahren. Dabei richtet sich das Buch sowohl an Studierende technischer Studiengänge als auch an Praktiker, Techniker und Ingenieure aus der Industrie. Diverse Beispiele und Übungsaufgaben zum Selbststudium unterstützen dabei den Lernprozess und das Verständnis der Thematik.
Die Aufmerksamkeit für Unternehmensgründungen hat in den letzten Jahren extrem zugenommen. Grundsätzlich muss ein Start-up in einem kompetitiven Umfeld erfolgreich sein, um bestehen zu können. Der Weg dorthin wird maßgeblich beeinflusst durch Planung und finanzielle Ressourcen, die die Gründer bereitstellen müssen. In der Medizinprodukteindustrie kommen zusätzlich große Hürden hinzu, die u. a. einen kurzen Produktlebenszyklus, lange Projektlaufzeiten, aufwendige klinische Studien und aktuell neue gesetzliche Verordnungen betreffen. Dieser Beitrag konzentriert sich zunächst auf mögliche Fördermittel und Beratung von Start-up-Projekten aus dem Hochschulbereich. Aus einer Analyse derzeit existierender Gründerwettbewerbe im Hinblick auf das Gesundheitswesen werden dem Leser entsprechende Adressen zum Einwerben von Fördermitteln geliefert. Darüber hinaus wird ein Pilot-Prozess vorgestellt, wie eine Ausgründungsberatung an der Hochschule Ulm im Studiengang Medizintechnik derzeit verläuft. Dies kann möglicherweise ein Anknüpfungspunkt für eine zukünftige Institutionalisierung von Spin-off-Vorhaben aus dem Hochschulbereich sein.
Mittels des entwickelten additiven Fertigungsprozesses des simultanen, intensitätsselektiven Laserstrahlschmelzens lassen sich Werkstoffverbunde bestehend aus unterschiedlichen Polymerwerkstoffen mit hohen Bauteilfestigkeiten realisieren. Die zukünftig realisierbaren Werkstoffverbunde können dabei durch eine örtlich variable Ausnutzung der unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften die hinsichtlich lokal definierter Belastungsprofile gestellten Anforderungen an komplexe Multi-Material-Bauteile erfüllen. Dadurch lassen sich neue Anwendungsfelder für die additive Fertigung von Werkstoffverbunden erschließen.
Dieses Buch beschreibt bewährte, praxistaugliche Methoden zur Planung innerbetrieblicher Transportsysteme. Der Fokus liegt auf den wesentlichen Systemen und Förderfahrzeugen, die derzeit in der Industrie eingesetzt werden: Gabelstapler, fahrerlose Transportfahrzeuge, Routenzüge und Elektrohängebahnen. Neben einer Beschreibung relevanter Systemelemente und Gestaltungsmöglichkeiten liefert das Buch Empfehlungen zur Auswahl eines geeigneten Systems entsprechend der individuellen Anforderungen. Planungsschritte von der Erhebung von Plandaten bis zur Umsetzung werden vorgestellt. Methoden, die bei Planungsentscheidungen wie der Bestimmung der Anzahl benötigter Fahrzeuge helfen, sind detailliert beschrieben; ihre Anwendung wird anhand von Fallbeispielen demonstriert. Do's and Dont’s, basierend auf Erfahrungen von Praktikern und Wissenschaftlern, tragen dazu bei, Planungsfehler zu vermeiden.
Das Buch wendet sich an Planer und Betreiber derartiger Systeme, Studierende einschlägiger Studienfächer bekommen einen vertieften Einblick in die Umsetzung der Methoden.
Lineare und nichtlineare FEM
(2017)
Dieses Lehrbuch bringt im ersten Teil leicht verständlich die Merkmale und Eigenschaften linearer finiter Elemente aus dem Bereich der Elastostatik und Dynamik und erläutert Vorgehensweisen bei der Erstellung von Simulationsmodellen. Im zweiten Teil liegt der Schwerpunkt auf nichtlinearen zeitabhängigen Vorgängen und Lösungsverfahren. Praxisbeispiele aus der Umformtechnik werden anschaulich mit der Software LS-DYNA® gelöst. Der Fokus liegt auf einer Erklärung der Zusammenhänge, die für Anwender kommerzieller Software notwendig sind. Theoretische Grundlagen werden in dem Umfang dargestellt, der für das Verständnis der Benutzung eines Programms notwendig ist.
Dieses Lehrbuch stellt die Methoden der Mehrkörpersimulation anschaulich dar und erläutert an einfachen Beispielen die Vor- und Nachteile bei der praktischen Anwendung. In den Text integrierte Matlab-Skripte und -Funktionen verdeutlichen die einzelnen Methoden. Die Modellbildung, die mathematische Beschreibung und die numerische Simulation von Systemen starrer Körper bilden dabei die Schwerpunkte. Konkrete Beispiele beinhalten die Eigendynamik eines Traktors mit Vorderachsfederung, das Hubschrauberrotorblatt sowie eine Pkw- Vorderachse. Die entsprechenden Matlab-Skripte und Lösungen zu den Übungsaufgaben können auf der Springer-Homepage beim Buch heruntergeladen werden. Neu aufgenommen wurden SparseMatrix Operationen sowie ein Beispiel zu einfach geschlossenen kinematischen Schleifen.
Erstellung eines Grabwiderstandsmodells zur ganzheitlichen Simulation von Schaufelradantrieben
(2012)