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Untersuchungen zur Beeinflussung der Geometrie und Werkstoffeigenschaften laserimplantierter Werkzeugstahloberflächen sowie zum tribologischen Einsatzverhalten

2022 , Spranger, Felix

In einer Vielzahl technischer Anwendungen spielt die Schaffung und Aufrechterhaltung eines definierten tribologischen Verhaltens zwischen in Kontakt tretenden Wirkflächen für die Funktionalität von Bauteilen oder Werkzeugen eine entscheidende Rolle. Verfahren der Oberflächentechnik verfolgen das Ziel, entweder durch eine Manipulation der Werkstoffeigenschaften oder durch eine Strukturierung der Wirkfächen diese anzupassen. Obwohl erhabene Mikrostrukturen großes Potenzial zur gezielten Manipulation zeigen, wurden diese bislang wenig betrachtet, da sie anfällig für Verschleiß sind und nur schwer hergestellt werden können. Mit der Laserimplantation ist ein Verfahren bekannt, welches diese Hemmnisse überwindet und eine Generierung verschleißbeständiger, erhabener Mikrostrukturen (Implants) durch ein gepulstes Laserdispergieren keramischer Hartstoffpartikel in Wirkflächen zulässt. Um eine breite Nutzbarkeit zu erreichen, wird in dieser Arbeit eine Erweiterung des Prozessverständnisses forciert, sodass die geometrischen als auch werkstofftechnischen Implanteigenschaften zielgerichtet manipulierbar werden. Des Weiteren wird die tribologische Wirkweise implantierter Oberflächen betrachtet.

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Requirements-driven Identification and Validation of Reusable System and Development Elements

2021 , Sünnetcioglu, Atakan

The well-known benefits of reuse in product development are reduced necessary effort, shorter development cycles and increased product quality due to the more mature solutions that are integrated into new products. Although it sounds paradox, reusing existing solutions in new development projects is one of the possibilities to increase the innovation power of a company. By applying reuse in a systematic way where applicable, product development teams can create additional resources for more innovative aspects of new products. This book reveals a requirements-driven approach for the identification of reuse in development projects. In this approach, product developers compare requirements of ongoing and completed projects to identify related requirements, which are suitable for reuse since they can be fulfilled with same solutions. However, comparison of requirements specifications is an elaborate and time consuming task for product developers.

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Einfluss des Post-Processings auf laserstrahlgeschmolzene Bauteile am Beispiel von ß-Titanlegierungen

2021 , Gerlitzky, Georg

Additive Fertigungsverfahren wie das Laserstrahlschmelzen gewinnen bei der Fertigung von individualisierten Produkten immer mehr an Bedeutung. Dass liegt vor allem an der hohen geometrischen Gestaltungsfreiheit des Verfahrens und der guten Werkstoffausnutzung, die vor allem bei teuren Hochleistungswerkstoffen von Vorteil ist. Dem Durchbruch des Laserstrahlschmelzens für diese Werkstoffe stehen allerdings Probleme, wie geringe Produktivität und die mangelnde Integration in produktive Prozessketten gegenüber. Damit einhergehend besteht Forschungsbedarf hinsichtlich des Einflusses von Post-Prozessen, wie Wärmebehandlung und Nachbearbeitung, auf die Eigenschaften der laserstrahlgeschmolzenen Bauteile. In dieser Arbeit werden am Beispiel des Werkstoffs Ti 5553 zunächst Prozessgrundparameter zur Qualifizierung des Werkstoffs für das Laserstrahlschmelzen untersucht. Anschließend werden die Einflüsse der Wärmebehandlung und der Nachbearbeitung auf die Bauteileigenschaften quantifiziert. Abschließend werden Wechselwirkungen zwischen den Post-Prozessen aufgezeigt und Versagensmechanismen auf Basis der Belastungsarten charakterisiert. Die erarbeiteten technologischen Grundlagen können bei der anforderungsgerechten Auslegung von Prozessketten für das Laserstrahlschmelzen behilflich sein und somit breitere Anwendungsfelder für das Verfahren erschließen.

