07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik
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Item Open Access 0D/1D investigations on SI-engines for optimal engine and system efficiency(2023) Negüs, Cihat Feyyaz; Bargende, Michael (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access 3-D-Umgebungserfassung für teil-autonome mobile Roboter(2014) Arbeiter, Georg; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult.)Die Servicerobotik hat in den letzten Jahren sowohl durch kostengünstige Sensorik und Aktorik als auch durch verbesserte Algorithmen einen großen Schritt nach vorne gemacht. Dabei hat sich gerade die Wahrnehmung als eine Schlüsseltechnologie für eine erfolgreiche Weiterentwicklung herauskristallisiert. Leistungsfähige 3-D-Kameras und effiziente Verfahren zur Sensordatenverarbeitung ermöglichen es Robotern, ihre Umwelt wahrzunehmen, zu interpretieren und darauf basierend Handlungen abzuleiten. Trotz dieser Fortschritte ist ein voll-autonomer Betrieb von mobilen Robotern in für Menschen gemachten Umgebungen mittelfristig nicht möglich. Ein Hauptgrund dafür ist die Vielzahl nicht vorhersehbarer Ausnahmefälle, mit denen ein Roboter in einem nur teilweise bekannten und dynamischen Umfeld konfrontiert wird. Diese Arbeit behandelt die Erfassung der Umwelt mit 3-D-Kameras im teil-autonomen Betrieb. Ziel ist es, ein Umgebungsmodell zu erzeugen, das sowohl für die autonomen Funktionen des Roboters wie Navigation oder Manipulation verwendet werden kann als auch eine Hilfe für einen menschlichen Teleoperator bietet. Dadurch stellen sich besondere Anforderungen an die verwendete Repräsentation. Diese muss sowohl vom Roboter als auch vom Bediener verstanden werden. Weiterhin ist die Umwandlung der Sensordaten in die Repräsentation durch ein geeignetes Verfahren ein Kernpunkt dieser Arbeit. Dieses Verfahren muss nicht nur ein Modell der Umwelt mit ausreichender Genauigkeit erzeugen, sondern auch eine entsprechende Verarbeitungsgeschwindigkeit für den Einsatz auf einem Roboter ermöglichen. Nach der Aufstellung von Anforderungen wird ein Verfahren zur \umerf konzipiert und umgesetzt. Dieses erzeugt ein hybrides Umgebungsmodell, bestehend aus einer Punkte- und einer Geometriekarte. Die Punktrepräsentation kann vom Roboter für die Hindernisvermeidung während Navigation und Manipulation verwendet werden, besitzt jedoch ein großes Datenvolumen und lässt sich schwer visualisieren. Deswegen werden aus den Sensordaten geometrische Primitive abgeleitet und in einer Geometriekarte gespeichert. Dies führt zu einer hohen Datenkompression ohne den Verlust wichtiger Information. Diese Repräsentation lässt sich gut zu einem menschlichen Bediener übertragen und dort anzeigen. Die Ableitung geometrischer Basisformen wie Ebenen oder Zylinder nimmt einen Großteil dieser Arbeit ein. Zunächst werden Filter für die von den 3-D-Kameras ausgegebenen Punktwolken betrachtet. Diese können Rauschen eliminieren oder die Dichte der Punktwolke beeinflussen. Im nächsten Schritt werden die Sensordaten in einem gemeinsamen Koordinatensystem registriert. Dies ist notwendig, da sowohl die Sensordaten als auch die Roboterposition mit Fehlern behaftet sind. Die registrierten Punktwolken werden im nächsten Schritt segmentiert. Hierbei kommt ein Verfahren zum Flächenwachstum auf Basis von Normalenvektoren zum Einsatz. Die entstehenden Segmente können anhand geometrischer Eigenschaften in Basisgeometrien klassifiziert werden. Diese werden abschließend in einer Geometriekarte vereint. Für alle Teilschritte erfolgt eine Evaluierung gegenüber Verfahren aus dem Stand der Technik hinsichtlich Genauigkeit und Rechengeschwindigkeit. Abschließend erfolgt die Validierung der Funktionsweise anhand typischer Innenraumszenen und die Veranschaulichung durch ein Anwendungsbeispiel.Item Open Access 3D CFD Simulation von Turboladern innerhalb einer Motorumgebung(2014) Boose, Benjamin; Bargende, Michael (Prof. Dr.)Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wird das Verhalten mehrflutiger Abgasturbolader innerhalb einer Motorumgebung mit pulsierenden Randbedingungen in verschiedenen Motorbetriebspunkten mittels eines CFD Ansatzes untersucht. Dazu wird ein vollständiges dreidimensionales Strömungsmodell eines asymmetrischen Zwillingsstromturboladers aufgebaut, beginnend bei den Abgaskrümmern über die Turbinen- und Verdichtergehäuse inklusive der kompletten Laufräder bis hin zum Vorkatalysator. Die Eintrittsrandbedingungen für die Abgaskrümmer bestehend aus zeitabhängigem Massenfluss und Temperatur für zwei Motorbetriebspunkte bei hoher und niedriger Drehzahl werden von einem eindimensionalen Strömungsmodell des gesamten Motors generiert. Die Turbinen- und Verdichterseite des Modells sind durch ein Momentengleichgewicht gekoppelt und die aktuelle Turboladerdrehzahl wird für jeden Zeitschritt berechnet. Aus diesem Grund werden für die Analyse des Turboladers weder Turbinen- noch Verdichterkennfelder benötigt. Um die Rotation der Laufräder zu modellieren, wird ein Ansatz mit explizit bewegten Gittern verwendet und die Laufradgitter werden vor jedem Zeitschritt mittels eines Gitterinterfaces an die stationären Gehäuse gekoppelt. Als Ergebnisse des Modells werden verschiedene zeitaufgelöste physikalische Größen sowie Wellenleistung und Laderdrehzahl ausgewiesen. Auf Grund der pulsierenden Druckrandbedingung ist es ebenfalls möglich, die instationären Effekte wie Befüllen und Entleeren der Turbine zu untersuchen. Darüberhinaus ist das Modell dieser Forschungsarbeit in der Lage sowohl den instationären Wirkungsgrad unter Druckpulsationen als auch die Überströmverluste, welche durch die unterschiedlichen Druckniveaus der Fluten bei pulsierender Beaufschlagung entstehen, zu analysieren. Um diese Verluste zu quantifizieren, werden neue Kennzahlen eingeführt. Auf Basis der asymmetrischen Zwillingsstromturbine wird eine Doppelstromturbine und eine symmetrische Zwillingsstromturbine mit dem selben Volumen konstruiert. Es werden identische Randbedingungen und die gleichen Laufräder für die Analyse der beiden neuen Varianten verwendet. Diese Turbinenlayouts werden mit dem Ausgangsmodell bezüglich Laderdrehzahl, Wellenleistung und instationärem Wirkungsgrad verglichen. Mit Hilfe neu eingeführter Kennzahlen ist ein Vergleich der Überströmverluste innerhalb der Turbine und des daraus folgenden Rückströmens in den Abgaskrümmer möglich. Das Rückströmen führt zu einem erhöhten Abgasgegendruck und beeinflusst den Ladungswechsel des Zylinders.Item Open Access 3D Texturanalyse von Computertomographiedaten für die automatisierte Qualitätskontrolle von faserverstärkten Kunststoffen(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2022) Frommknecht, Andreas; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult.)Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Qualität von Faserverbundkunststoffen (FVK). FVK sind Leichtbaumaterialien, die sich durch eine hohe Steifigkeit und Festigkeit auszeichnen. Aufgrund dieser Eigenschaften werden sie oft in sicherheitskritischen Bereichen eingesetzt, welche umfassende zerstörungsfreie Prüfmethoden erfordern. In der Arbeit wird dargelegt, dass die röntgenbasierte industrielle Computertomographie (CT) unter den zerstörungsfreien Prüfmethoden die umfangreichsten Informationen liefert. Es wird auf verschiedene geeignete CT-Auswertemethoden insbesondere zur Erkennung von Defekten und der Analyse der Faserorientierung eingegangen. Anhand der jeweiligen Schwächen dieser Verfahren wird die zu lösende Problemstellung abgeleitet. Die in der zweidimensionalen Bildverarbeitung weit verbreitete Texturanalyse stellt sich hierbei als geeignete Basis heraus, diese Probleme zu adressieren. Allerdings ist ein zweidimensionales Verfahren nicht ausreichend, um die komplexe dreidimensionale Struktur von FVK zu erfassen. Deshalb wird in der Arbeit eine neu entwickelte 3D Texturanalyse vorgestellt, die sowohl in der Lage ist Defekte zu erkennen, als auch Faserorientierungen zu bestimmen. Auch quantitative Informationen, wie die Defektposition und größe, sind aus den erzielten Ergebnissen des entwickelten Verfahrens ableitbar. Die in C++ implementierte 3D Texturanalyse zeigt bei der systematischen Untersuchung der Leistungsfähigkeit hinsichtlich Defekterkennung und Bestimmung der Faserorientierung gute Auswertungsergebnisse. Die Laufzeit des Verfahrens kann aufgrund der großen zu verarbeitenden Datenmenge bei der Computertomographie von wenigen Minuten auf über eine Stunde ansteigen. Hier sind weitere Optimierungen notwendig. Allgemein zeigt diese Arbeit, dass das umgesetzte Verfahren, nur durch Änderung der Parametrierung, sowohl zur Analyse der Struktur in Form der Faserorientierung, als auch zur Defekterkennung geeignet ist.Item Open Access Abdichtung drallbehafteter Dichtungsgegenlaufflächen - Messung, Analyse, Bewertung und Grenzen(Stuttgart : Institut für Maschinenelemente, 2017) Baumann, Matthias; Haas, Werner (Prof. Dr.-Ing. habil.)Item Open Access Abdichtung trockener Stäube mit fettgefüllten berührungsfreien Wellendichtungen(Stuttgart : Institut für Maschinenelemente, 2018) Bosch, Florian; Haas, Werner (apl. Prof. Dr.-Ing. habil.)Die vorliegende Arbeit erweitert, ausgehend vom Stand der Technik, bestehende Konstruktionsrichtlinien für fettgefüllte berührungsfreie Wellendichtungen (FBFWD) zur Abdichtung von trockenen Schmutzpartikeln und gibt Ratschläge für deren zuverlässigen Betrieb. Bei FBFWD gibt es keinen Kontakt zwischen relativ zueinander bewegten Teilen der Dichtung. Die Dichtung arbeitet daher verschleißfrei. Bei der Abdichtung von Schmutzpartikeln ist darauf zu achten, dass sich der fettgefüllte Spalt öffnet. In die Dichtung eindringende Schmutzpartikel werden dann vom Schmierfett an den Spaltwänden gebunden und am weiteren Vordringen in die Dichtung gehindert. Damit FBFWD dauerhaft zur Abdichtung von Schmutzpartikeln eingesetzt werden können, muss das verschmutzte Schmierfett in der Dichtung rechtzeitig durch frisches Schmierfett ersetzt werden. Dies wurde im Rahmen dieser Arbeit in Versuchen mit frischem, gealtertem und verschmutztem Schmierfett untersucht. Aus den Ergebnissen wird eine Empfehlung für die erforderliche Nachschmiermenge formuliert. Darüber hinaus wird die Bewegung der im Schmierfett gebundenen Schmutzpartikel in einem Modell erläutert. Die Bewegung der Schmutzpartikel im Schmierfett tritt bei lokalem Überschreiten der Fließgrenze im Bereich der Schmutzpartikel ein. Diese Bewegung tritt bei Rotation der Welle ein und wird alleine durch die Fliehkraft ausgelöst. Eine Fettströmung im Spalt tritt bei geöffnetem Spalt nicht auf und ist daher nicht an der Bewegung der Schmutzpartikel beteiligt. Die überschlägige Überprüfung des Modells zeigt, dass es eine fliehkraftbedingte Bewegung der Schmutzpartikel im Schmierfett bereits unterhalb der Drehzahl gibt, die für einen geöffneten Spalt notwendig ist. Im ungünstigen Fall werden dabei Schmutzpartikel an die Spaltwand gedrängt und können infolge dessen nicht mehr durch Nachschmieren aus der Dichtung gefördert werden. Das Modell ist daher Ausgangspunkt zur Reduzierung des Bauraums, da Partikel aus bestimmten Spalten (jedem zweiten Axialspalt) nicht ausreichend durch Nachschmieren entfernt werden können. Neben wichtigen Betriebsanweisungen werden in dieser Arbeit bestehende Gestaltungsregeln so erweitert, dass eine zielsichere Konstruktion von FBFWD möglich ist. Durch die geeignete Anordnung der Dichtung in ihrem Umfeld (z.B. ein fettgeschmiertes Lager) kann die Schmierfettmenge im Gesamtsystem (hier ein beidseitig berührungsfrei abgedichtetes Rillenkugellager) reguliert und das Abscheiden von überschüssigem Schmierfett gesteuert werden. Die Schmierfettverteilung in den beiden Dichtungen eines Gesamtsystems wird dabei vor allem durch die Förderrichtung der Dichtung und den Durchmesser des Spalteingangs, durch den die Dichtung mit frischem Schmierfett versorgt wird, beeinflusst. Die Förderrichtung stellt sich durch die bei Rotation der Welle auf das Schmierfett wirkende Fliehkraft radial nach außen ein und kann in das Gesamtsystem hinein oder aus ihm heraus zeigen. Die Spalthöhe hat keinen nachweisbaren Einfluss auf die Schmierfettverteilung. Weitere Versuchsergebnisse zeigen, dass bei einer ideal konstruierten FBFWD der für die Dichtung notwendige Bauraum auf den Eingangsbereich mit einem anschließenden Axialspalt reduziert werden kann. Bestehende Mindestbetriebsparameter zur Öffnung des Spalts konnten nicht bestätigt werden. Beobachtungen lassen den Schluss zu, dass die strukturviskosen Fließeigenschaften der Schmierfette und besondere Strömungsvorgänge unmittelbar vor der Spaltöffnung eine Öffnung des Spalts verursachen. Um diesen Effekt zukünftig mit einer Strömungssimulation untersuchen zu können, wird ein neues Fließgesetz formuliert. Mit den Ergebnissen dieser Arbeit stehen sowohl dem Konstrukteur als auch dem Anwender von FBFWD umfassende Informationen zur zielsicheren Entwicklung von FBFWD zur Abdichtung von trockenen Schmutzpartikeln und für deren dauerhaften und zuverlässigen Betrieb zur Verfügung.Item Open Access Abdichtung von fließfettgeschmierten Getrieben mit Radialwellendichtungen - Reibungsminderung durch Makrostrukturierung der Dichtungsgegenlauffläche(2014) Narten, Michael; Haas, Werner (apl. Prof. Dr.