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    Neuartige Versuchsmethodik zur verbesserten Modellierung der Reibung in der Blechumformung
    (Stuttgart : Institut für Umformtechnik, 2019) Singer, Markus Ruben; Liewald, Mathias (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. MBA)
    Die numerische Abbildung von Tiefziehprozessen benötigt eine Vielzahl von Eingangsparametern, deren Qualität sich direkt in der Abbildegenauigkeit des Prozesses widerspiegelt. Diverse Einflussfaktoren, wie etwa das Fließverhalten des Platinenwerkstoffes, wurden dabei bisher genau untersucht und sind heute in vielen Fällen gut verstanden. Die relativ exakte Beschreibung der im Prozess auftretenden Reibungsmechanismen zwischen Platine und Werkzeug bildet bei den Blechumformverfahren Tief- und Streckziehen hingegen eine Ausnahme. Das Reibungsverhalten bestimmt die Rückhaltung des Ziehflanscheinlaufes in die Zarge sowie welche Prozesskräfte, beeinflusst durch die örtlich unterschiedlichen Blechdickenreduktionen, übertragen werden können. Bei einer unzureichenden Kenntnis dieser Prozessgröße kann der Umformprozess nur unter Verwendung eines Sicherheitsfaktors numerisch ausgelegt werden. Hierbei kann allerdings nicht das gesamte Umformpotential des Prozesses in Kombination mit dem Platinenwerkstoff ausgenutzt werden. Durch die eingeschränkte Zugänglichkeit zur experimentellen Messwertaufnahme muss aktuell auf stark abstrahierte Modellversuche zur Bestimmung des Reibungsverhaltens zwischen Umformwerkzeug und Platine zurückgegriffen werden. Dabei können die komplexen Wechselwirkungen im tribologischen System zwischen Platinen- und Werkzeugoberfläche nicht abgebildet und eingehend untersucht werden. Auch hochentwickelte, numerische Abbildungsmodelle beziehen sich dabei auf Messwerte aus einfachen experimentellen Versuchsaufbauten. Die auftretenden Wechselwirkungen können dabei heute zwar relativ gut invers modelliert, jedoch nicht im realen experimentellen Aufbau gemessen werden. Diese Forschungslücke führt dazu, dass der Reibungszahl in Blechumformsimulationen, trotz ihrer deutlichen Auswirkung auf das Berechnungsergebnis, eine untergeordnete Gewichtung zukommt. Häufig werden lediglich globale, sich nicht verändernde Reibungszahlen im FE-Modell nach Coulomb verwendet. Diese unzureichende Beschreibung führt zu einer ungenauen numerischen Berechnung des Tiefziehprozesses. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine neuartige Methode zur Bestimmung der Reibungszahlen vorgestellt und auf Basis der so ermittelten, kontinuierlich aufgenommenen Reibungszahlverläufe ein Reibungsmodell für ein erweitertes Verständnis des tribologischen Systems für das Tiefziehen entwickelt. Im Hauptteil der Arbeit werden zunächst die grundsätzlichen Einflussfaktoren auf das tribologische System mittels Streifenziehversuchen ermittelt und deren Auswirkung auf die Reibungszahl bewertet. Im weiteren Verlauf erfolgt die Integration von Miniatur-Längsmessdübeln in das Umformwerkzeug, welche die elastische Deformation der Werkzeugstruktur aufzeichnen. Darüber können die auf die Platine wirkenden Rückhaltekräfte gemessen werden. Die Messwertaufnahme ist hierbei kontinuierlich über den gesamten Tiefziehprozess sowie ohne Eingriff in die Kontaktfläche zwischen Umformwerkzeug und Platine möglich. Die Positionierung der Sensoren erfolgt nach einer Unterteilung der Werkzeugaktivflächen auf Basis des örtlich vorherrschenden Spannungszustandes in Anlehnung an die Gleitlinientheorie in acht unterschiedliche Sektoren. Aufbauend auf den im Prozess gemessenen Reibungszahlen können für die definierten geometrischen Werkzeugsektoren mathematische Funktionen der Reibungszahlverläufe über den jeweiligen Ziehweg bestimmt werden. Dazu werden die jeweiligen Funktionsbeschreibungen in Abhängigkeit von den zuvor ermittelten Einflussfaktoren wie Flächenpressung, Ziehgeschwindigkeit und Temperatur approximiert. Durch die Integration dieser Reibungszahlen in ein Simulationsmodell ist es anschließend möglich, die Güte der numerischen Abbildegenauigkeit des Prozesses zu bewerten und mit konventionellen numerischen Berechnungen mit konstanten Reibungszahlen zu vergleichen. Des Weiteren kann gezeigt werden, dass der Übertrag der an der einfachen Ziehteilgeometrie „Rechtecknapf“ ermittelten Reibungszahlverläufe auf eine komplexere Ziehteilgeometrie möglich ist und sich dabei die Abbildegenauigkeit der Simulationsrechnungen verbessert. Die vorliegende Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung der durchgeführten Forschungsarbeiten ab. Somit wird ein wissenschaftlicher Beitrag zum verbesserten Verständnis der