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Artefaktkorrektur für die 3D-Röntgenbildgebung auf Basis synthetischer Röntgenprojektionen

2021 , Melnik, Steffen

Die Computertomografie ermöglicht es innere Strukturen von Prüfkörpern dreidimensional darzustellen. Dabei wird eine Vielzahl von Röntgenbildern aus verschiedenen Projektionswinkeln aufgenommen und mittels Rekonstruktionsverfahren zu einem volumetrischen Datensatz verrechnet. Während der Berechnung kommt es in der 3D-Rekonstruktion zu sogenannten Artefakten. Dabei handelt es sich um Bildstörungen die eine Auswertung der Daten erschweren. Diese Arbeit widmet sich der Beantwortung der wissenschaftlichen Fragestellung ob und in welchem Umfang synthetische Röntgenprojektionen zur Korrektur von Artefakten in der Computertomographie eingesetzt werden können. Dazu wurde ein softwarebasiertes Artefaktkorrekturverfahren entwickelt, welches aus den Schritten Modellierung, Registrierung, Projektionsbildgenerierung, Korrektur und 3D-Rekonstrukrtion besteht. Die Eignung des vorgeschlagenen Verfahrens zur Artefaktkorrektur wird diskutiert und Potenziale aufgezeigt. Ferner werden die verschiedenen Einflussfaktoren hinsichtlich einer exakten Simulation untersucht.

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Selbstoptimierendes System zur aktiven Schwingungskompensation in Werkzeugmaschinen

2021 , Mewis, Jan

Die Werkzeugmaschinenindustrie ist charakterisiert durch ständig steigende Anforderungen an Fertigungskosten und -qualität. Der dadurch zunehmenden Belastung der Werkzeugmaschinen muss durch geeignete Maßnahmen entgegengewirkt werden. Insbesondere das dynamische Verhalten hat einen hohen Anteil an der erreichbaren Produktivität und Fertigungsgenauigkeit. Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung erfordert eine Verringerung der Massen. Gleichzeitig ist jedoch auch eine Erhöhung der Dämpfung und der Steifigkeit gefordert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Entwicklung eines aktiven, robusten, sowie sich selbst identifizierenden und optimierenden Systems zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen durchgeführt und evaluiert. Die Modelle und Grundlagen hierfür sind systematisch erarbeitet, nachvollziehbar dargestellt und zielgerichtet miteinander verknüpft worden. Die Dämpfungswirkung konnte anhand eines aktiven Mehrgrößensystems mit signifikanten Interaktionen nachgewiesen werden, das seriell in den Kraftfluss eines Maschinengestells integriert wurde. Zusammen mit den entwickelten Methoden sind die Modelle auf beliebige linearisierbare aktive Mehrgrößensysteme anwendbar.

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Digitale Unterstützung der aktiven Kundenintegration zur Optimierung der Produktentwicklung

2021 , Damerau, Thomas

Die Dissertationsschrift beschäftigt sich mit der Frage, wie technikaffine Nutzer mittels digitaler Modelle aktiv in den Prozess der Produktentwicklung integriert werden können. Mit dem Ziel, einen Dialog zwischen Produktentwicklern und einer Nutzer-Community zu ermöglichen, entwirft die Arbeit einen PLM-zentrierten Ansatz, der sich den Modellen der Produktentstehung als Intermediär bedient. Der Ansatz umfasst sowohl eine Prozess- und Methodenbeschreibung als auch ein prototypisch realisiertes IT-Konzept, welches die gesamte Prozesskette von der Integration des Nutzers bis zur Informationsauswertung unterstützt. Wissenschaftlich zeigt die Arbeit einerseits, dass der Einsatz von Modellen aus der Produktentstehung technisch versierte Nutzer dabei unterstützt, ihr Lösungswissen zu kommunizieren und darüber hinaus die Beitragsquantität und -qualität zu steigern. Andererseits wird nachgewiesen, dass eine produktmodellgestützte Visualisierung Produktentwicklungsingenieure bei deren Auswertung unterstützt. Das IT-Konzept bietet Anknüpfungspunkte für die künftige Erforschung der Wirkweisen und Wirkung der aktiven virtuellen Kundenintegration in die Produktentwicklung.