-Ing. habil.)Diese Arbeit befasst sich mit Radialwellendichtungen von fließfettgeschmierten Getrieben und den Einflüssen der einzelnen Komponenten des Dichtsystems auf dessen Funktion und Verschleiß. Verglichen mit ölgeschmierten Systemen ist der Schmierstoffaustausch in fließfettgeschmierten Getrieben deutlich geringer. Hohe Dichtsystemtemperaturen bis hin zu globaler Mangelschmierung sind die Folgen. Anhand eines praxisnahen Experimentalgetriebes mit einem Wellendurchmesser von 50mm erfolgt eine systematische Variation der Komponenten Dichtelement, Dichtungsgegenlauffläche, Schmierstoff und Dichtungsumfeld. Die relevanten Einflussparameter sowie die Wechselwirkungen zwischen den Komponenten werden identifiziert. Empfehlungen zur Auslegung von fließfettgeschmierten Dichtsystemen sowie ein praxisgerechtes Modell sind daraus abgeleitet. Die einflussreichste Komponente ist der Schmierstoff. Insbesondere das von ihm beeinflusste Druckniveau wirkt sich im unentlüfteten Getriebe dominant auf die radiale Anpressung der Dichtkante und die damit auf die Temperaturentstehung im Dichtkontakt aus. Die maximal zulässigen Umfangsgeschwindigkeiten für fließfettgeschmierte Dichtsysteme mit Dichtringen aus Fluor-Polymer-Kautschuk unter geringem Überdruck sollten von allgemein angenommenen 50% auf 25-30%, der für die Abdichtung von Öl geltenden Werte, verringert werden. Grund hierfür ist lokale Mangelschmierung, die schon bei vergleichsweise geringen Umfangsgeschwindigkeiten im luftseitigen Bereich des Dichtkontakts auftreten kann. Zur Minderung von Reibung und Temperatur im Dichtsystem und zur Vermeidung lokaler Mangelschmierung wird Makrostrukturierung von Dichtungsgegenlaufflächen als innovativer Ansatz vorgestellt. Anhand von Vorversuchen bei statischer Abdichtung, Reibmomentmessungen, Verschleißbetrachtungen und Langzeituntersuchungen wird dargestellt, dass achsparalleles Drehfräsen hierzu gut geeignet ist. Eine Wellenbeschichtung mit Strukturchrom wird als weiteres Verfahren vorgestellt. Um die reibungsmindernde Wirkung makrostrukturierter Wellen quantitativ zu beschreiben, werden diese anhand von 3D Oberflächenparameter charakterisiert. Zusätzlich werden die Parameter dem Funktions- und Verschleißverhalten der Dichtsysteme gegenübergestellt und hinsichtlich ihrer praxisgerechten Eignung bewertet.Item Open Access Ablenk-Systeme für die Multi-Elektronenstrahllithografie auf Basis CMOS-kompatibler Fertigungsprozesse(2017) Jurisch, Michael; Burghartz, Joachim N. (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Abschätzung der Kollisionsfolgen von Robotern zur Bewertung des sicheren Einsatzes in der Mensch-Roboter-Kooperation(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2018) Oberer-Treitz, Susanne; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung einer generischen, systematischen Methode zur Abschätzung der Kollisionsfolgen eines Roboters, mit der eine Bewertungsmetrik basierend auf dem Kollisionspotential des eingesetzten Roboters in der direkten physischen Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) aufgestellt wird. Dem Bedarf an immer flexibleren Automatisierungssystemen, die auch Anforderungen an ergonomische Arbeitsmittel gerecht werden, stehen vermehrt Industrierobotersysteme zur Verfügung, die in direkter Nähe zum Menschen eingesetzt werden können. Dabei lässt sich für diese Robotersysteme ein neues Sicherheitsparadigma ableiten, das vorgibt, dass die Bewertung der Sicherheit der Robotersysteme nur durch ein quantifizierbares Kollisionspotential möglich ist, um ein Robotersystem damit in der MRK auf mögliche physische Kontakte mit einem Bediener auszulegen. Dazu wird in dieser Arbeit die Methode der Kollisionsfolgenabschätzung von Robotersystemen eingeführt und mit simulationsgestützten und experimentellen Werkzeugen zur Crash-Analyse durchgeführt. Das Belastungsspektrum von Kollisionen mit Robotern wird aufgezeigt und die dabei vorliegenden Kollisionsmechanismen werden charakterisiert. Dies erfolgt mit Hilfe experimenteller Kollisionsfolgenabschätzungen mit einem eigens dazu entwickelten Kollisionsprüfstand sowie durch Modellierung der Dynamik des Roboters und einem Stoßmodell zur Abschätzung der Kollisionsfolgen. Die entsprechenden Effekte der Robotercharakteristika in der Kollision werden identifiziert und auf ihren Beitrag zum Kollisionspotential hin analysiert. Daraus werden Belastungsgrößen definiert, die zur Bewertung des Kollisionspotentials eines Robotersystems herangezogen werden müssen und entsprechende Gestaltungsmaßnahmen werden abgeleitet. Eine Bewertungsmethode für die sichere MRK wird entwickelt, die basierend auf einem Verletzungsmodell mit Beziehungen von Kollisionskonfigurationen zu relevanten Toleranzgrenzen eine Sicherheitsmodellierung vornimmt, um Robotersysteme dynamisch und sicher auf potentielle Kollisionen in der MRK einzustellen.Item Open Access Abstreifer für Werkzeugmaschinenführungen(2005) Janßen, Martin; Haas, Werner (Prof. Dr.