07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik
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Item Open Access Ein Modell zur Auslegung und multikriteriellen Bewertung von Energiesystemen zur nachhaltigen Integration der Elektromobilität(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2024) Göhler, Georg; Spath, Dieter (Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c.)Die Vernetzung des Strom- und Mobilitätssektors stellt zukünftig vor allem für die Stromnetze eine große Herausforderung dar. Die Forschungslücke im Kontext dieser Arbeit liegt in der Einbindung der Elektromobilität als flexiblen Verbraucher in Energiesysteme bei gleichzeitiger Bewertung von Wirtschaftlichkeit und Ökologie. Um diese Lücke zu schließen, wurde ein flexibles und modulares Simulationsmodell zur Planung von Energiesystemen in der frühen Phase entwickelt, das die Integration von Elektrofahrzeugen in besonderem Maße berücksichtigt. Die Validierung bestätigt, dass die Simulationsergebnisse bei einer 1-minütigen Zeitschrittweite ausreichend genau und für diesen Planungsprozess geeignet sind. Durch das hier entwickelte Modell können in kurzer Zeit viele verschiedene Energiesystemvarianten, Betriebsstrategien und innovative Energiekonzepte berechnet und miteinander verglichen werden. Besonderes Augenmerk wurde auf die Anpassungsfähigkeit und potenzielle Erweiterungen gelegt: Das Modell bietet die Schnittstellen und die Flexibilität für Weiterentwicklungen, um zukünftige Entwicklungen im Technologiebereich zu berücksichtigen.Item Open Access Driving profiles of light commercial vehicles of craftsmen and the potential of battery electric vehicles when charging on company premises(2024) Heilmann, Oliver; Bocho, Britta; Frieß, Alexander; Cortès, Sven; Schrade, Ulrich; Casal Kulzer, André; Schlick, MichaelThis paper examines the extent to which it is possible to replace conventional light commercial vehicles in the heating, ventilation and air conditioning and plumbing trade with battery electric vehicles with an unchanged usage profile. GPS trackers are used to record the position data of 22 craft vehicles with combustion engines from eleven companies over the duration of one working week. Within this paper, various assumptions (battery capacity and average consumption) are made for battery electric vehicles and the charging power on the company premises. The potential of battery electric vehicles is evaluated based on the assumption that they are charged only on company premises. Using the collected data and the assumptions made, theoretical state of charge curves are calculated for the vehicles. The driving profiles of the individual vehicles differ greatly, and the suitability of battery electric vehicles should be considered individually. Battery capacity, vehicle energy consumption and charging power at the company have a substantial influence on the suitability of battery electric vehicles. Furthermore, there are differences between vehicles that can charge on the company premises at night and those that cannot or can only do so on some days.Item Open Access Generation of mechanical characteristics in workpiece subsurface layers through milling(2024) Storchak, Michael; Hlembotska, Larysa; Melnyk, OleksandrThe generation of mechanical characteristics in workpiece subsurface layers as a result of the cutting process has a predominant influence on the performance properties of machined parts. The effect of the end milling process on the mechanical characteristics of the machined subsurface layers was evaluated using nondestructive methods: instrumented nanoindentation and sclerometry (scratching). In this paper, the influence of one of the common processes of materials processing by cutting-the process of end tool milling-on the generation of mechanical characteristics of workpiece machined subsurface layers is studied. The effect of the end milling process on the character of mechanical property formation was evaluated through the coincidence of the cutting process energy characteristics with the mechanical characteristics of the machined subsurface layers. The total cutting power and cutting work in the tertiary cutting zone area were used as energy characteristics of the end milling process. The modes of the end milling process are considered as the main parameters affecting these energy characteristics. The mechanical characteristics of the workpiece machined subsurface layers were the microhardness of the subsurface layers and the total work of indenter penetration, determined by instrumental nanoindentation, and the maximum depth of indenter penetration, determined by sclerometry. Titanium alloy Ti10V2Fe3Al (Ti-1023) was used as the machining material. Based on the