Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Project-Based Learning in Engineering Education – Developing Digital Twins in a Case Study
    ( 2023)
    Hagedorn, Lisa
    ;
    Riedelsheimer, Theresa
    ;
    Stark, Rainer
    The current engineering environment demands for an increasing level of interdisciplinarity, innovation, creativity and cross-domain thinking as well as the consideration of sustainability aspects. New concepts, such as Digital Twins and complex product systems lead to the need for integrated product development approaches and new methods that put the user perspective in focus. This also needs to be an integral part in today's teaching concepts of the next generation of engineers.At the Department of Industrial Information Technology of the Technical University of Berlin, a case study was conducted by applying a concept of project-based learning in the engineering domain to address these challenges. In this paper, the case study as well as the method and its validation are presented. Students from different engineering disciplines had the task of developing virtual and physical prototypes for a sustainable, complex product system with a digital twin and respective sustainable business models. Within a structured survey, the teaching concept and the applied method were validated and lessons learned as well as further improvement measures are derived.
  • Publication
    Simulativer Vergleich tubularer Peltierelemente
    ( 2022)
    Binninger, Roland
    ;
    Pernau, Hans-Fridtjof
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    Schäfer-Welsen, Olaf
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    Triebel, Florian
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    Polte, Mitchel
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    Uhlmann, Eckart
    Der Einsatz von Peltierelementen bietet in der Temperierung von Prozessen und Bauteilen einen großen Vorteil gegenüber der in technischen Anwendungen üblicherweise eingesetzten Fluidkühlung. Sie pumpen Wärme rein elektrisch und stellen Temperaturen sehr schnell sowie präzise ein. Für eine neuartige, thermoelektrisch temperierte Motorspindel wurden in Kooperation zwischen dem Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM und dem Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb IWF der Technischen Universität Berlin zwei unterschiedliche Ansätze tubularer Peltierelemente simulativ verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass es mit beiden Konzepten möglich ist, induzierte Wärmeströme am Lagersitz abzu­führen, um diesen auf eine vorgegebene Temperatur zu regeln.
  • Publication
    Prozesstechnologien für die funkenerosive Senkbearbeitung einer Siliziumnitrid-Titannitrid-Keramik mit reduzierter elektrischer Leitfähigkeit
    (Fraunhofer Verlag, 2022)
    Wolf, Cora-Sophia
    ;
    Uhlmann, Eckart
    Siliziumnitridkeramiken stellen aufgrund der gesteigerten Verschleißfestigkeit sowie Härte ein großes Potential für den Einsatz als Werkzeugwerkstoff bei der Glasformgebung mittels nicht-isothermen Blankpressens dar. Die genannten Eigenschaften erschweren allerdings die Werkzeugfertigung mit spanenden Verfahren. Eine Lösungsmöglichkeit stellt die funkenerosive Bearbeitung elektrisch leitfähiger Keramiken dar. Aufgrund der Komplexität der Funkenerosion stehen keine Kenntnisse für die wirtschaftliche Bearbeitung neu entwickelter Werkstoffe zur Verfügung. Das Ziel dieser Arbeit ist daher die Bereitstellung von Prozesstechnologien auf Basis grundlegender Erkenntnisse zur funkenerosiven Senkbearbeitung und zum Abtragverhalten einer neuen Siliziumnitrid-Titannitrid-Keramik. Dafür erfolgen Untersuchungen sowie Neuentwicklungen von Prozesstechnologien für Keramiken mit variiertem Titannitridgehalt. Die vorherrschenden Abtragmechanismen werden durch Gefüge- und Oberflächenanalysen bestimmt. Mit den Erkenntnissen der Arbeit wird eine Modellvorstellung zum Abtragverhalten der Keramiken abgeleitet. Abschließend erfolgt die Fertigung eines Demonstrators.
  • Publication
    Spanbildungsmodellierung unter Berücksichtigung von in situ Dehnungsmessungen bei der Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide
    (Fraunhofer Verlag, 2022)
    Henze, Steffen
    In dieser Arbeit werden neuartige Erkenntnisse über die Vorgänge in der Spanbildungszone während der Spanbildung beschrieben. Durch die Verwendung von hochenergetischer Röntgenstrahlung wird der sich einstellende Spannungszustand in der Spanbildungszone experimentell bestimmt. Diese Erkenntnisse dienen zur Aufstellung eines Spanbildungsmodells und der Entwicklung einer numerischen Zerspanungssimulation.
  • Publication
    Wasserabrasivinjektorstrahlen zum Formdrehen von Titanaluminid
    (Fraunhofer Verlag, 2022)
    Flögel, Karsten
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    Uhlmann, Eckart
    Zu den kritischen Erfolgsfaktoren beim Wasserabrasivinjektorstrahlen zählen insbesondere die Wahl des geeigneten Abrasivmittels sowie die passenden Parameterwerte im Rahmen der Prozessauslegung. Obwohl die Bearbeitung mit dem Wasserabrasivinjektorstrahl nahezu ohne thermische Beeinflussung der oberflächennahen Randzone erfolgt, werden die industriellen Anwendungsmöglichkeiten weiterhin nur in geringem Maße ausgeschöpft. Die Prozessauslegung bei der Strahlbearbeitung rotierender Werkstücke basiert nach wie vor vordergründig auf Erfahrungswissen der Anwender. Die rückwirkungsfreie Strahlwirkung erfordert zusätzlich eine werkstoffspezifisch-empirische Prozessbeschreibung. Um eine wissensbasierte Prozessauslegung zum Formdrehen mit dem Wasserabrasivinjektorstrahl zu ermöglichen, werden in dieser Arbeit grundlegende Erkenntnisse zum Einsatzverhalten des Wasserabrasivinjektorstrahls bei der Konturbearbeitung eines Titanaluminid beschrieben. Ferner werden die Voraussetzungen für eine Übertragbarkeit auf weitere industrielle Anwendungsfälle geschaffen.