Universität Stuttgart
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Item Open Access Lebensdauervorhersage von Mischschweißverbindungen für Hochtemperaturbeanspruchung(Stuttgart : Materialprüfungsanstalt (MPA), Universität Stuttgart, 2020) Schleyer, Johannes Martin; Seidenfuß, Michael (apl. Prof. Dr.-Ing.)Die Nutzung erneuerbarer Energien soll langfristig die Energieerzeugung durch konventionelle, fossil befeuerte Kraftwerke ablösen. Bis zur vollständigen Realisierung dieses Ziels muss eine ausreichende Anzahl konventioneller Kraftwerke verbleiben, um Fluktuationen in Stromerzeugung und -abruf auszugleichen. Folglich wird auch für diese Kraftwerke weiterhin die Steigerung des Wirkungsgrades angestrebt, was Ausgangspunkt einiger nationaler und internationaler Forschungsinitiativen ist. In Dampfkraftwerken wird der höhere Wirkungsgrad durch eine Anhebung von Dampftemperatur und -druck bis 700 °C und 350 bar ermöglicht, was jedoch zugleich die Beanspruchung der Werkstoffe immens erhöht. Nach derzeitigem Forschungsstand kann diese nur von Nickelbasiswerkstoffen über ausreichend lange Zeiträume ertragen werden. Zugleich ist der Einsatz solcher Werkstoffe in Kraftwerkskomponenten technologisch herausfordernd und aufgrund der kostenintensiven Legierungselemente aus ökonomischer Sicht zu beschränken. Folglich sollen in den Bereichen niedrigerer Temperaturen weiterhin geeignete (u.a. 9-12%Cr-)Stähle verwendet werden, was zwangsläufig zu Mischverbindungen zwischen Nickelbasiswerkstoffen und Stählen führt. Bei der Zeitstandbeanspruchung solcher Mischverbindungen mit modernen 9-12%Cr-Stählen zeigt sich wiederkehrend ein sehr verformungsarmer Bruch entlang der Fusionslinie zum Stahl. Durch die geringe Verformung bis zum Bruch und die stark lokalisierte Porenschädigung lässt sich eine derartige Mischverbindung nur schwer überwachen und es liegt gegenwärtig kein „Leck-vor-Bruch“-Konzept vor. Insofern stellt der Fusionslinienbruch ein hohes, schwer kalkulierbares Risiko dar. Zugleich lassen sich Zeitstandversuche verschiedener Werkstoffkombinationen nicht immer zu einem gemeinsamen Erklärungsansatz harmonisieren. Dies gilt insbesondere mit Blick auf den Zusammenhang zwischen Spannung und der Wahrscheinlichkeit des Auftretens dieser Fusionslinienbrüche. Aktuelle Veröffentlichungen machen darüber hinaus deutlich, dass der umfassend erforschte Schädigungsmechanismus für solche Schweißverbindungen zwischen Nickellegierungen und 2,25%Cr-Stählen nicht unbedingt auf die Verbindungen mit 9-12%Cr-Stählen übertragbar ist. Darüber hinaus ist es bisher nicht möglich, das Auftreten der Fusionslinienbrüche befriedigend mittels Finite-Elemente-Methode zu beschreiben. Verfügbare Ansätze für artgleiche Verbindungen können Mischbrüche (Bruch zum Teil entlang der Fusionslinie und zum Teil in der Wärmeeinflusszone) allenfalls ansatzweise darstellen. Bereits für artgleiche Schweißverbindungen ist zudem keine quantitative Aussage über Bruchlage und -zeitpunkt möglich. In der vorliegenden Arbeit wird daher eine Schweißverbindung der Gusswerkstoffe Alloy 625 und GX12CrMoVNbN9-1 untersucht. Neben der Charakterisierung des Zeitstandverhaltens erfolgt eine umfangreiche Untersuchung der Bruchflächen. Entsprechend noch offener Fragestellungen der bisherigen Literatur, betrachten die Untersuchungen dabei insbesondere die Mikrostruktur nahe der Fusionslinie (Fusionslinienarten, Karbide, Grenzschichtband). Die Ergebnisse werden im Kontext der Literatur und weiterer Untersuchungen an weiteren Nickelbasiswerkstoff-Stahl-Verbindungen, die an der Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart durchgeführt wurden, diskutiert. Eine hierfür erarbeitete Kategorisierung der auftretenden Bruchaussehen ermöglicht dabei zunächst eine einheitliche Bezeichnung der unterschiedlichen Bruchaussehen. Im weiteren Verlauf werden Einflussfaktoren herausgearbeitet und einige Literatur-Schlussfolgerungen erneut bewertet. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wird ein dehnungsbasiertes Versagenskriterium zur numerischen Bewertung von Schweißverbindungen unter Kriechbeanspruchung, mit besonderem Augenmerk auf Fusionslinienbrüche, vorgestellt. Das Versagenskriterium beruht auf der abhängig vom Zustand der Spannungsmehrachsigkeit berechneten Verformungsfähigkeit des Werkstoffs (Grenzdehnung) und deren Erreichen im beanspruchten Querschnitt. Es wird in seiner Eignung schrittweise erprobt, zunächst an Grundwerkstoffversuchen (einachsig und mehrachsig beansprucht), dann an artgleichen Schweißverbindungen (Zeitstandproben und Druckbehälter) und schließlich an Mischverbindungen (Stahl-Stahl, Nickelbasis-Stahl). Ergänzend wird der Einfluss einer kriechschwachen Zone an der Fusionslinie sowie der Einfluss der Festigkeit des Schweißguts auf den Fusionslinienbruch numerisch untersucht. Für eine geeignete Modellierung des Kriechverhaltens von Schweißverbindungen mittels Kriechgesetz, müssen auch für die Wärmeeinflusszonen die Materialparameter identifiziert werden. Da von diesen Zonen das Verformungsverhalten selten bekannt ist, wird auf Basis einer Datensammlung ein Ansatz zur Abschätzung des Werkstoffverhaltens über die Grundwerkstoff-Eigenschaften vorgestellt. Die vorliegende Arbeit dient damit zur Erweiterung des Kenntnisstands zum Versagensverhalten von artfremden Nickelbasiswerkstoff-Stahl-Schweißverbindungen unter Kriechbeanspruchung, auch von Gusswerkstoffen. Sie führt offene Fragestellungen fort und liefert Ansätze, bisher widersprüchliche Ergebnisse zu harmonisieren. Zudem wird ein Modellierungsvorgehen für das Kriechverhalten der Wärmeeinflusszone in Schweißverbindungen sowie ein Versagenskriterium vorgestellt, welches sich für Versuche an Grundwerkstoffen und artgleichen sowie artfremden Schweißverbindungen eignet.Item Open Access Resolving heterogeneities in single and multiphase bioreactor systems - Predictive modelling tools towards successful scale-up(2020) Kuschel, Maike; Takors, Ralf (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access A metal hydride air-conditioning system for fuel cell vehicles(2020) Weckerle, Christoph; Thess, André (Prof. Dr.)High-pressure tanks are the established hydrogen storage technology for automotive systems. However, around 15% of the lower heating value of hydrogen is required for compression up to a pressure of 700 bar. Since this energy is available onboard but has been wasted so far, an “open” cooling system based on metal hydrides (MHs) is a promising way to utilize the potential energy of compressed hydrogen. The thesis presents the systematic investigation of a first-of-its-kind system and a demonstration of the extent to which this energy can be transformed into useful cold. For this purpose, an experimental setup is built that consists of two novel plate reactors coupled to a polymer electrolyte membrane fuel cell (FC). The reactors with an optimized heat transfer characteristic and an average heat transfer distance in the MH bed of 0.44 mm are filled with around 1.5 kg of Hydralloy® C2 (Ti0.98Zr0.02Mn1.46V0.41Cr0.05Fe0.08), which is thermodynamically characterized in the temperature range of 0-50 °C. The functional demonstration at an electrical power of 5 kW shows that the FC operation is not affected by the alternately H2-desorbing reactors with a half-cycle duration of 145 s. Hydrogen is absorbed at a pressure of 35 bar and a continuous flow rate is released at an FC backpressure of 4.1 bar. Under reference conditions for an ambient temperature of 30 °C and a cooling temperature of 20 °C, around 45% of the as-yet-unexploited potential energy of hydrogen at 700 bar can be utilized by generating a cooling effect. A novel operation optimization of time-shifted valve switching increases the performance by more than 50% compared to the case without its implementation. Based on reference conditions, extensive performance investigations are performed while varying the key influencing parameters: the electrical FC power and the operating