Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Geschäftsmodelle der Wiederaufbereitung für Hersteller von Originalteilen

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.

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Auditierung von Wissensbilanzen

2012 , Wang, Wen-Huan

Ziel dieser Arbeit ist es, eine Methode zur Qualitätssicherung von Wissensbilanzen zu entwickeln, welche den zurzeit vorhandenen Regelungslücken entgegenwirkt. Die Auditmethode wurde am Beispiel des Ansatzes .Wissensbilanz . Made in Germany. entwickelt und ermöglicht u.a. die Sicherstellung der Glaubwürdigkeit dieser Bilanzen für Stakeholder. In elf Anwendungen konnte gezeigt werden, dass die Unternehmen durch das Audit dazu befähigt werden, ihr Management des Intellektuellen Kapitals nachhaltig zu verbessern.

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Verfahren zur ad hoc-Modellierung und -Simulation räumlicher Feder-Masse-Systeme für den Einsatz in Virtual Reality-basierten Handhabungssimulationen

2009 , Neumann, J.

Seit über 20 Jahren kommen Feder-Masse-Systeme (FMS) in der Computergraphik zum Einsatz, wenn das realistische Verhalten von flexiblen Objekten simuliert werden soll. Diese Arbeit diskutiert die wesentlichsten Probleme bei FMS, wenn diese auf Tetraedernetzen implementiert werden. Die Arbeit zeigt, dass der Effekt der künstlichen Dämpfung durch die Verwendung einer expliziten Euler-Integration in Verbindung mit dem h2-Term der Taylor-Reihe vermieden werden kann. Es werden Vorschläge zur Abschätzung der massebezogenen, elastischen und dämpfungsbezogenen Eigenschaften eines FMS diskutiert und bewertet, und es kann gezeigt werden, dass sich die Simulationsergebnisse durch Homogenisierung der Punktpositionen eines FMS-Netzes mittels Voronoi-Iteration verbessern lassen. Die Tragfähigkeit erarbeiteter Verfahren wird durch simulierte Versuche an komplexen Objekten unter Beweis gestellt. Um die Relevanz des Themas zu dokumentieren, werden die Ergebnisse einer prototypischen Testimplementierung dargestellt. Der Benutzer ist in der Lage, in einer Virtuellen Realität mit einem viskoelastischen Bauteil in interaktiver Echtzeit über ein haptisches Display zu interagieren.

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Zerspansimulationslösungen für die Werkzeugkonstruktion und Prozessauslegung beim Fräsen

2008 , Mattes, A.M. , Uhlmann, E.

Der erfolgreiche Einsatz der Simulation von Fertigungsprozessen bei verschiedenen Fertigungsverfahren ist ein wichtiger Trend der letzten Jahre. Durch Simulation der auf das Werkzeug wirkenden Beanspruchungen kann zum einen dessen Leistungsfähigkeit signifikant verbessert werden. Zum anderen trägt die Simulation entscheidend zur Auslegung kostenoptimierter Prozessabläufe durch Reduktion der Bearbeitungszeit und gleichzeitige Gewährleistung hinreichender Prozesssicherheit bei. Es lassen sich zwei verschiedene Gruppen von Ansätzen identifizieren. Einerseits auf empirisch-analytischen Gleichungen basierende, andererseits mit numerischen Verfahren wie der FEM realisierte Zerspanungssimulationen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein zweidimensionales FEM-Modell zur Simulation des Fräsens mit großer Eingriffsbreite entwickelt. Darüber hinaus ist eine automatische Modellierung und Ergebnisausgabe möglich. Weiterhin ist auf Basis eines empirisch-analytischen Modells der Prozesssimulation die Berechnung von Schnittkraft und Schneidentemperatur zur Abbildung der mechanischen und thermischen Werkzeugbeanspruchung realisiert worden. Damit wird die Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Eingriffsverhältnisse und der zulässigen Grenzlasten des Werkzeugs vorgenommen. Außerdem fließen die dafür berechneten Schnittkräfte und Schneidentemperaturen in ein Modell zur Verschleißprognose ein. Zusammenfassend werden durch die Ergebnisse konkrete Potenziale für die zukünftige Weiterentwicklung der Zerspanungssimulation aufgezeigt.

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Modellierung und Simulation des thermischen Verhaltens einer Werkzeugmaschine mit der Finite-Elemente-Methode

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.

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Beitrag zu verteilten technischen Innovationsprozessen unter Berücksichtigung von Nachhaltigkeitskriterien

2011 , Severengiz, S. , Seliger, Günther

Die dauerhafte Erhaltung der ökologischen, ökonomischen und sozialen Stabilität der Erde erfordert die Entwicklung von Produkten und Dienstleistungen unter Berücksichtigung von Nachhaltigkeitskriterien. Technische Innovationen können zur Bewältigung der Herausforderung einer nachhaltigen Entwicklung einen wichtigen Beitrag leisten. Ziel der Arbeit ist es, eine Vorgehensweise zur Integration von Nachhaltigkeitsaspekten in Innovationsprojekte zu entwickeln. Wettbewerbsvorteile von nachhaltigen Produktinnovationen sollen identifiziert und Zusammenarbeitspotentiale erschlossen werden. Hierfür gilt es Bedarfsfelder frühzeitig zu erkennen und Nachhaltigkeitsanforderungen konsequent in Produktkonzepte sowie in die späteren Entwicklungsphasen zu integrieren. Die Vorgehensweise wurde sowohl am Beispiel eines anwendungsnahen Forschungsprojektes auf dem Gebiet der Schienengüterverkehrstechnik als auch in einem universitären Lehrprojekt zum Thema nachhaltige Mobilitätskonzepte in Entwicklungsländern angewendet.

