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Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK
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PublicationAutomatisierte Optimierung der Energieeffizienz verschalteter Anlagen durch steuernden Eingriff(Fraunhofer Verlag, 2023)Thiele, GregorIndustrielle Kälteanlagen bestehen aus verschiedenen Komponenten wie Kühltürmen, Kältemaschinen und Wasserkreisläufen. Über Leitsysteme lassen sich Variablen wie Drücke und Temperaturen einstellen. Die Komponenten einzeln energieeffizient zu fahren, führt nicht zum optimalen Betrieb der gesamten Anlage. Die zunehmende Vernetzung von Maschinen und Anlagen ermöglicht eine übergeordnete Orchestrierung der Teilsysteme, die neue Optimierungsaufgaben mit sich bringt. Mit OptTopo stellt dieses Buch einen Algorithmus vor, der auf Basis verschiedenartiger Modelle der Komponenten die effizientesten Werte für das Gesamtsystem berechnet. Die Berücksichtigung der Topologie verschalteter Systeme birgt Potenziale, das Optimierungsproblem zu reduzieren. Die Untersuchung weist die Machbarkeit des Ansatzes nach und zeigt auf, dass im Gegensatz zu konventionellen Ansätzen nach einmaliger Initialisierung beliebig viele Anforderungen ohne erneute Berechnung bedient werden können.
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PublicationMethodik zur modellbasierten Systemarchitekturdefinition von Smart-circular Product-Service Systems(Fraunhofer Verlag, 2022)Halstenberg, Friedrich AndreasInduziert durch Digitalisierung und Servitisierung bieten Unternehmen in zunehmendem Maße Systeme aus vernetzten mechatronischen Produkten, Software und Dienstleistungen an: sogenannte Smart-circular Product Service Systems (Smart-circular PSS). Ungeklärt ist bislang, wie Teams bei der Entwicklung von Smart-circular PSS sachgerecht methodisch unterstützt werden können. Diese Arbeit begegnet diesen Beobachtungen mit der Forschungshypothese, dass sich Systemarchitekturen von Smart-circular PSS durch geeignete Methoden des Modellbasierten Systems Engineerings (MBSE) so entwerfen lassen, dass die Systeme effektiv und effizient zu einer CE beitragen. Aufbauend auf gewonnenen Erkenntnissen wurde die Methodik zur Definition von Smart-circular PSS-Systemarchitekturen (MESSIAH) entwickelt, die Entwicklungsteams bei der Konzeptionierung von Smart-circular PSS unterstützt. Die Methode beinhaltet eine Modellierungsgenerik, eine gerichtete Methode sowie einen Baukasten zum schnellen Prototypisieren von Services. MESSIAH wurde anhand von fünf Studien evaluiert und erprobt.
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PublicationMaschine und Technologie für die Bahnerosion mit gasförmigem Dielektrikum zur Herstellung von Mikrostrukturen(Fraunhofer Verlag, 2022)Perfilov, IvanIm Rahmen der vorliegenden Arbeit erfolgt die Entwicklung eines neuartigen Maschinenkonzepts für die Bahnerosion mit gasförmigem Dielektrikum. Die Maschine verfügt über einen für die Trockenfunkenerosion entwickelten IsoPuls-Relaxationsgenerator, welcher die Variabilität und Steuerbarkeit eines statischen Generators mit der hohen Entladefrequenz sowie geringen Entladeenergien von Relaxationsgeneratoren kombiniert, sowie auch über eine technologisch optimierte Maschinensteuerung. Die technologischen Untersuchungen und erzielten Erosionsergebnisse zeigen die Eignung des vorgestellten Maschinenkonzepts sowie das Anwendungspotenzial der Bahnerosion mit gasförmigem Dielektrikum für den Einsatz in der Mikroproduktion. Damit liefert diese Arbeit nicht nur einen Beitrag zum besseren Prozessverständnis der Trockenfunkenerosion, sondern zeigt auch eine Vorgehensweise auf, wie ein innovatives Maschinenkonzept und die zugrunde liegende Technologie zu realisieren sind.
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PublicationMicrostructure and Mechanical Properties of Refill Friction Stir Spot Welding of AM50 Cast Magnesium Alloy(Fraunhofer Verlag, 2022)Fu, BanglongMagnesium (Mg) alloys have been considered as an important material in aerospace, sport, electrical, railway systems and, most importantly, in automotive industry, which comprises 80% of Mg usage. In order to enlarge its usage, appropriate welding methods should be investigated. Refill friction stir spot welding (refill FSSW) is a novel solid-state welding technology. Due to the significant merits of keyhole-free weld, improved mechanical properties, etc., it has been successfully used for the welding of Al-based similar and dissimilar combinations. However, studies concerned with Mg alloys are limited. The feasibility of refill FSSW of casting Mg alloy AM50 was investigated firstly. Defect-free welds with flat surface and high performance were obtained successfully. Moreover, a modified method, differential rotation refill FSSW (DR-refill FSSW), was developed. DR-refill FSSW provides a new and effective strategy for improving the performance of spot welds based on microstructural engineering.