-Ing. habil.)Abstreifer für Werkzeugmaschinen-Führungen haben die Aufgabe Fremdstoffe daran zu hindern, in den Führungsbereich einzudringen sowie den Schmierstoff der Führung im System zu halten. Fast ohne Ausnahme wird die Lebensdauer einer Linearführung durch Kontamination oder Mangelschmierung begrenzt. In dieser Arbeit wird eine Profilform vorgestellt, welche diese Aufgaben bei Quer- bzw. Stirnabstreifern sehr gut erfüllt. Das wesentliche Merkmal dieser Profilform sind zwei kurze massive Dichtlippen mit großen Pressungsgradienten, die dem jeweiligen abzudichtenden Medium zugewandt sind. Eine gute Abstreifwirkung ist nur mit hohen Pressungsgradienten und einer ausreichenden Vorspannkraft zu erreichen. Wichtiger als die Werkstoffwahl ist die Fertigungsgenauigkeit des Profils. Hilfsmaßnahmen wie Sperrluft, Flüssigkeitsspülungen und Mehrfachanordnungen machen nur wenig Sinn. Gute Dichtergebnisse sind nur mit einem einzelnen funktionierenden Abstreiferprofil zu erreichen. Die innerhalb dieser Arbeit entwickelten Abstreiferstirnplatten haben allesamt eine wesentlich größere Wirksamkeit gegen Schmierstoffleckage und dem Eintrag von festen Fremdstoffen gezeigt als alle untersuchten handelsüblichen Abstreifer. Grundlage der Entwicklung war wieder das oben genannte Abstreiferprofil. Handelsübliche Abstreiferstirnplatten haben nur geringe Vorspannwege und damit kleine Reib- und Normalkräfte. Die für die Dichtwirkungen bekannten schädlichen Merkmale finden sich alle wieder, wie beispielsweise Keilspalte, Formaustriebe oder mangelnde Positionierung. Bei den Verschmutzungsuntersuchungen konnte gezeigt werden, wie wenig solch filigrane Dichtlippen einem massiven Verschmutzungseintrag entgegenzusetzen haben. Ein zuverlässiger Schutz vor festen Fremdstoffen ist nicht ohne den Preis erhöhter Reibkräfte zu haben. Für die geometrische Gestaltung eines Längsabstreifers gelten andere Regeln als für einen Querabstreifer. Schmierstoffleckage und Partikeleintrag konnten mit den verschiedensten Geometrien und Normalkräften verhindert werden. Die geometrische Gestaltung eines Längsabstreifers ist somit im Vergleich zur Geometrie eines Querabstreifers wesentlich unkritischer und kann hinsichtlich der Reibkräfte optimiert werden. Die als Querabstreifer bestens funktionierenden Profile lassen sich nicht als Längsabstreifer einsetzen. Die Gestaltungsregeln für Radialwellendichtringe können hier übernommen werden. Wichtige Entwicklungskriterien hierfür waren die Herstellbarkeit und eine Dichtkante, die durchgängig die abzustreifende Gegenfläche berührt.Item Open Access Ad hoc Informationsbeschaffung unter Einsatz kontextbezogener Systeme in der variantenreichen Serienfertigung(2014) Lucke, Dominik Martin; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. a. D. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Eine variantenreiche Serienfertigung muss sich heute schnell an die aktuelle Lage anpassen können, um im Wettbewerb weiter zu bestehen. Die Verfügbarkeit von aktueller, vernetzter Information bei Entscheidungen im laufenden Betrieb, die einen Bezug auf die Umgebung besitzen, ist ein wesentlicher Faktor, um Veränderungen schneller ausführen zu können und Verluste infolge fehlender Information zu reduzieren. Zur Unterstützung kommt heute eine Vielzahl aufgabenspezifischer IT-Systeme zum Einsatz, auf welche sich die Informationen verteilen. Diese verursachen während der Informationsbeschaffung nicht wertschöpfende Zeiten. Hieraus ergibt sich die Motivation neue, übergreifende Ansätze für Assistenzsysteme zu entwickeln, welche innerhalb einer variantenreichen Serienfertigung das operative Personal in der Beschaffung der Informationen unmittelbar und effizient unterstützen. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Ansatz zur Unterstützung von Werkern, Meistern und Instandhalternvorgestellt, der es ermöglicht, aus der auftretenden Situation heraus (ad hoc), auf aktuelle notwendige Informationen und die Zusammenhänge in einer variantenreichen Serienfertigung zuzugreifen. Schwerpunkt bildet das unternehmensneutrale Gesamtkonzept des fertigungsnahen Kontextinformationssystems, das aus dem Produktionsumgebungsmodell und der Systemarchitektur besteht. Das Produktionsumgebungsmodell beschreibt und vernetzt enthaltene Informationen und Zusammenhänge einer variantenreichen Serienfertigung. Hauptordnungskriterien sind hier die Zugehörigkeit zu einer bestimmten Gruppe (Typ), die Identität eines Gegenstands, dessen Ort und Betriebszustand über die Zeit. Die Systemarchitektur ist modular aufgebaut. Die Module werden in Erfassungsmodule, Kontextverwaltungsmodule, Funktionsmodule zur automatischen und manuellen Informationsfilterung sowie Präsentationsmodule untergliedert und kommunizieren über eine einheitliche Schnittstelle. Zur Erprobung des Konzepts wurden das Produktionsumgebungsmodell und verschiedene Module implementiert und anhand des Erprobungsbeispiels "Ungeplante Instandsetzung einer Werkzeugmaschine" und validiert.Item Open Access Adaptierbarer Antriebsregler : ein Beitrag zur Architekturgestaltung eines neuartigen Antriebsreglers(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017) Simon, Antoni; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult.)Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, einen Antriebsregler adaptierbar zu machen. In dieser Arbeit wird erstmalig ein Antriebsregler in den Kontext der Adaption gestellt und die Grundmechanismen der Adaption um die Rekonfiguration erweitert. Die Analyse und Defizitextraktion des Stands der Technik und Forschung, vor dem Hintergrund der Adaption und Rekonfiguration, führen zum Bedarf einer neuen Antriebsreglerarchitektur und einer dafür notwendigen Entwicklungsmethode. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Antriebsregler auf Basis einer hybriden Rechnerarchitektur, als Kombination von FPGA- und Mikrocontrollertechnologie, erstmalig formalisiert und entworfen. Eine dafür ausgelegte modellbasierte Entwicklungsmethode zum Umgang mit einem adaptierbaren Antriebsregler vervollständigt ein neues erarbeitetes Gesamtkonzept. Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit ist der Entwurf und die Entwicklung notwendiger Hardwareund Softwarestrukturen, um einen Antriebsregler gemäß des definierten Formalismus und der Zielbeschreibung adaptierbar zu machen. Die hiermit erarbeitete Architektur weist einen hohen Neuigkeitsgrad auf. Ein realisierter Versuchsstand und messtechnische Untersuchungen weisen sowohl die grundsätzliche Funktionsfähigkeit eines Antriebsreglers, als auch die erarbeiteten Adaptionsmechanismen erstmalig nach.Item Open Access Adaptive Segmentierung von Tiefenbildern für die 3-D-Objektlageerkennung auf Basis von kombinierten regelgeometrischen Elementen(2011) Stotz, Martin; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Ein großes Hemmnis für automatisierte Entnahme ungeordneter Werkstücke direkt aus Behältern eine ist die aufwändige Konfiguration der zur Lagebestimmung notwendigen Objekterkennungsverfahren. Ein Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer für die nachfolgende Lagebestimmung optimalen, selbstadaptiven Segmentierung von Tiefenbildern. Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung von Verfahren zur Lagebestimmung von Objekten, die aus mehreren regelgeometrischen Elementen auf einer Achse aufgebaut sind. Die in dieser Arbeit entwickelte selbstadaptive Segmentierung basiert auf einem Optimierungsverfahren. Dazu wird der Ansatz der Evolutionsstrategie erweitert, um neben den klassisch behandelten reellwertigen Parametern auch allgemeine Parameter sowie den gesamten Programmablauf optimieren zu können. Zur Fitnessbewertung wird eine neue Vorgehensweise in der Tiefenbildverarbeitung umgesetzt. Die Bewertung der von der Segmentierung gelieferten Bereiche wird dabei anhand ihrer Eignung für die Objekterkennung durchgeführt. Durch diese 3-D-Fitnessbewertung sind vom Anwender nur noch die Geometriedaten des zu erkennenden Objekts vorzugeben. Das entwickelte Verfahren zur Einpassung kombinierter regelgeometrischer Elemente vermeidet numerisch ungünstige Randbedienungen, indem anstatt der verknüpften Positionsparameter der Einzelelemente nur genau eine Position verwendet wird und die Kombination der Einzelelemente über Formparameter des kombinierten Elements beschreiben werden. Mit dem Verfahren zur automatischen Konfiguration wurden vor allem Versuche zur Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Ausgangsdaten durchgeführt, wobei sich die 3-D-Fitnessbewertung als sehr gut erwies. Die Leistungsfähigkeit der Einpassverfahren für kombinierte Elemente wurde in Anlehnung an Testverfahren aus der Koordinatenmesstechnik untersucht. Das vorgeschlagene Objekterkennungssystem wurde an Demonstratoren getestet und konnte eine praxistaugliche Leistung erreichen.Item Open Access Adaptive Verfahren zur Bewertung texturierter Oberflächen(2005) Pannekamp, Jens; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. e. h. Dr.-Ing. e. h. Dr. h. c. mult.)Aufgabenstellung: Sowohl technische als auch natürliche Oberflächen weisen in der Regel eine charakteristische Oberflächenausprägung (Textur) auf, die eine Unterscheidung und Klassifizierung zulässt. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung von Verfahren, die den Anwender bei der Adaption von Oberflächenprüfsystemen an neue oder veränderte Prüfaufgaben unterstützen. Im Zentrum steht die automatische Selektion von Texturmerkmalen und die Optimierung von Texturparametern. Die automatische Adaption findet auf Grundlage von Beispieltexturen statt, die vom Anwender zuvor bewertet werden. Lösungsansatz: Kennzeichnend für die vorliegende Arbeit ist die Realisierung eines rückgekoppelten Verarbeitungsschemas, das die Optimierung von Texturmerkmalen und Parametern zum Ziel hat. Die für die Optimierung erforderlichen Gütekriterien basieren auf der Analyse der klassenspezifischen Verteilungen im Merkmalsraum sowie auf Verifikationsmaßen, die aus der Klassifikation von Beispieltexturen gewonnen werden. Diese Gütekriterien werden sowohl für die Merkmalsselektion als auch für die Parameteroptimierung mit Evolutionsstrategien eingesetzt. Einen weiteren Schwerpunkt der Arbeit stellt die Entwicklung rotationsinvarianter Texturmerkmale dar, die durch Randomisierung der Analyserichtung erreicht werden konnte. Alle entwickelten Verfahren wurden in das modular aufgebaute System „Adaptex“ zur adaptiven Texturanalyse integriert. Anwendung des Verfahrens: Um die Verfahren zu validieren, wurden umfangreiche Benchmarktests durchgeführt. Dabei konnten die in der Literatur dokumentierten Fehlerraten drastisch unterschritten werden. Ihre Tauglichkeit für den industriellen Einsatz haben die Verfahren u.a. bei der Inspektion von medizinischen Kollagenschwämmen und Kaltfließpressteilen unter Beweis gestellt.Item Open Access Adaptive Verspannung von Zahnstange-Ritzel-Antrieben(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2020) Engelberth, Tim; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Zahnstange-Ritzel-Antriebe werden als Vorschubantriebssysteme in Werkzeugmaschinen eingesetzt. Insbesondere wenn große Verfahrwege und hohe Vorschubkräfte gefordert sind, werden diese gegenüber den ansonsten etablierten Gewindespindel-Mutter-Antrieben und linearen Direktantrieben bevorzugt. Um das Umkehrspiel im Antriebsstrang zu kompensieren und somit die Genauigkeit zu erhöhen, werden elektrisch verspannte Zahnstange-Ritzel-Antriebe genutzt. Der aktuelle Stand der Technik macht keine eindeutigen Angaben über die minimal für die Kompensation des Umkehrspiels benötigte Verspannung. Auch ist nicht geklärt, in welchen Systemzuständen die Verspannung deaktiviert werden kann, ohne die Genauigkeit zu beeinflussen. Dies führt zu einer überhöhten mechanischen Belastung sowie einem überhöhten Energiebedarf und somit zu einem insgesamt ineffizienten Betrieb des Antriebssystems. Ziel dieser Arbeit ist es daher, die Effizienz des Antriebssystems zu maximieren, ohne dessen Genauigkeit zu beeinflussen, indem ein Konzept zur Anpassung der Verspannung während des Betriebs entwickelt wird. Dieses neuartige Konzept wird als adaptive Verspannung bezeichnet. Zunächst wird der aktuelle Stand der Technik analysiert. Im ersten Teil der Analyse werden die meistgenutzten Antriebssysteme in Werkzeugmaschinen erläutert und miteinander verglichen, um die Relevanz und den Einsatzbereich von Zahnstange-Ritzel-Antrieben zu klären. Insbesondere der Einsatzbereich hat einen bedeutenden Einfluss auf das Einsparpotential der adaptiven Verspannung, da dieser die dynamischen Anforderungen an das Antriebssystem festlegt. Im zweiten Teil der Analyse werden Maßnahmen zur Steigerung der Bewegungsgüte von Antriebssystemen betrachtet. Neben regelungstechnischen Ansätzen sowie der Methode der mechanischen Verspannung wird die Methode der elektrischen Verspannung