Wirkzusammenhänge des Reibungsverhaltens im Blechumformprozess geleistet sowie weitere zukünftige Potenziale aufgezeigt. Es kann gezeigt werden, dass die numerische Abbildegenauigkeit von Blechumformprozessen steigt, wenn sich über den Stößelweg verändernde Reibungszahlen in den Modellaufbau integriert werden. Dazu wurde in dieser Arbeit eine neuartige Methode zur Bestimmung der real im Prozess auftretenden Reibungszahlen entwickelt. Die Wechselwirkungen der signifikanten Einflussfaktoren auf die Reibungszahlen im Blechumformprozess werden in einem, auf Basis der Gleitlinientheorie, in verschiedene Sektoren unterteilten Tiefziehwerkzeug bestimmt. Die Bestimmung von mathematischen Funktionen des ziehtiefenabhängigen Reibungsverhaltens ermöglicht den Übertrag der experimentell ermittelten und numerisch abgebildeten Reibungszahlen aus einer einfachen Versuchsgeometrie auf ein komplexes, realitätsnahes Tiefziehbauteil.
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    Maschinelles Lernen für intelligente Automatisierungssysteme mit dezentraler Datenhaltung am Anwendungsfall Predictive Maintenance
    (2019) Maschler, Benjamin; Jazdi, Nasser; Weyrich, Michael
    Für eine hohe Ergebnisqualität sind Machine Learning Algorithmen auf eine breite Datenbasis angewiesen. Studien zeigen jedoch, dass viele Unternehmen nicht bereit sind, ihre Daten mit anderen Unternehmen, beispielsweise in Form einer gemeinsamen Daten-Cloud, zu teilen. Ziel sollte es daher sein, effizientes maschinelles Lernen mit einer dezentralen Datenhaltung, die den Verbleib vertraulicher Daten im jeweiligen Ursprungs-Unternehmen ermöglicht, zu ermöglichen. In diesem Artikel wird diesbezüglich ein neuartiges Konzept vorgestellt und hinsichtlich seiner Potentiale für intelligente Automatisierungssysteme am Beispiel des Anwendungsfalls Predictive Maintenance analysiert. Die Umsetzbarkeit des Konzepts unter Nutzung verschiedener bestehender Ansätze wird diskutiert, bevor schließlich auf potentielle Mehrwerte für Anlagenbetreiber sowie -hersteller unter besonderer Berücksichtigung der Perspektive kleiner und mittlerer Unternehmen eingegangen wird.
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    Von Straßenlängsprofilen zum Reifen-Fahrbahn-Geräusch : ein Modell zur Analyse des Textureinflusses
    (Stuttgart : Institut für Straßen- und Verkehrswesen, Universität Stuttgart, 2019) Manuel Sánchez, Marcos; Ressel, Wolfram (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)
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    Chirale lyotrop-lamellare Flüssigkristalle : Phasenverhalten neuer chiraler Amphiphile und Nachweis des elektroklinen Effektes
    (2019) Harjung, Marc D.; Gießelmann, Frank (Prof. Dr.)
    Ziel dieser Arbeit ist es, neue Erkenntnisse zur Bildung lyotroper SmC*-Phasen zu gewinnen und einen elektroklinen Effekt in chiral lamellaren Phasen nachzuweisen.
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    Concept for executing management operations on components of application instances
    (2019) Sowoidnich, Yannic
    A large field of technologies exist for orchestrating cloud applications. Many of them focus on automated deployment techniques, rather than continous management of application instances. Executing operations for deploying applications is different from executing management operations, due to their dependencies to the application state. Proper state management is important to guarantee valid execution of management operations. Cloud providers such as Amazon have embedded functions for managing cloud applications, but they come with major drawbacks. They increase vendor-dependency and they do not support multi-cloud deployments. Technologies like Chef, Puppet or Terraform work with declarative process models, which cannot be used for non-state-changing operations and they mostly only allow simple operations. It is impossible to execute more customized fine grained operations with those technologies. Also, most of these management tools only support executing operations on the whole application, not on specific components of the application. The objective of this thesis is to find a way for executing management operations on running application instances by combining the information of the deployment model with the instance model of the application. The conceptual approach proposed in this thesis will consider and solve above addressed issues, as well as ensuring proper state management of application instances. The practical feasibility of this concept is validated by a prototypical implementation based on the TOSCA standard and the OpenTOSCA ecosystem.