temperatures. The variation of the electrical FC power between 1.8 and 7.9 kW results in a maximum average cooling power of 807 W at an electrical power of 7 kW, reaching a specific cooling power of 564 W kgMH-1 referred to the MH mass of a single reactor. The performance decreases with rising ambient temperatures (varied in the range of 24.3-42.3 °C) and decreasing cooling temperatures (varied in the range of 13-25.4 °C) due to increased thermal losses and reduced half-cycle times. To further improve the performance, the plate reactor is numerically investigated and optimization recommendations are given. The validated model shows that an increase of the cooling power is obtained by reducing the distance of the hydrogen gas transport, the porosity of the MH bed and the FC backpressure. For this optimized system design, related to the maximum obtainable cooling power of 18.3% of the electrical FC power, cooling efficiencies above 60% are feasible even in harsher operating conditions. As an innovative “hydrogen pressure transducer”, the system can be transferred to all applications where a hydrogen pressure difference is available.Item Open Access Analyse und Optimierung von Tropfvorgängen zur Dosierung flüssiger Medikamente(2020) Hummel, Sebastian; Sandmaier, Hermann (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Das untere Sprunggelenk als biomechanischer Einflussfaktor : Entwicklung und Anwendung eines IMU-Systems zur Beschreibung der Orientierung der Achsen des Sprunggelenks(2020) Schlechtweg, Sascha; Alt, Wilfried (Prof. Dr.)Item Open Access Ein Beitrag zur Charakterisierung der Verbindungsfestigkeit von flächigen Mehrschichtverbunden in der Blechumformung(Stuttgart : Institut für Umformtechnik, 2020) Hofmann, Dennis; Liewald, Mathias (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. MBA)In der Automobil- und Luftfahrtindustrie werden verstärkt maßgeschneiderte Produkte bzw. Halbzeuge eingesetzt, um die anspruchsvollen Vorgaben in Bezug auf Leichtbaupotential, Materialeinsparung und Energieeffizienz zu erfüllen. Neben Tailor Welded Blanks und Tailored Rolled Blanks gehören auch die Mehrschichtverbunde zur Gruppe dieser maßgeschneiderten Produkte, welche die Vorteile einer geringen Dichte mit schall- bzw. vibrationsdämpfenden Eigenschaften vereinen. Der Einsatz von Mehrschichtverbunden, insbesondere der der kraft- und stoffschlüssig gefügten Doppelplatinen und Sandwichbleche, findet jedoch derzeit noch wenig Akzeptanz in industriellen Produkten. Der Grund dafür besteht in der bisher unzureichenden Auslegung und Charakterisierung der Verbindungsfestigkeit dieser Halbzeuge. Die Zielsetzung dieser Arbeit besteht daher einerseits in der Charakterisierung und Auslegung der Verbindungsfestigkeit von kraft- und stoffschlüssigen Mehrschichtverbunden in der Blechumformung und anderseits in der systematischen Entwicklung von Möglichkeiten zur Funktionsintegration in kraftschlüssig gefügte Mehrschichtverbunde. Im ersten Teil der Arbeit werden die mechanisch technologischen Kennwerte aus Grund- und Modellversuchen für die numerische Simulation von kraftschlüssigen Mehrschichtverbunden aus Blechen erarbeitet. Diese Kennwerte werden sowohl für die Umformung der Verbunde als auch für die Charakterisierung der Verbindungsfestigkeit verwendet. Für die numerischen Berechnungen des Kraftschlusses zwischen den Bauteilen nach der Umformung werden in diesem Teil der Arbeit insbesondere das tribologische System zwischen den beiden Platinen nach dem Umformen und die kinematische Verfestigung des Blechwerkstoffs charakterisiert. Aufbauend darauf wird die Rückfederungskraft von monolithischen Blechwerkstoffen analytisch, numerisch und experimentell ermittelt, um das Potential zum flächigen Fügen von Platinen durch gemeinsames Umformen, welches als Gemeinsamtiefziehen bezeichnet wird, bewerten zu können. Beim Gemeinsamtiefziehen werden zwei Platinen ohne Verwendung von zusätzlichen Verbindungselementen sowie thermischer und chemischer