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PublicationCFK-Module zur adaptronischen Kompensation thermisch induzierter Winkelverlagerungen an Werkzeugmaschinen(Fraunhofer Verlag, 2022)Marcks, PhilippThermische Verlagerungen an Werkzeugmaschinen sind bis heute ein unmittelbar qualitätsbeeinflussendes Kriterium. In Abhängigkeit der Werkzeugmaschinenstruktur sind diese mitunter sehr schwer bis gar nicht kompensierbar. Eine Methode, thermisch induzierte Winkelverlagerungen unabhängig von der Anzahl der angetriebenen Achsen zu kompensieren, wird im Rahmen dieser Arbeit untersucht und im Ergebnis als adaptronisches System vorgestellt.
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PublicationGeschäftsmodellentwicklung in KMU(Fraunhofer Verlag, 2022)Steinhöfel, ErikEinzelne Innovationen auf Ebene von Produkten, Prozessen und Geschäftsmodellen verlieren für die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen zunehmend an Bedeutung. Vor diesem Hintergrund stellt diese Arbeit eine erprobte, praxisorientierte Methode bereit, um die komplexe Aufgabe der kontinuierlichen Geschäftsmodellentwicklung systematisch und strukturiert in kleinen und mittleren Unternehmen umzusetzen.
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PublicationPrototyping von Produkt-Service Systemen und Smart Services in der Konzeptphase des Entwicklungsprozesses(Fraunhofer Verlag, 2019)Exner, KonradAus politischer und wirtschaftlicher Sicht wurden in den letzten Dekaden zwei Treiber eines notwendigen Wandels fokussiert: Zum einen die systematische Unterstützung des gesamtwirtschaftlichen Trends hin zu einer Dienstleistungsgesellschaft, zum anderen die Digitalisierung und Automatisierung der Industrie zur Steigerung der Qualität und Effizienz. Die Evolution und Synthese dieser beiden Perspektiven führte zur Verbreitung und Akzeptanz ganzheitlicher Leistungsangebote sowie der damit einhergehende Bedarf der Wirtschaft diese Produkt-Service Systeme (PSS) erfolgreich zu entwickeln. Die vorliegende Arbeit fokussiert dazu die frühe Phase des Entstehungsprozesses und adressiert Lösungen, die es ermöglichen erste Konzepte von PSS mittels innovativer Prototypen für die am Prozess beteiligten Stakeholder erlebbar und bewertbar zu machen. Zudem befähigt die Methode die Konzeptionierung von Smart Services. Beide Lösungen sind synergetisch in einer ganzheitlichen Entwicklungsvorgehensweise verortet und bieten somit die Möglichkeit einer systematischen Entwicklung. Die entwickelten Ergebnisse befähigen die digitale Transformation der Unternehmen im Zeitalter der Digitalisierung.
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PublicationGestaltungsrichtlinien für die Visualisierung von Produktinformationen in der virtuellen Umgebung CAVE zur Unterstützung von Design Review TeamsIn der Virtuellen Produktentstehung ist die neue Technologie der Virtual Reality ein breit eingesetztes Werkzeug. Insbesondere für Design Reviews bietet Virtual Reality die Absicherung des virtuellen Produktes in Originalgröße und dessen Erlebbarkeit an. Um Entscheidungen hinsichtlich Konstruktionsausprägungen in virtuellen Design Reviews zu unterstützen wird in dieser Arbeit eine geeignete Visualisierungslösung entwickelt. Mittels User Centered Design gelingt hier die Integration von notwendigen Produktmetadaten und Geometriemodell in der virtuellen Realität.
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PublicationNumerische Prozesssimulation zur Auslegung des Druckfließläppens am Beispiel additiv gefertigter BauteileFür die Feinbearbeitung von Bauteilen mit komplexer Geometrie, insbesondere in innenliegenden Bereichen, mit höheren Ansprüchen an die Oberflächengüte hat sich das Druckfließläppen in der industriellen Anwendung etabliert. Mit dem Verfahren lassen sich zudem Grate entfernen und Kanten definiert konturieren. Für den abrasiven Vorgang sorgen in ein polymeres Basismedium eingebettete Schleifkörner. In der vorliegenden Arbeit wird ein rheologisches Modell zur Beschreibung der viskoelastischen Eigenschaften der abrasiven Medien entwickelt und in konventionelle Simulationssoftware implementiert. Der Abgleich zwischen Simulations- und Arbeitsergebnissen erfolgt am Beispiel additiv gefertigter Bauteile aus verschiedenen Werkstoffen. In diesem Zusammenhang wird auch das Potenzial für das Druckfließläppen laserstrahlgeschmolzener Bauteile aufgezeigt. Als Ergebnis liegt ein Simulationstool zur Prognose der Bearbeitungsergebnisse vor, welches sich auf beliebige Anwendungsszenarien übertragen lässt. Auf diese Weise wird zukünftig der Versuchsaufwand zur Prozessauslegung und -optimierung signifikant reduziert.