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    Position sensor and control system for micro hydraulic drives in surgical instruments
    (Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2019) Comella, Laura; Bauernhansl, Thomas (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)
    This work is focused on the research and development of a sensor that permits the control of the movement of a hydraulically driven laparoscopic instrument tip and opens the way towards a new interpretation of surgical instruments. In the new vision the instrument is able to execute automatically preprogrammed tasks, without the constant involvement of the surgeon in the instrument control. After an analysis on the state of the art for laparoscopic instruments and a revision of the relevant literature on sensors for displacement measurement, the coaxial cylindrical capacitive method was identified as the most suitable solution for the application analyzed. This sensor configuration can be integrated directly into the hydraulic cylinder without the need of additional parts. The feasibility of the coaxial cylindrical capacitive sensor is theoretically analyzed, validated with FEA simulation and then characterized experimentally. Relevant is the fact that the tests are run with two different hydraulic cylinders, a mini hydraulic and a micro hydraulic cylinder, to demonstrate the scalability of the sensor and its adaptability to instruments of different size. The experimental results match the simulations and confirm the sensor´s behavior also on experimental level. The sensor is than integrated in a closed loop system to test its suitability for controlling the position of the instrument tip in a scenario as close as possible to the real one. For this reason, a hydraulic drive, which permits the movement of the instrument tip, is designed. The full hydraulic drive system is modeled and this model is used to design a feedback control. The designed controller is initially proven through simulation. Afterwards it is tested with experiments proving the correspondence between simulated and real world behavior of the system.
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    Design und Implementierung eines Konzepts zur eindeutigen Identifizierung von Softwarekomponenten auf Geräten im IIoT-Umfeld
    (2019) Güth, Jan
    Unter dem Begriff Internet der Dinge (Internet of Things (IoT)) werden Konzepte und Technologien zusammengefasst, die physischen Geräten die Vernetzung mit dem Internet ermöglichen. Beim Begriff des klassischen IoT stehen in erster Linie die Vernetzung von Geräten im privaten Umfeld, wie z.B. Haushaltsgeräte, im Mittelpunkt. In den letzten Jahren haben sich jedoch einige Teilgebiete entwickelt, wie beispielsweise der Bereich des Industrial Internet of Things (IIoT), oft auch als Industrie 4.0 bezeichnet. Beim IIoT steht nicht der Verbraucher, sondern industrielle Prozesse und Abläufe im Mittelpunkt, die Probleme in den verschiedenen Teilgebieten sind jedoch meist dieselben. Eines dieser Probleme stellt die Identifizierung von Geräten und Software dar. Die Identifikation von Geräten mit eindeutigen und unveränderlichen Hardwaremerkmalen ist relativ leicht zu lösen, die eindeutige Identifikation von Software nicht. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Ausarbeitung eines Konzepts zur eindeutigen Identifizierung von Software auf verschiedenen Geräten. Dabei soll der Identifizierungsmechanismus zur Einhaltung von Softwarelizenzbedingungen verwendet werden können. Auch verschiedene Ausführungsumgebungen, wie beispielsweise virtuelle Maschinen, sollen im Konzept berücksichtigt werden. Des Weiteren wird untersucht, ob auch eine hardwarebasierte Sicherheitstechnologie wie Intel SGX zur Lösung des Identifikationsproblems eingesetzt werden kann. Durch eine prototypische Implementierung und eine abschließende Evaluierung wird gezeigt, dass der entwickelte Identifizierungsmechanismus eine Unterscheidung von verschiedenen Geräten und der darauf ausgeführten Software zulässt und somit auch zur Einhaltung von Softwarelizenzbedingungen verwendet werden kann.
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    Alternative Korrosionsschutzsysteme für Verbindungsmittel in der Befestigungstechnik bei Anwendung im Außenbereich
    (2019) Köse, Cenk; Nürnberger, Ulf (Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c.)