Verbindung von deren Oberflächen gemeinsam miteinander tiefgezogen, sodass eine flächige Verpressung entstehen kann, wenn die Zargenbereiche senkrecht stehende Flächenanteile aufweisen. Konische Bauteile übertragen beispielsweise keine oder nur geringe Verbindungsfestigkeiten. Die Verbindungsfestigkeit, welche durch eben diese flächige Verpressung durch Gemeinsamtiefziehen entsteht, wird anschließend experimentell analysiert und die werkstoff-, prozess- und bauteiltechnischen Einflussfaktoren werden quantifiziert. Die Verbindungsfestigkeit der gemeinsam tiefgezogenen Mehrschichtverbunde wird weiterhin durch numerische Grundlagenuntersuchungen analysiert, um die erzeugte Verbindungsfestigkeit ohne aufwendige experimentelle Grundsatzuntersuchungen vorhersagen zu können. Grundlage der Charakterisierung der Verbindungsfestigkeit stellen FEM-Berechnungen aus Schalen- und Volumenelementen dar, welche aus einer Mehrstufensimulation aufgebaut werden. Durch strukturmechanische Simulationen kann zusätzlich der Einfluss von der Struktursteifigkeit in Abhängigkeit von der Verbindungsfestigkeit aufgezeigt werden. Abschließend wird ein empirisch-numerisches Prognosemodell zur Vorhersage der Verbindungsfestigkeit von gemeinsam tiefgezogenen Mehrschichtverbunden für rotationssymmetrische Bauteile abgeleitet und validiert. Dieses Modell gilt für die in dieser Arbeit aufgestellten Randbedingungen (z.B. annährend senkrechte Zarge des Bauteils). Im zweiten Teil der Arbeit wird das Gemeinsamtiefziehen auf mögliche industrielle Anwendungen übertragen. Neben dem Fügeprozess des Gemeinsamtiefziehens werden Versteifungs- bzw. Befestigungselemente einstufig in den Mehrschichtverbund integriert, sodass Montagezeiten verkürzt, Hilfsfügeelemente (z.B. Nieten) subsituiert und Zusatzfunktionen (z.B. Drehmomentübertragung) geschaffen werden. Die im Rahmen dieser Arbeit hergestellten kraftschlüssigen Mehrschichtverbunde können beispielsweise ein Drehmoment in Fail-Safe-Anwendungen bis zu 80 Nm übertragen (vgl. Kap.5). Im dritten Teil dieser Arbeit wird die Ermittlung der Verbindungsfestigkeit von stoffschlüssig gefügten Mehrschichtverbunden (Sandwichbleche) betrachtet, da die zuvor betrachteten kraftschlüssig gefügten Mehrschichtverbunde aufgrund der Reibungskräfte nur begrenzte Verbindungsfestigkeiten erreichen. Nachteile dieser Verbunde bestehen in der ungenauen numerischen Vorhersagbarkeit des Versagens der Klebstoffzwischenschicht, sowie in der aufwendigen Kennwertermittlung und der Charakterisierung des Delaminationsverhaltens. Aus diesem Grund wird eine neue inverse Methodik zur Kennwertermittlung von Sandwichblechen auf Basis eines mehrachsigen Laborversuchs vorgestellt. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine präzise Vorhersage des Zwischenschichtversagens von dünnen Klebschichten in Sandwichblechen in der Blechumformung. Der wesentliche Erkenntnisgewinn dieser Arbeit besteht daher einerseits in der Vorhersage der Verbindungsfestigkeit zweier gemeinsam umgeformter Platinen nach der Umformung und anderseits in der verbesserten Vorhersage des Zwischenschichtversagens von dünnen Klebeschichten. Die mit dieser Arbeit vorliegenden neuen Vorhersagemöglichkeiten, insbesondere im Bereich der kraftschlüssig gefügten Mehrschichtverbunde, bieten langfristig neue Konstruktions- und Auslegungsmöglichkeiten für flächig zu fügende Blechbauteile. Die in dieser Arbeit durchgeführten Grundlagenuntersuchungen sollten zukünftig dazu verwendet werden, um die Verbindungsfestigkeit von komplexeren Bauteilen vorherzusagen. Eine Kombination aus Form- und Kraftschluss kann dabei die übertragbare Verbindungskraft erhöhen. Denkbar sind beispielweise Anwendungen aus dem Design-, Verpackungs- oder Korrosionsschutzbereich, welche keine großen mechanischen Beanspruchungen der Bauteile in der Betriebs- und Nutzungsphase erfahren und unterschiedliche Ansprüche an die Funktion von innerem und äußerem Bauteil fordern.Item Open Access Integrated georeferencing for precise depth map generation exploiting multi-camera image sequences from mobile mapping(2020) Cavegn, Stefan; Haala, Norbert (apl. Prof. Dr.