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Towards Robust Object Detection and Pose Estimation as a Service for Manufacturing lndustries

2021 , Rudorfer, Martin

The trend towards high-mix and low-volume production demands flexible and reconfigurable control for assembly systems. In less-structured environments, object detection and pose estimation is a key capability to enable industrial robotics applications such as grasping, handling and assembling. The integration and interconnectivity of such automation functions is fostered by Industry 4.0 through the adoption of service-based ecosystems. The main objective of this thesis is to create a service-based framework for object detection and pose estimation in manufacturing environments. This could be a viable alternative to traditional machine vision systems such as smart cameras and embedded PCs, which are challenged by the high diversity and fast-paced progress in the field of object detection and pose estimation. We approach this problem in three steps: First, by designing a service-based framework that allows to handle all methods uniformly. Second, by examining the integration of three exemplary object detection and pose estimation methods, and third, by characterizing the strengths and weaknesses of the proposed solution compared to traditional machine vision systems.

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Einsatzverhalten keramisch gebundener Gleitschleifkörper

2021 , Eulitz, Alexander

Zu den kritischen Erfolgsfaktoren beim Gleitschleifen zählt insbesondere die Wahl eines geeigneten Schleifkörpers sowie passender Parameterwerte im Rahmen der Prozessauslegung. Obwohl die Anfänge der Gleitschleifbearbeitung vermutlich bis in das Altertum zurückreichen, basiert die Prozessauslegung nach wie vor vordergründig auf Erfahrungswissen der Anwender. Um eine wissensbasierte Prozessauslegung zu ermöglichen, werden in dieser Arbeit grundlegende Erkenntnisse zum Einsatzverhalten keramisch gebundener Gleitschleifkörper unterschiedlicher Form und Größe beschrieben. Weiterhin werden die Voraussetzungen für eine Übertragbarkeit auf industrielle Anwendungsfälle geschaffen.

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Bedienung digitaler Menschmodelle zur Absicherung manueller Montagetätigkeiten durch Virtual-Reality-Interaktion

2021 , Geiger, Andreas

Der Einsatz digitaler Menschmodelle zur Absicherung manueller Montagetätigkeiten ermöglicht die frühzeitige Berücksichtigung von ergonomischen Kriterien bei der Auslegung von Produktionsanlagen. Die Nutzung und Bedienung der Software von digitalen Menschmodellen benötigt jedoch umfassende Schulung und ist daher kosten- und zeitintensiv. Dieses Buch stellt ein Virtual Reality basiertes System vor, das die Bedienung und Anwendung digitaler Menschmodelle intuitiv ermöglicht. Durch die Nutzung der eigenen Hände mit digitalem Abbild in Virtual Reality und durch eine automatisierte Auswertung der durchgeführten Interaktionen, werden Simulationsrandbedingungen für ein digitales Menschmodell definiert. Dadurch wird die Perspektive der Anwender*innen verändert - sie werden von reinen Nutzer*innen einer Software zum Bestandteil der Softwareumgebung selbst. In mehreren Studien wurde das entwickelte System überprüft und auf die Anwendbarkeit in Unternehmen untersucht.

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Modularized and Reconfigurable Machine Tool Frames based on Polyhedral Building Blocks

2021 , Peukert, Bernd Walter

The versatility of modern manufacturing is ever-increasing. Reconfigurable manufacturing systems are one proposed solution to offer concurrent flexibility and productivity and enable manufacturing systems to adapt to rapidly changing requirements. However, modern machine tools do not fully comply with the requirements of the reconfigurability paradigm. One reason lies in the limited changeability of the machine tool frame itself, as machine tool frames are usually designed as platforms with a limited set of predefined configurations. This thesis presents a mechatronic building block system for the modularization of machine tool frames. The building block system consists of passive, smart, and active building blocks. Following a bottom-up approach, the research starts with the idea of tessellating the machine tool frame with a suitable polyhedral geometry. A novel methodology is used to grade several geometries and leads to the selection of the hexagonal prism as the basic building block geometry. The investigations proceed with the design and experimental investigation of the individual building blocks and concludes with the configuration and realization of a modular and reconfigurable three-axis milling machine tool.