im Detail betrachtet. Es werden angewandte Verspannungsstrategien analysiert sowie deren Grenzen und Defizite aufgezeigt, die durch das Konzept der adaptiven Verspannung gelöst werden sollen. Außerdem werden bereits verfügbare regelungstechnische Strukturen zur Erzeugung der Verspannungvorgestellt, die für die Umsetzung der adaptiven Verspannung benötigt werden. Insgesamt zeigt die Analyse, dass der Stand der Technik bedeutend weniger technische und wissenschaftliche Literatur zu Zahnstange-Ritzel-Antrieben bereitstellt als es beispielsweise für Gewindespindel-Mutter-Antriebe der Fall ist. Umso mehr wird eine umfangreiche Untersuchung elektrisch verspannter Antriebe für notwendig erachtet, um deren Einfluss auf das Bewegungsverhalten einer Werkzeugmaschinenachse abschätzen und die adaptive Verspannung entwickeln zu können. Anschließend folgt der Hauptteil der Arbeit, der sich in zwei Themenkomplexe aufteilt. Im Themenkomplex der konstanten Verspannung werden experimentelle Untersuchungen der wichtigsten Systemeigenschaften von Zahnstange-Ritzel-Antrieben an einem Versuchsstand durchgeführt. Außerdem werden die verfügbaren regelungstechnischen Strukturen zur Erzegung der Verspannung miteinander verglichen. Die industriell etablierte Momentenausgleichsregelung wird innerhalb der Arbeit angewendet, da sich diese für die Erzeugung der Verspannung aufgrund der erzielbaren Genauigkeit am besten eignet. Die experimentellen Untersuchungen werden durch die Modellbildung und die Simulation ergänzt, sodass eine Aussage über den Einfluss der Verspannung auf die statischen und dynamischen Eigenschaften des Antriebssystems getroffen werden kann. Zusätzlich wird eine allgemeingültige Definition eines minimal für die Kompensation des Umkehrspiels notwendigen Verspannungsbetrags auf systemtheoretischer Grundlage formuliert. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse werden im Themenkomplex der adaptiven Verspannung drei neuartige Strategien zur Anpassung der Verspannung entwickelt und verglichen. Die Strategie des minimal verspannten Systems wird ausgewählt, da diese zu einem effizienten Betrieb des Antriebssystems im Sinne der Zielsetzung dieser Arbeit führt. Weiterhin wird die Momentenausgleichsregelung um die adaptive Verspannung erweitert. Für die erweiterte Struktur wird ein Nachweis der Stabilität erbracht. Anschließend folgt die Validierung des entwickelten Konzepts der adaptiven Verspannung anhand simulativer und experimenteller Untersuchungen. Zunächst wird validiert, dass die Strategie des minimal verspannten Systems zu einer Kompensation des Umkehrspiels führt und somit der Zielsetzung dieser Arbeit entspricht. Danach wird das adaptiv verspannte System mit dem konstant verspannten System verglichen, um den Einfluss der adaptiven Verspannung zu bewerten. Der Vergleich zeigt, dass die adaptive Verspannung eine Reduzierung der mechanischen Belastung um bis zu 14 % und eine Reduzierung des Energiebedarfs um bis zu 3 % erzielt, ohne die Genauigkeit des Antriebssystems zu reduzieren. Da es sich um eine rein softwareseitige Optimierung handelt, die keine hardwareseitige Anpassung des elektrisch verspannten Antriebssystems erfordert, wird die Hemmschwelle für die industrielle Anwendung als niedrig eingestuft. Das Konzept der adaptiven Verspannung bildet folglich eine ideale Methode zur Effizienzsteigerung elektrisch verspannter Zahnstange-Ritzel-Antriebe.Item Open Access Adaptives Prüfstandsverhalten in der PKW-Antriebstrangerprobung(Stuttgart : Institut für Maschinenelemente, 2017) Schenk, Maximilian; Bertsche, Bernd (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Adiabatische Erwärmung von Stahlblechwerkstoffen unter komplexen crashartigen Belastungen(Stuttgart : Institut für Umformtechnik, 2022) Klitschke, Silke; Liewald, Mathias (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. MBA)Um die stetig steigenden gesetzlichen Anforderungen an die Schadstoffemmission von Kraftfahrzeugen einhalten zu können, stellt die Verbesserung der Crashberechnungen ein stetiges Forschungsgebiet dar. Da in der Crashsimulation häufig dehnungsbasierte Versagensmodelle zum Einsatz kommen, werden Verfestigungsmodelle erforderlich, die auch lokale Dehnungen vor Bruch in einem weiten Dehnratenbereich unter komplexen Belastungszuständen realistisch wiedergeben können. Dehnratenbedingte Verfestigungseffekte sind bereits hinreichend untersucht, das Verfestigungsverhalten hochfester Stahlblechwerkstoffe zeigt jedoch bei mittleren bis hohen Dehnraten in den hochverformten Zonen auch eine thermische Entfestigung. Ursache dafür ist adiabatische Erwärmung, da die in Wärme umgesetzte Verformungsenergie in den kurzen Belastungszeiten nicht vollständig abgeführt werden kann. Da in der Crashsimulation üblicherweise auf kostenintensive thermomechanisch gekoppelte Rechnungen verzichtet wird, müssen neben der Entstehung der Wärmemenge auch die Wärmeleitungsmechanismen und die vorherrschenden Temperaturen in den stark verformten Zonen aus mechanischen Größen abgeschätzt werden. Im Rahmen dieser Arbeit sollte aufgezeigt werden, dass für im Karosseriebau häufig eingesetzte hochfeste Stahlblechwerkstoffe neben der Dehnrate insbesondere der Belastungszustand einen deutlichen Einfluss auf die adiabatische Erwärmung und den Wärmetransport crashbelasteter Komponenten ausübt. Anhand von experimentellen und numerischen Untersuchungen mit einbis mehrachsigen Zug- und Scherversuchen für Dehnraten von 0,001 s-1 bis 100 s-1 erfolgten detaillierte Betrachtungen der entstehenden Wärmemenge und der Wärmetransportmechanismen in den hochverformten Zonen. Als wesentliches Ergebnis zeigte sich, dass der Übergangsbereich zwischen isothermem und adiabatischem Verhalten mit zunehmendem Verfestigungsvermögen des Werkstoffs zu höheren Dehnraten verschoben ist und insbesondere für Scherbelastung bei höheren Dehnraten liegt, verglichen mit Zugbelastung. Auf Basis dieser grundlegenden Erkenntnisse erfolgte eine Erweiterung eines Materialmodells mit einer dehnratenabhängigen isotherm-adiabatischen Übergangsfunktion für die Berücksichtigung des Wärmetransports um die zusätzliche Abhängigkeit vom Spannungszustand als Adiabatic-Tension-Shear-Modell (ATSModell). Mit diesem Modell kann