-Ing.)Image-based mobile mapping systems featuring multi-camera configurations allow for efficient geospatial data acquisition in both outdoor and indoor environments. We aim at accurate geospatial 3D image spaces consisting of collections of georeferenced multi-view RGB-D imagery, which may serve as basis for 3D street view services. In order to obtain high-quality depth maps, dense image matching exploiting multi-view image sequences captured with high redundancy needs to be performed. Since this process is entirely dependent on accurate image orientations, we mainly focus on pose estimation of multi-camera systems within this thesis. Nonetheless, we also present methods and investigations to obtain accurate, reliable and complete 3D scene representations based on multi-stereo mobile mapping sequences. Conventional image orientation approaches such as direct georeferencing enable absolute accuracies at the centimeter level in open areas with good GNSS coverage. However, GNSS conditions of street-based mobile mapping in urban canyons are often deteriorated by multipath effects and by shading of the signals caused by vegetation and large multi-story buildings. Moreover, indoor spaces do not even allow for any GNSS signals. Hence, we propose a powerful and versatile image orientation procedure that is able to cope with these issues encountered in challenging urban environments. Our integrated georeferencing approach extends the powerful structure-from-motion pipeline COLMAP with georeferencing capabilities. It assumes initial camera poses with sub-meter accuracy, which allow for direct triangulation of the complete scene. Such a global approach is much more efficient than an incremental structure-from-motion procedure. Furthermore, an initial image orientation solution already facilitates to georeference in a geodetic reference frame. Nevertheless, accuracies at the centimeter level can only be achieved by incorporation of ground control points. In order to obtain sub-pixel accurate relative orientations, strong tie point connections for the highly redundant multi-view image sequences are required. However, hardly overlapping fields of view, strongly varying views and weakly textured surfaces aggravate image feature matching. Hence, constraining relative orientation parameters among cameras is crucial for accurate, robust and efficient image orientation. Apart from supporting fixed multi-camera rigs, our integrated georeferencing approach that uses bundle adjustment allows for self-calibration of all relative orientation parameters or just single components. We extensively evaluated our integrated georeferencing procedure using six challenging real-world datasets in order to demonstrate its accuracy, robustness, efficiency and versatility. Four datasets were captured outdoors, one by a rail-based and three by different street-based multi-stereo camera systems. A portable mobile mapping system featuring a multi-head panorama camera collected two datasets in an indoor environment. Employing relative orientation constraints and ground control points within these indoor spaces resulted in absolute 3D accuracies of ca. 2 cm, and precisions at the millimeter level for relative 3D measurements. Depending on the use case, absolute 3D accuracy values for outdoor environments are slightly larger and amount to a few centimeters. However, determining 3D reference coordinates is a costly task. Not relying on any ground control points led to horizontal accuracies of ca. 5 cm for a scenario featuring some loops, while dropping down to a few decimeters for an extended junction area. Since the height component is even more dependent on prior camera poses from direct georeferencing, these 2D accuracies significantly decreased for the 3D case. However, incorporating just one ground control point facilitates