evaluation of the coincidence of the cutting process energy characteristics with the specified mechanical characteristics of the machined subsurface layers, the milling mode effect of the studied titanium alloy, in particular the cutter feed and cutting speed, on the generated mechanical characteristics was established.Item Open Access Methodik für numerische Lackiersimulationen : Bedeutung der Modell- und Eingangsparameter bei der Hochrotationszerstäubung(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2024) Güttler, Nico; Bauernhansl, Thomas (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Technology selection for inline topography measurement with rover-borne laser spectrometers(2024) Ryan, Conor; Haist, Tobias; Laskin, Gennadii; Schröder, Susanne; Reichelt, StephanThis work studies enhancing the capabilities of compact laser spectroscopes integrated into space-exploration rovers by adding 3D topography measurement techniques. Laser spectroscopy enables the in situ analysis of sample composition, aiding in the understanding of the geological history of extraterrestrial bodies. To complement spectroscopic data, the inclusion of 3D imaging is proposed to provide unprecedented contextual information. The morphological information aids material characterization and hence the constraining of rock and mineral histories. Assigning height information to lateral pixels creates topographies, which offer a more complete spatial dataset than contextual 2D imaging. To aid the integration of 3D measurement into future proposals for rover-based laser spectrometers, the relevant scientific, rover, and sample constraints are outlined. The candidate 3D technologies are discussed, and estimates of performance, weight, and power consumptions guide the down-selection process in three application examples. Technology choice is discussed from different perspectives. Inline microscopic fringe-projection profilometry, incoherent digital holography, and multiwavelength digital holography are found to be promising candidates for further development.Item Open Access Konzeptuelles Referenzdatenmodell für das Compliance-Management des stoff- und produktbezogenen Umweltschutzes in Unternehmen der Elektrobranche(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2024) Schneider, Ralph; Bauernhansl, Thomas (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)Unternehmen der Elektrobranche sehen sich auf internationalen Märkten und in ihren Wert-schöpfungsketten einer steigenden Zahl von Anforderungen gegenüber, die die Zusammensetzung ihrer Produkte durch stoffliche Restriktionen beeinflussen. Diese Anforderungen stammen vorwiegend aus regulatorischen Vorgaben, die dem Umweltschutz im Rahmen der Um-welt- und Stoffpolitik zuzuordnen sind. Die regulatorischen Anforderungen werden zudem durch Kundenanforderungen aufgegriffen und teilweise über das regulatorische Maß hinaus ergänzt. Die stoff-/produktbezogenen Anforderungen müssen erfüllt werden, um den Markt- und Kundenzugang zu erhalten. Um dies bewerkstelligen zu können, müssen die jeweils adressierten Unternehmen über ein solides Datenmanagement verfügen, das es ermöglicht, Auskunft über die Art und den Status der Betroffenheit zu geben, zu erreichende Zielwerte und den zugehörigen Ist-Status auf Produktebene zu erfassen und Verantwortlichkeiten für die stoffliche Zusammensetzung der Produkte und deren Bestandteile auszuwerten. Hierzu existieren zwar punktuelle Lösungen, aber die gesamtheitliche Sicht auf die zur Erfüllung der Anforderungen notwendigen Daten fehlt. Entsprechend dieser Problemstellung war es Ziel der vorliegenden Arbeit, die erforderliche Datenbasis zu identifizieren, die von Unternehmen der Elektrobranche idealtypisch benötigt wird, um den Anforderungen nachkommen zu können. Dies wurde erreicht, indem aus einem Satz fundiert ausgewählter Regulierungen, relevanter Standards und Werkzeuge sowie unter Berücksichtigung unternehmensinterner prozessualer Abläufe die einzelnen Informationsanforderungen systematisch abgeleitet und anschließend bis auf Datenebene operationalisiert wurden. Die notwendigen Daten wurden in einem konzeptuellen Referenzdatenmodell konsolidiert und in einem Entity-Relationship-Diagramm visualisiert. Das Referenzdatenmodell umfasst insgesamt 16 verschiedene Datenbereiche, die auf dem Grundgerüst eines unternehmensinternen Compliance -Prozesses beruhen und als Teilmodelle aufgefasst werden können. In den Datenbereichen wurden 79 Datenentitäten definiert, die in Summe 375 Attribute beinhalten. Die Erreichung der Zielsetzungen der Arbeit sowie der Nutzen des Referenzdatenmodells konnten schließlich in Expertenbefragungen und einzelnen Anwendungsbeispielen bewertet und bestätigt werden.Item Open Access