die lokale Temperatur aus der in Wärme umgesetzten Verformungsarbeit und einer den Wärmetransport berücksichtigenden Skalierung des Taylor-QuinneyKoeffizienten in Abhängigkeit von der Dehnrate und dem Spannungszustand berechnet werden. Für einen Dualphasenstahl DP1000 und einen mikrolegierten Stahl HX340LAD wurde das ATSModell zusammen mit einem gängigen thermo-viskoplastischen Verfestigungsmodell kalibriert und für Crashversuche an gestauchten Hohlprofilen und Versuche an Blechproben mit gemischter Zug-Scherbelastung angewendet. Das Verfestigungsverhalten dieser Blechwerkstoffe konnte durch isotherme Rechnungen für Dehnraten bis ca. 0,01 s-1 und durch vollständig adiabatische Rechnungen für Dehnraten von etwa 50 s-1 und darüber unabhängig vom Spannungszustand ausreichend gut wiedergegeben werden. Im Übergangsdehnratenbereich zwischen ca. 0,01 s-1 und 50 s-1 ist die adiabatische Erwärmung aufgrund des auftretenden Wärmetransportes in Abhängigkeit von den Werkstoffeigenschaften und des Spannungszustandes (Zugbelastung oder Scherbelastung) zu berücksichtigen. Bei signifikanten Scheranteilen verbessert in diesem Dehnratenbereich die Verwendung des ATS Modells die Prognose des Verformungsverhaltens insbesondere für den mikrolegierten Stahl. Für den Dualphasenstahl kann die isotherme Rechnung das mechanische Werkstoffverhalten jedoch noch ausreichend gut wiedergeben. Für den mikrolegierten Stahl führt eine geringere Festigkeit im Vergleich zu dem hochfesten Dualphasenstahl zu einer prozentual höheren thermischen Entfestigung. Zusätzlich führt das größere Verfestigungsvermögen dieser Werkstoffklasse dazu, dass die Lokalisierungen von Dehnungen und Temperaturen mit geringeren Dehnraten und damit mit erhöhtem Wärmetransport erfolgen. Diese gekoppelten Einflüsse auf das Verfestigungsverhalten unter komplexen Crashbelastungen führen zu einer erhöhten Sensitivität des mikrolegierten Stahls bezüglich adiabatischer Erwärmung, die in der Modellierung des Verfestigungsverhaltens speziell bei dieser Werkstoffklasse eine präzise Abbildung verlangt. Mithilfe der in dieser Arbeit durchgeführten Arbeiten wurde ein wissenschaftlicher Beitrag zur Modellierung des Verfestigungsverhaltens hochfester Stahlblechwerkstoffe in einem weiten Dehnratenbereich unter komplexen Spannungszuständen geleistet. Das erweiterte Modell steht zukünftig für die Crashsimulation zur Verfügung und bietet das Potenzial, für eine durchgehende Modellierung der Prozesskette Umformen-Crash auch in der Umformsimulation verwendet zu werden.Item Open Access Agent based diagnostic system for the defect analysis during chemical mechanical polishing (CMP)(2005) Kumar, Akhauri Prakash; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)The rapidly changing technological characteristics of Integrated Circuits (i.e. their compactness and density) require a very high surface planarity and uniform surface topography of the starting substrate material (wafer). The IC manufacturers are demanding wafers with continuously decreasing defect densities, very tight tolerances and very short delivery times, from the wafer manufacturers. The in-situ defect detection, the real-time analysis of non-visual defects, the simultaneous differentiation of multiple defect types and the high capture rates of the detected defects are turning out to be the major challenges for the wafer manufacturers. The current wafer manufacturing process is very complex and has already a very high technical and organizational availability. As a final step in the manufacturing process of wafers, CMP process has emerged as a critical technology for achieving the required global planarization. The high complexity of the CMP process makes the localization (i.e. to find out the defected area, the type and the cause) and control of the process and machine parameters responsible for defect origination during a process run very difficult. This leads to intolerable machine downtimes, caused by the time-consuming defect localization procedures. The deductions of corrective actions and the establishment of correlations between the detected defects and the process parameters are mostly based on the long year CMP process experience of the process engineers. To analyze the investigated defects is to correlate these defects with the drifts and shifts of process and machine parameters offline, i.e. after the defects are already there. Nevertheless, none of the process control approaches showed the adaptability to continuously changing process and production characteristics in the production environment. The time representation of the properties of process and machine parameters was not implemented by the investigated process control algorithms, and none of them provided much information about the chemistry of the CMP process. The core of the research work is to develop and implement an agent based diagnostic system for defect analysis during CMP process for the studied CMP process machine. The system should detect the origination of defects at a very early stage during the wafer manufacturing process. It should reduce the defect densities, improve the reliability and accuracy of the process run by in-situ observation of the CMP process, provide the corresponding corrective actions to the process engineer, reduce the risk of defect occurrence, adapt to the changing CMP processing characteristics and environment and observe explicitly the changing time-dependent properties of process and machine parameters. The system thus deployed in the production environment shows the detection of the origination of defects at a very early stage. It provides mechanisms to exactly localize and characterize the origination of these defects, to achieve high defect detection reliability and repeatability and to increase its detection performance. After the learning process, the system provides exactly the cause, involved behavioral pattern characteristics, related process step, the involved process parameter and machine parameter behaviors for the detected defect origination characteristics to the CMP process expertise. Its integration with CMP process controller in the production environment thus facilitates in-situ detection of the origination of defects.Item Open Access Eine agentenbasierte Architektur zur Anwendung semantischer Netze im Rapid Product Development(2007) Diederich, Michael K.; Spath, Dieter (Prof. Dr.