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Aerodynamische Trenn- und Förderprozesse zur Steigerung der Demontageflexibilität bei Automobilkomponenten

2009 , Consiglio, S.

Ausgehend von der These, dass durch aerodynamische Trenn- und Förderprozesse der Anpassungsaufwand bei der Aufarbeitung von Komponenten reduziert werden kann, werden Lösungsvarianten für Demontagewerkzeuge erarbeitet. Die Bewertung der Lösungsvarianten erfolgt an zylindrischen Bauteilen durch experimentelle Untersuchungen. Aus den Versuchsergebnissen werden allgemeingültige Regeln zur Gestaltung aerodynamischer Trenn- und Förderwerkzeuge erarbeitet. Basierend auf den Gestaltungsregeln und einer Analyse von PKW- Austauschkomponenten werden entsprechende Werkzeuge für die Demontage von elektrohydraulischen Steuereinheiten entwickelt. Bei den aerodynamischen Werkzeugen handelt es sich um eine Ausblaseinheit, die die Bauteile aus den Aufnahmebohrungen in den Gehäusehälften herausdrückt und eine Abführeinheit, die die Bauteile über Schläuche durch An- und Umströmen in die Auffangeinheit fördert. In der Auffangeinheit werden die Bauteile durch schräges Anströmen getrennt, positioniert und orientiert. Über die erzielten Demontagezeiten, das umfangreiche prozessierte Bauteilspektrum sowie die geringen Kosten für die Fertigung und den Betrieb der Werkzeuge wird die Ausgangsthese validiert.

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Patientengerechte Gestaltung computerbasierter Anwendungen in der gerätegestützten, motorischen Therapie nach Schlaganfall

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.

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Beitrag zur Steigerung der Nutzenproduktivität durch Modularisierung von Produkten

2009 , Zettl, M.

Die Befriedigung menschlicher Bedürfnisse ist ohne die Entnahme von Ressourcen aus dem Ökosystem der Erde undenkbar. Der in den letzten Jahren drastisch gestiegene Bedarf an Ressourcen führt zu einer Reihe von ökologischen, ökonomischen und sozialen Herausforderungen weltweit. Um zukünftigen Generationen die Möglichkeit der Bedürfnisbefriedigung nicht zu verbauen, ist die Nutzenproduktivität von Ressourcen zu erhöhen. Die gezielte modulare Gestaltung von Produkten erlaubt das Verbinden von ökologischen mit ökonomischen Potentialen bei der Implementierung unterschiedlicher Ansätze zur Erreichung dieser Zielstellung. Es wird eine Methodik vorgeschlagen, mit deren Hilfe diese Potentiale abgeschätzt werden können und mit der, unterstützt durch das Softwarewerkzeug Modulkonfigurator, eine modulare Produktarchitektur entwickelt werden kann. Die Umsetzung des Modulkonfigurators erfolgt mit einem mathematischen Optimierungsmodell als internetbasierte Anwendung. Am Produktbeispiel Mobiltelefon wird die Methodik sowie der Modulkonfigurator exemplarisch erprobt.

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Planung der Wiederverwendung von Elektro(nik)altgeräten

2009 , Kernbaum, S.

Durch die Wiederverwendung von gebrauchten Elektro(nik)geräten kann deren Nutzung verlängert und somit eine Steigerung der Produktivität eingesetzter Ressourcen ermöglicht werden. Um Wiederverwendung zu ermöglichen, sind Prozesse der Aufarbeitung durchzuführen. Aufgrund der Unvorhersehbarkeit der Aufarbeitungsaufgabe gestaltet sich die Planung von Aufarbeitungsprozessen als schwierig. Hierfür wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Konzept erarbeitet, welches die Planung und Bewertung von Aufarbeitungsprozessen mit Hilfe der vier Bausteine Produktanalyse, Fabrikanalyse, Prozessdesign und Betriebsmittelauswahl sowie Bewertung ermöglicht. Kern des Ansatzes ist ein gemischt-ganzzahliges lineares mathematisches Modell zur Bewertung geplanter, produktspezifischer Aufarbeitungsprozesse unter Berücksichtigung fabrikspezifischer Merkmale. Das Konzept wurde in einem prototypischen, webfähigen Softwarewerkzeug umgesetzt, validiert und anhand eines praxisrelevanten Beispiels, der Aufarbeitung von Flachbildschirmen in vier repräsentativen Unternehmen, angewendet. Durch die Anwendung des Konzeptes wird neben der Steigerung des Dienstleistungsangebotes und Wertschöpfungsportfolios eines Unternehmens auch zur Steigerung des Nutzens eingesetzter Ressourcen beigetragen.

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