the elimination of systematic effects, which results in 3D accuracies within the sub-decimeter range. Nevertheless, at least one additional check point is recommended in order to ensure a reliable solution. Once consistent and sub-pixel accurate relative poses of spatially adjacent images are available, in-sequence dense image matching can be performed. Aiming at precise and dense depth map generation, we evaluated several image matching configurations. Standard single stereo matching led to high accuracies, which could not significantly be improved by in-sequence matching. However, the image redundancy provided by additional epochs resulted in more complete and reliable depth maps.Item Open Access Methoden zur selbstkalibrierenden Vermessung von Asphären und Freiformen in der Tilted-Wave-Interferometrie(Stuttgart : Institut für Technische Optik, Universität Stuttgart, 2020) Schindler, Johannes; Osten, Wolfgang (Prof. Dr.)Item Open Access Methode zur Rückführung von Erprobungswissen in die Produktentwicklung am Beispiel Fahrzeugtriebstrang(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2020) Karthaus, Carsten Alexander; Binz, Hansgeorg (Prof. Dr.-Ing.)Die vorliegende Arbeit beruht auf der Haupthypothese, dass durch einen Methodenbaukasten mit Wissensmanagementmethoden und situativer Methodenauswahl die Rückführung von Erprobungswissen in der industriellen Praxis praxisnah, effektiver und effizienter als bisher gestaltet werden kann. Die Vorgehensweise richtet sich an der Design Research Methodology von Blessing und Chakrabarti aus. Ausgehend von den Forschungsfragen wurden im Stand der Technik die wesentlichen Wissensgebiete „Wissensmanagement“, „Methodische Produktentwicklung“ und „Fahrzeugantriebsstrangentwicklung und Versuchsmethodik“ untersucht. Das Wissensgebiet der „Rückführung von Erprobungswissen in die Produktentwicklung“ ist - zumindest nach dem aktuellen Stand der Forschung und Technik - in der Literatur nicht systematisch und umfassend untersucht. Zudem zeigte sich, dass aufgrund der Interdisziplinarität der Wissensgebiete unterschiedliche Begriffe und Verständnisse vorlagen. Aufgrund der unterschiedlichen praktischen Herangehensweisen mit unterschiedlichen Zielsetzungen und Hintergründen wurden in Kapitel 3 für den Rahmen dieser Arbeit die Begrifflichkeiten „Versuch“, „Test“, „Erprobung“, „Prüfung“ usw. definiert und klassifiziert. Die zentralen Begriffe „Erprobung“, „Erprobungsmethodik“ und „Erprobungswissen“ sind in der Arbeit beschrieben; dazu gehören Definitionen grundlegender Art, die in dieser Weise in der Literatur nicht vorhanden waren. Dabei wurde erläutert, welche Arten und Typen von Wissen während der Erprobung entstehen. Wissensarten und Wissenstypen des Erprobungswissens lassen sich anhand des Erprobungsprozesses strukturierend zuordnen. Die aufgestellten Modelle zur Wissenserzeugung (siehe Kapitel 3.2) in der Erprobung konnten durch Erfahrungen und empirische Untersuchungen bestätigt werden. Die weitere Untersuchung des Erprobungswissens als aus der Erprobung entstehendes Wissen fokussierte sich auf die Ermittlung von Ist-Eigenschaften und Fehlern als zentralen Erprobungszielen. Aus der industriellen Praxis gibt es bis dato kaum Publikationen zu Erfahrungen der Industrie mit diesem Thema; daher sollte eine empirische Untersuchung darüber Klarheit schaffen. Deshalb wurden anhand mehrerer empirischer Studien die dort auftretenden Probleme im Umgang mit Erprobungswissen erfasst. Es stellte sich heraus: Die Nutzung des Erprobungswissens ist in vielen Bereichen als nicht effektiv bewertet worden. Verbesserungspotenziale zeigte insbesondere der Umgang mit Wissen aus Fehlern, wobei hier eine kausale Kette zum Unternehmenserfolg besteht. Ergebnis der Untersuchungen ist ein Referenzmodell, das die Einflussgrößen auf eine effektive Nutzung des Erprobungswissens aufzeigt: Festgestellt werden konnte, dass die effektive Nutzung dieses Wissens durch Probleme oder Situationen beeinträchtigt wird. Die