Local laser heat treatment of AlSi10Mg as-built parts produced by Laser Powder Bed Fusion(2024) Kramer, Steffen; Jarwitz, Michael; Schulze, Volker; Zanger, FrederikToday, complex structural components for lightweight applications are frequently manufactured by laser powder bed fusion (PBF-LB), often using aluminum alloys such as AlSi10Mg. However, the application of cyclic load cases can be challenging as PBF-LB produced AlSi10Mg parts typically have low ductility and corresponding brittle failure behavior in the as-built condition. Therefore, this paper presents investigations on the feasibility of a laser heat treatment of PBF-LB produced AlSi10Mg parts to locally increase the ductility and decrease the hardness in critical areas. Potential heat treatment process parameters were derived theoretically based on the temperature fields in the material calculated assuming three-dimensional heat conduction and a moving heat source. PBF-LB produced specimens were then laser heat treated at varying laser power and scan speed. Hardness measurements on metallographic cross sections showed hardness reductions of over 35 % without inducing hydrogen pore growth.Item Open Access Methodik zur automatisierten Generierung einer best-practice-basierten Ablaufplanung manueller Montagesysteme(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2024) Kärcher, Susann; Bauernhansl, Thomas (Prof. Dr.-Ing.)In manuellen Montagesystemen ist die Variantenvielfalt oft hoch, die Stückzahlen sind gering und sie unterliegen häufigen Änderungen. Klassische Methoden der Montageplanung sind bei diesen Herausforderungen oft zu aufwändig. Dies führt dazu, dass Montagesysteme häufig eine unzureichende Planungstiefe und noch großes Optimierungspotential haben. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Methodik entwickelt, die automatisiert eine Montageablaufplanung generiert. Sie überträgt den Grundgedanken des Benchmarkings - von anderen Best Practices zu lernen - auf die manuelle Montage. Auf Basis von Ist-Daten aus der Montage vergleicht die Methodik unterschiedliche Montageabläufe eines Produktes und generiert daraus den besten Montageablauf. Weiter werden unter Einbeziehung der Leistungsgrade und Arbeitsplatzfaktoren Vorgabezeiten generiert. Die Methodik ist an ein Benchmarking-Vorgehensmodell angelehnt und in vier Schritte gegliedert: die Planung, die Datenerhebung, die Datenanalyse und das Vornehmen von Verbesserungen. Die Vorteile der Methodik liegen in der automatisierten Montageablaufplanung in manuellen Montagesystemen. Sie erhöht so die Produktivität in manuellen Montagesystemen und reduziert den Planungsaufwand. Das generische Modell erlaubt eine Anwendung der Methodik in unterschiedlichen manuellen Montagesystemen.Item Open Access Influence of geometry variations during pyrometric temperature measurement in laser material processing(2024) Traunecker, David; Jarwitz, Michael; Michalowski, AndreasItem Open Access An exploratory analysis of the current status and potential of service-oriented and data-driven business models within the sheet metal working sector : insights from interview-based research in small and medium-sized enterprises(2024) Wirth, Jonas; Schneider, Mirko; Hanselmann, Leon; Fink, Kira; Nebauer, Stephan; Bauernhansl, ThomasResponding to changing value creation processes in the sheet metal working sector, where the complexity and interchangeability of products challenge traditional differentiation strategies, this exploratory analysis examines the integration of service-oriented and data-driven business models as new paths to ensure competitiveness, especially for small and medium-sized enterprises (SMEs). This study aims to capture the current state and challenges associated with the implementation of these business models in this sector. This research was conducted through semi-structured interviews with SMEs in the industry. The findings indicate that service-oriented and data-driven business models are not yet widely adopted and that manufacturing companies require support in their implementation. Fields of action were identified for the industry. These are “Creating awareness and understanding”, “Recognizing added value”, “Increasing company maturity”, and “Understanding the change process”. Cooperation between science and industry is essential in tackling these fields of action to ensure the successful integration of such business models in manufacturing companies. This paper identifies challenges in the fields of action that companies must address through a structured approach, promoting awareness, recognizing value, improving organizational maturity, and understanding the change process to successfully implement service-oriented and data-driven business models.