Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Geschäftsmodelle der Wiederaufbereitung für Hersteller von Originalteilen
    (Fraunhofer Verlag, 2015)
    Widera, Henry
    Die rational gebotene Nachhaltigkeit gilt es unter Nutzung marktwirtschaftlicher Dynamik durch technologische Innovationen in ökonomischer, ökologischer und sozialer Dimension zu befördern. Ein vielversprechender Ansatz ist es, die Nutzenproduktivität von Ressourcen durch die Wiederaufbereitung von Produkten, Baugruppen und Bauteilen am Ende ihrer Nutzungsphase zu erhöhen. Trotz mannigfaltiger Vorteile aus Sicht der Gesellschaft, der Unternehmen und der Verbraucher ist der Anteil der Wiederaufbereitung an der Wertschöpfung insgesamt sehr niedrig. Insbesondere das Engagement von Originalteileherstellern ist noch sehr gering. Ziel der Arbeit ist es, Hersteller von Originalteilen unter Zuhilfenahme von Geschäftsmodellinnovationen durch Nutzen- statt Produktverkauf bei der herstellerorientierten Wiederaufbereitung zu unterstützen. Die exemplarische Anwendung der entwickelten Vorgehensweise erfolgt für Haushaltsgeräte am Beispiel einer Waschmaschine und für die Medizintechnik am Beispiel einer Insulinpumpe.
  • Publication
    Absicherung des Innovationserfolgs unter Berücksichtigung des Open-Innovation-Ansatzes
    (Fraunhofer Verlag, 2015)
    Rothe, Manuel
    Der technische Wandel, der exponentielle Wissenszuwachs und die Individualisierung der Nachfrage erhöhen den Innovationsdruck auf Unternehmen. Studien zeigen jedoch, dass viele Innovationsvorhaben nicht den erhofften wirtschaftlichen Erfolg erzielen. Das vorliegende Buch beschreibt einen Ansatz zur Steigerung der Erfolgswahrscheinlichkeit von Innovationsprojekten durch Integration externer Partner in den Innovationsprozess.
  • Publication
    Modellierung und Simulation des thermischen Verhaltens einer Werkzeugmaschine mit der Finite-Elemente-Methode
    (Fraunhofer Verlag, 2014)
    Hu, Jiangmin
    Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Verfahren zur Modellierung des thermischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen mit Hilfe der Finite-Element-Methode (FEM) entwickelt. Vorgestellt werden zunächst die Vorgehensweise zur Erstellung der FEM-Netze und die für die Kopplung der Maschinenkomponenten notwendigen Verbindungsbedingungen. Ein weiterer Teil der Arbeit beinhaltet die Definition und Bestimmung der thermischen Belastungen und Randbedingungen. Schwerpunkt sind die konvektiven Randbedingungen. Dazu wird ein erweitertes Unterprogramm entwickelt, um Wärmeübergangskoeffizienten an die geschwindigkeits- und temperaturabhängigen Konvektionsbedingungen anzupassen und präzise zu berechnen. Darüber hinaus wird auch die Wärmeübertragung zwischen einander berührenden Bauteilen betrachtet und ein modifizierter Ansatz für die Wärmeübertragung in Wälzlager und Wälzführung hergeleitet. Mit diesem Verfahren werden die Temperatur- und Verformungszustände für verschiedene Bewegungs- und Lastfälle eines fünfachsigen vertikalen Bearbeitungszentrums berechnet und analysiert. Zur Validierung des Verfahrens sind umfangreiche experimentelle Untersuchungen durchgeführt wurde. Aus den so ermittelten instationären thermo-elastischen Simulationsergebnissen wird eine Strategie zur Umsetzung des FEM-Modells für die Kompensation thermischer Verlagerungen abgeleitet.
  • Publication
    Möglichkeiten und Grenzen des Strahlspanens mittels CO2-Hochdruckstrahlen
    (Fraunhofer Verlag, 2014)
    Bilz, Martin
    Die Nutzung eines Flüssigkeitsstrahls zum Trennen hat vielfältige Vorteile, bei geringen thermischen und mechanischen Belastungen für das zu trennende Werkstück. Das CO2-Strahlen ist ein trockener und rückstandsfreier Prozess, eignet sich jedoch nur begrenzt zum Strahlspanen von Werkstücken. Am Markt verfügbare Anlagentechnik zum CO2-Hochdruckstrahlen existiert bis heute nicht. Die bisherigen Untersuchungen konzentrierten sich einzig auf den Nachweis, dass mittels eines CO2-Hochdruckstrahls Werkstoffe beschädigt und damit getrennt werden können. Eine analytische Darstellung des CO2-Hochdruckstrahlprozesses ist auf Grund des Phasenwechsels beim Düsenaustritt anspruchsvoll und wurde ebenso wie ein Vergleich der Leistungsfähigkeit mit dem Wasserhochdruckstrahlen bisher nicht durchgeführt. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung einer Versuchsanlage zum CO2-Hochdruckstrahlen unter Atmosphärenbedingungen, eine analytische Betrachtung des CO2-Hochdruckstrahlprozesses sowie technologische Untersuchungen zum Strahlspanen von Polyurethan zur Ermittlung der Möglichkeiten und Grenzen des CO2-Hochdruckstrahlens im Vergleich zum Wasserhochdruckstrahlen.