Auswirkungen dieser Probleme auf messbare Erfolgsfaktoren und auf unternehmerische Erfolgsfaktoren sind anhand von Schlüsselfaktoren dargestellt. Eine quantitative Untersuchung der messbaren Erfolgsfaktoren wurde beim Evaluationspartner durchgeführt. Die Erfolgsfaktoren Effizienz und Effektivität konnten anhand dieser messbaren Größen dargestellt werden. Die untersuchte Literatur, die festgelegte Begriffswelt sowie die empirischen Untersuchungen schaffen das grundlegende, disziplinübergreifende Verständnis über den Problembereich. Ausgehend von diesen Untersuchungen wurden die Anforderungen an eine Methode zur Rückführung von Erprobungswissen, ein Ansatz für einen Rückführungsprozess, ein Methodenbaukasten zur Unterstützung dieses Rückführungsprozesses und ein Prozess zur Implementierung und Evaluation dieser Methoden in einem Unternehmen entwickelt. Einzelne Ansätze einer generischen Versuchs- oder Erprobungsmethodik in diesem Wissensgebiet sind in der Literatur zwar vorhanden, der Konkretisierungsgrad dieser Methoden ist aber meist gering; größtenteils werden Prozessschritte nur auf abstrakter Ebene dargestellt. Insbesondere die Entwicklung des Methodenbaukastens ist von zentraler Bedeutung für diese Arbeit. Die Bausteine der Methode zur Rückführung von Erprobungswissen stellen die in dieser Arbeit entwickelte Unterstützung dar, um methodisch die aktuelle Situation zu verbessern. Der Rückführungsprozess selbst ist durch vier wesentliche Prozessschritte („Wissen erzeugen“, „Wissen speichern“, „Wissen verteilen“ und „Wissen nutzen“) realisiert. Die Auswahl der Wissensmanagementmethoden zur Unterstützung des Rückführungsprozesses erfolgt zweistufig über eine situative, praxisnahe Vorauswahl und eine konkrete, objektive Bewertung des Methodeneinsatzes für die jeweilige Situation. Die Unterstützungswerkzeuge, deren Entwicklung und die Einführung der Methoden ins Unternehmen sind gerade bei Methoden des Wissensmanagements von entscheidender Bedeutung. Der praktische Einsatz derartiger Methoden steht und fällt mit der ihrer Unterstützung durch geeignete Werkzeuge: Diese Werkzeuge und vor allem deren Handhabung und Nutzerfreundlichkeit sind entscheidend für die Akzeptanz des Methodeneinsatzes. Die Entwicklung derartiger an die betrieblichen Anforderungen angepasster Tools nimmt bei der Einführung von Methoden und notwendigen Werkzeugen vergleichsweise viel Zeit in Anspruch. Ausgehend von einer Situationsanalyse bei einem Evaluationspartner wurden Methoden anhand des vorgestellten Methodenbaukastens identifiziert und ausgewählt, die eine Verbesserung der Wissensnutzung versprachen. Die Umsetzung, Anpassung, Werkzeugentwicklung und die Einführung ins Unternehmen erfolgten im Anschluss anhand der vorgeschlagenen Prozesse. Für die Verankerung und erfolgreiche Implementierung der Wissensmanagementmethoden im Unternehmen ist ein transparenter Prozess zur Integration der Methoden in Unternehmensabläufe, inklusive Evaluation und kontinuierlicher Verbesserung, vorhanden. Evaluation und kontinuierliche Verbesserung führen zu quantitativen Aussagen und tatsächlichen, messbaren Verbesserungen. Der Erfolg, die Anwendung und die Unterstützung durch die Methode wurden auf unterschiedliche Arten evaluiert. Die Erfolgsevaluation des Methodeneinsatzes erfolgte pilothaft an einem Dauerlaufprüfstand der Automobilindustrie über mehrere Monate. Die Effektivität und die Effizienz dieser Erprobung und der Rückführung von Erprobungswissen konnten durch den Einsatz von WM-Methoden gesteigert werden. Durch die Anwendung der entwickelten Methode wird ein messbarer Erfolg für die Rückführung von Erprobungswissen hinsichtlich Effektivität und Effizienz erzielt, also eine verbesserte Situation erreicht. Die Ergebnisse wurden mit allgemein anerkannten wissenschaftlichen Kriterien kritisch reflektiert. Darüber hinaus unterstützt der Methodeneinsatz den Evaluationspartner bei der Erreichung seiner Ziele im Speziellen durch einen höheren Produktreifegrad und geringere