-Ing.)Der stark arbeitsteilig organisierte Produktentstehungsprozess wird bestimmt durch die wachsende Zahl von spezialisierten Experten. Dadurch ist neben der ablaufbe-dingten Aufteilung von Aufgaben eine Verteilung der Kompetenzen auf Experten zu beobachten. Die Integration von neuen Produktfunktionen bedeutet einen erhöhten Abstimmungsbedarf. Dieser Abstimmungsbedarf bedingt eine erhöhte Kommunikation der Experten und eine gemeinsame, flexible Datenhaltung, um eine verbesserte Koordination des Produktentstehungsprozesses zu erzielen. Der RPD-Prozess umfasst alle benötigten Wissensdomänen und deren Experten, die für die erfolgreiche Durchführung von RPD-Projekten notwendig sind. Dies sind vor allem die Bereiche Prototypenbau, Qualitäts- und Kostenmanagement, Projektplanung, Simulation und Bewertung von Prototypeigenschaften, Konstruktionsverfahren, sowie Verfahren zur optimalen Materialauswahl. Als gemeinsame Datenbasis wurde das Aktive Semantische Netz (ASN) im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 374 entwickelt. Die unterschiedlichen RPD-Domänen legen ihre Informationen, die für den RPD-Prozess von Bedeutung sind, im ASN ab. Dieses explizite Wissen ist dabei logisch nach den Zusammenhängen zwischen den Wissensdomänen strukturiert. Das ASN stellt den verteilten Entwicklungsteams des RPD eine gemeinsame Grundlage der Datenhaltung zur Verfügung, die alle Wissensbereiche des Produktentstehungsprozesses in einem integrierten Produktmodell repräsentiert und die Voraussetzung für Kommunikations- und Koo-perationsmechanismen ist. Bei der Anwendung des ASN hat sich jedoch gezeigt, dass diese nahezu auf das Funktionsspektrum traditioneller Datenbanksysteme beschränkt bleibt, solange für die erweiterten Repräsentationskonstrukte keine adäquaten Anfragestrukturen be-reitgestellt werden. Somit entsteht die Notwendigkeit, eine erweiterte Funktionalität zur Integration der interdisziplinären Anwendungen mit dem ASN in Form einer RPD-Middleware aufzubauen. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer agentenbasierten RPD-Middleware, die die funktionale Lücke zwischen dem ASN, als Datenhaltung, und den RPD-Anwendungen, als Werkzeuge des Produktentstehungsprozesses, schließt, um eine Integration der RPD-Experten entlang des RPD-Prozesses zu erreichen. Die Agenten der RPD-Middleware nehmen dabei die Aufgaben der Informationsbeschaffung, -aufbereitung und -überwachung, sowie der Koordination wahr und nutzen die im ASN hinterlegten semantischen Zusammenhänge.Item Open Access Aktoren zur Aktuierung linearer Tragwerkselemente(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2023) Burghardt, Timon; Binz, Hansgeorg (Prof. Dr.-Ing.)Ein Ansatz zur Verringerung des Material- und Energieverbrauchs über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes stellen adaptive Strukturen dar. Mittels Sensoren, Aktoren und einer Regelungseinheit sind diese Tragwerke in der Lage, aktiv auf äußere Belastungen zu reagieren. Durch das Aufbringen von Kräften oder Verschiebungen kann der Spannungszustand in der Struktur oder in einzelnen Bauteilen verändert werden. So können dynamische Lasten gedämpft und (quasi-)statische Lasten umverteilt werden. Bisherige Studien zu adaptiven Strukturen fokussieren das Tragverhalten aufgrund der Aktuierung. Die dazu erforderlichen Aktoren sind dabei von untergeordneter Bedeutung. Für eine effektive Aktuierung müssen das Strukturelement und der Aktor gemeinsam betrachtet werden. Dies erfordert eine ganzheitliche Entwicklung. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist es, diese Entwicklung aus Sicht der Aktorik zu unterstützen. Dabei wird das Thema auf die Aktuierung von linearen Strukturelementen beschränkt. Konkret wird die Frage beantwortet, wie durch die Variation bereits bestehender Lösungen für Teile des Gesamtsystems aktuierbare Strukturelemente entwickelt werden können. Hierzu werden zunächst die benötigten Teilfunktionen ermittelt und in Funktionsstrukturen zusammengefasst. Daraus lassen sich Aktuierungskonzepte ableiten, aus denen die Anforderungen an die Aktorik hervorgeht. Die Konkretisierung der ermittelten Teilfunktionen führt zu einer Sammlung von Lösungsprinzipien. Anhand von vier Beispielen wird gezeigt, wie durch Variation der Lösungsprinzipien Aktoren zur Aktuierung linearer Strukturelemente entwickelt werden können. Alle Beispiele wurden im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1244 (SFB 1244) untersucht. Zunächst werden die Anforderungen ermittelt. Die Konzeption erfolgt auf Basis der Lösungsprinzipsammlungen. Die Möglichkeit, durch Variation der Lösungsprinzipien ganzheitliche Konzepte zu erstellen, wird bestätigt. Die Funktion der adaptiven Strukturelemente wird an Prototypen experimentell validiert. Im ersten und zweiten Beispiel sind Aussteifungen und Stützen des Demonstrationshochhauses des SFB 1244 zu aktuieren. Dazu werden hydraulische Aktoren verwendet. Im Falle der Aussteifungen werden die Aktoren direkt in die lastabtragende Struktur eingebaut. Die Stützen bestehen aus Hohlprofilen, in deren Inneren sich die Aktoren befinden. Hier erfolgt die Aktuierung parallel zur äußeren Struktur. Die Funktion der beiden aktuierbaren Elemente wird an einer maßstabsgetreuen Prototypstruktur erfolgreich nachgewiesen. Im dritten Beispiel ist ein biegebeanspruchter Stahlbetonbalken zu aktuieren. Dazu werden in den Balken Druckkammern integriert, die sich aufgrund eines hydraulischen Innendrucks ausdehnen. Das dadurch entstehende Biegemoment wirkt der durch äußere Lasten verursachten Durchbiegung entgegen. Die Funktion wird an ca. 1,2 m langen Prototypen nachgewiesen. Die experimentelle Validierung erfolgt an einem ca. 4,4 m langen Balken. In einem vierten Beispiel ist ein weiterer Balken aus Stahlbeton zu aktuieren. Hierfür wird ein thermomechanischer Aktor entwickelt. Im Gegensatz zum vorigen Beispiel ist kein externes System zur Erzeugung und Leitung hydraulischer Drücke erforderlich. Der Funktionsnachweis erfolgt anhand eines ca. 1,2 m langen Balkens in einem Vier-Punkt-Biegeversuch.