  • Publication
    Vereinfachung der Systemmontage von metalloptischen IR-Spiegelteleskopen
    (Fraunhofer Verlag, 2014)
    Scheiding, Sebastian
    Spiegelteleskope sind ein Standard für dispersionsfreie multi- und hyperspektrale Infrarot-Abbildungssysteme. Die Ausführung als Metalloptiken, ist durch die Wirtschaftlichkeit und Flexibilität der Ultrapräzisionsbearbeitung gegeben. Die wachsende Komplexität moderner optischer Designs auf Basis von Freiformflächen oder außeraxialer asphärischer Spiegel führt zu neuen Anforderungen an die Produktion - von der Optikfertigung der Spiegel bis zur effizienten Systemmontage. Die Arbeit liefert einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Prozesseffizienz in der Produktion komplexer optischer Systeme. Grundlage ist die Vermeidung von Justierarbeiten bei der Integration durch eine konsequente Lagezuordnung der Spiegelflächen zu Bezügen in der gesamten Prozesskette der Optikproduktion, im Entwurfs-, Fertigungs- und Montageprozess. Insbesondere Lösungen zur Herstellung von Bezugsflächen durch die Ultrapräzisionsbearbeitung, als auch zur Ausrichtung der optischen Elemente bei der profilometrischen und interferometrischen Messung werden detailliert vorgestellt. Auf Basis der erzielten Erkenntnisse werden technologische Empfehlungen für die justagefreie Systemmontage komplexer Spiegelteleskope abgeleitet.
  • Publication
    Enabling sustainable value creation by engineering capacity building
    (Fraunhofer Verlag, 2014)
    Abd Elall, Sadiq Ahmad Muhammad
    Dr. Sadiq Ahmad Muhammad Abd Elall was born in Khan younis, Palestine. From 2010 to 2014 he worked as a research engineer at the Institute of Machine tools and Factory Management, at Technische Universität Berlin, Germany. Profit and growth are the major targets of industries. Industrial value creation can be measured by the level of achieving these targets. The balanced scorecard focuses on the factors that affect the industrial value creation. At the same time, industry activities have several interactions with society and the environment that significantly shape global sustainability. In this view, a so-called sustainable value creation model has been developed which integrates factors influencing industrial value creation and sustainability. In the perspective of this dissertation, human resource and especially engineers are considered as key enablers of the sustainable value creation. The development of engineering curricula that is based on the sustainable value creation model will alter the attitude of engineering students to balance the economic profit with the environmental and social benefits in their engineering solutions.
  • Publication
    Konzeption und Realisierung einer Methode zur templategestützten Systementwicklung
    (Fraunhofer Verlag, 2014)
    Königs, Simon Frederick
    Viele der zu beobachtenden Trends in der Produktentwicklung belegen eine Zunahme der technischen und prozessualen Abhängigkeiten, die sowohl bei der Produktsynthese bewusst zu gestalten als auch während der Analyse- und Bewertungsphasen zu berücksichtigen sind. Die Unübersichtlichkeit dieser Abhängigkeiten beeinflusst den Schwierigkeitsgrad der Problemstellungen, denen Ingenieure bei der Entwicklung technischer Systeme begegnen, wie auch die Konsistenz verschiedenster Produktrepräsentationen. Ziel der Arbeit ist die Konzeption und Umsetzung einer Methode zur aufwandsarmen Erhöhung der Transparenz technischer und prozessualer Abhängigkeiten sowie der Konsistenz von Produktrepräsentationen. Den Anwendungskontext bilden Industriezweige, in denen komplexe technische Systeme entwickelt werden und in denen Änderungen der Produktgenerationen mit sehr hohen Anpassungsaufwänden verbunden sind; das gilt besonders für die Automobilindustrie. Ausgehend von konkreten Anforderungen aus der Industrie beschreibt die Arbeit eine entsprechende Modellierungslösung. Auf der Grundlage einer umfassenden Umsetzung des Ansatzes als Client-Server-System werden die Lösungskomponenten anhand verschiedener technischer Systeme und Entwicklungsszenarien aus der Automobilindustrie evaluiert.
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    Nachhaltige Technologiepfade für unterschiedliche Entwicklungsniveaus
    (Fraunhofer Verlag, 2014)
    Gausemeier, Pia
    Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag dazu leisten, die rational gebotene Nachhaltigkeit über technische Innovation zu befördern. Die Arbeit präsentiert eine Methode zur Identifikation und Entwicklung nachhaltiger Technologiesysteme im Sinne konzeptueller technischer Lösungsansätze für unterschiedliche Entwicklungsniveaus und deren Anwendung. Die vier Anwendungsbeispiele beziehen sich auf die drei Lebensweltbereiche Mobilität, Energie und Produktion und Länder unterschiedlicher Entwicklungsniveaus.
  • Publication
    Patientengerechte Gestaltung computerbasierter Anwendungen in der gerätegestützten, motorischen Therapie nach Schlaganfall
    (Fraunhofer Verlag, 2013)
    Schmid, Simone
    Der Schlaganfall ist die Hauptursache für körperliche Behinderungen im Erwachsenenalter weltweit. Patienten leiden vor allem an halbseitigen Armlähmungen, deren Schweregrad durch frühzeitige, intensive und repetitive motorische Therapien beeinflusst werden kann. In der modernen Armrehabilitation werden speziell entwickelte Geräte eingesetzt, die die zeitintensive und körperlich anstrengende repetitive Bewegungsführung der Gliedmaßen übernehmen und das Klinikpersonal entlasten. Das Üben an den Therapiegeräten erfolgt weitgehend eigenständig, das heißt ohne die Notwendigkeit einer direkten therapeutischen Unterstützung. Das eigenständige Üben birgt jedoch auch einen entscheidenden Nachteil. So sind die Patienten aufgrund von Aufmerksamkeits- und Konzentrationsschwächen meist nicht in der Lage die Bewegungsgeschwindigkeit über die Übungsdauer hinweg aufrechtzuerhalten. Dies bleibt von den Therapeuten zunächst unbemerkt und führt dazu, dass die Patienten nicht die zum Therapieerfolg notwendigen Bewegung.