Stillstandzeiten und damit eine höhere Auslastung sowie insgesamt höhere Laufzeiten der Prüfstände. Folglich ergeben sich bei gleichbleibender Laufleistung (und Dauer zum Abfahren dieser Laufleistung) der Prüflinge kürzere einzuplanende Erprobungsdauern. Mit dem frühzeitigen Erkennen, Dokumentieren und Abstellen der Fehler ergibt sich ein höherer Reifegrad der Produkte am Ende einer Erprobung. Mit planbar kürzeren Erprobungsdauern und einem höheren Produktreifegradzuwachs innerhalb eines Entwicklungszykluses oder einer -charge ist langfristig eine Optimierung des Erprobungsportfolios verbunden. Das Resultat sind reduzierte Gesamtentwicklungszeiten, also eine Verkürzung der „Time to Market“ des Produkts. Die Arbeit dient dazu, ein Verständnis für einen neuen Problembereich zu entwickeln, der bis dato in dieser Zusammensetzung der Wissensgebiete wenig untersucht wurde. Zugleich wurde eine Methode zur Unterstützung und Verbesserung der Rückführung von Erprobungswissen erarbeitet. Die analytischen und synthetischen Forschungsfragen konnten durch die gezeigten Untersuchungen, Ergebnisse und deren Diskussion beantwortet und die Hypothesen dieser Arbeit einmalig positiv bestätigt werden.Item Open Access Online motion planning for dual arm industrial robots(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2020) Beuke, Felix; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)The trend toward consumer products of ever-increasing individuality poses several challenges for the domain of manufacturing automation. One of these challenges relates to the flexibility of devices used in industrial automation. In classical low-variability and high-throughput automation, plants could be designed and financed with several years of constant uptime in mind. In contrast, automated manufacturing of more and more individualized goods requires adapted manufacturing processes with shorter cycles and more flexible automation equipment. The higher variability and shorter life-cycle of manufactured goods often entails an uncertainty that makes investment in highly-specialized but inflexible automation equipment unprofitable. This creates a growing need for more flexible equipment that can be reused when the produced goods or parts of the production process change. Against this backdrop, the field of collaborative robotics has received increased interest and development activity over the past years. These robots can work in close proximity to humans and do not need to be fenced off in dedicated safety areas, thus enabling a more flexible use of the equipment. The idea of flexibility is taken further in this context by the development of dual-arm robots that mimic the morphology of the human upper body with two arms mounted on one common body. While these devices potentially offer increased flexibility and can work on a set of tasks otherwise reserved for humans (e.g., dual-arm handling, parallel work with both arms) the close proximity of the arms brings about new problems in the application of these robots. Using available programming methods for creating collision-free and coordinated motions for dual-arm robots is often complex and leads to long application times, which takes away a considerable part of the added flexibility introduced by dual-arm robots. To enable users to leverage the potential flexibility of industrial dual-arm robots more easily, this work develops a coordinated motion planner and associated control infrastructure for dual-arm industrial robots. Together, these components relieve the programmer of the responsibility to prevent arm collisions by specifying an exact temporal synchronization for both arms. Instead, collision-free and coordinated motions are automatically planned and executed based on a geometrical model. Moreover, it can serve as an application basis for more high-level planners for dual-arm industrial robots. The proposed planner and control architecture are implemented and evaluated on a real dual-arm robot.