    In der Bautechnik werden Verbindungsmittel für eine Anwendung im Außenbereich aus optischen und/oder sicherheitstechnischen Gründen bevorzugt aus nichtrostendem Stahl eingesetzt. Diese bisherige nahezu ausschließliche Verwendung von nichtrostendem Stahl ist jedoch aus korrosionstechnischer Sicht nicht immer nachvollziehbar und eine Verwendung ist häufig auch unwirtschaftlich. Die Aufgabe der hier durchgeführten Forschung bestand deshalb darin, in den letzten Jahrzehnten neu entwickelte Überzüge wie galvanische ZnNi-Überzüge und ZnAl-Lamellenüberzüge auch unter Berücksichtigung von zusätzlichen Passivierungen und Deckbeschichtungen (Topcoats) im Hinblick auf eine Anwendung als Holzschraube im Holzbau, Selbstbohrschraube im Metallbau sowie Spreiz- und Kunststoffrahmendübel im Betonbau, unter Berücksichtigung von möglichen mechanischen Beeinflussungen beim Einbau und korrosiven Beeinflussungen während der Nutzung zu untersuchen. Verbindungsmittel aus nichtrostendem Stahl sowie feuerverzinktem und galvanisch verzinktem Stahl wurden zum Vergleich ebenfalls untersucht. Denn letztlich war es auch Ziel der Untersuchungen festzustellen, ob und wenn ja, unter welchen Außenanwendungen ein Schutz durch Zinküberzüge und die derzeit offerierten ZnNi-Überzüge und ZnAl-Lamellenüberzüge die erheblich teureren nichtrostenden Stähle ersetzen können. Anderseits galt es zu klären, ob bei den „legierten“ metallischen Überzügen auch unter baupraktischen Umgebungsbedingungen eine deutliche Verbesserung der Schutzwirkung gegenüber den herkömmlichen Verzinkungen (galvanische Verzinkung, Feuerverzinkung) besteht. Kleinteile wie Verbindungsmittel sind wirtschaftlich nur in Trommeln mit den genannten Überzügen zu schützen. Deshalb stand die sog. „Trommelware“ im Vordergrund der Untersuchungen. Seitens der Beanspruchung wurde die Korrosionsschutzwirkung der genannten Schutzsysteme unter bautechnisch relevanten Bedingungen wie Konstantklima (20 °C und etwa 84 bzw. 100 % relative Luftfeuchte), bei Auslagerung unter atmosphärischen Bedingungen (Stadtatmosphäre, Meeresatmosphäre) sowie in einem Kurzbewitterungstest (Salzsprühtest) vergleichend festgestellt. Der Salzsprühtest deshalb, weil in der Korrosionsschutztechnik Aussagen zum langzeitigen Korrosionsschutzverhalten der vorgenannten metallischen Überzüge, einschließlich zusätzlicher Passivierungen und Deckbeschichtungen, nahezu ausschließlich aus Ergebnissen von labormäßig durchgeführten Schnelltests, meist aus dem Salzsprühtest, abgeleitet werden. Unter den Korrosionsbedingungen Konstantklima und Naturversuche wurden die Verbindungsmittel stets im eingebauten Zustand ausgelagert. Im Salzsprühtest wurden „nackte“ Proben geprüft, wobei auch mechanische Beanspruchungen, wie sie typisch für den Einbau sind, berücksichtigt wurden. Ergänzend wurden auch die korrosiven Randbedingungen in der umgebenden Außen- und Bohrlochatmosphäre (bei Dübeln) sowie in den verwendeten Baustoffen Holz (Fichte ohne und mit Imprägnierung, Eiche) und Normalbeton untersucht und in die Bewertung einbezogen. Die Ergebnisse der Naturversuche zeigen, dass die Feuerverzinkung insgesamt gesehen im Vergleich zu den anderen Korrosionsschutzüberzügen den besten Korrosionsschutz aufweist. Die Ergebnisse der Untersuchungen haben weiterhin gezeigt, dass bei geeigneter Konzeption galvanischer Zink- und Zink-Nickel-Überzüge sowie ZnAl-Lamellenüberzüge ein langzeitiger Schutz gegenüber Stahlkorrosion erreicht werden kann. Insbesondere in Stadtatmosphäre sind sinnvoll konzipierte Überzüge (siehe unten) im Regelfall ausreichend und können auch nichtrostende Stähle ersetzen. Folgende Anforderungen sind an die genannten Überzüge zu stellen: Beide galvanischen Überzüge müssen eine ausreichende Schichtdicke vorweisen (je nach Umgebungsverhältnisse Schichtdicken um etwa i.M. 10 bis 15 µm), wobei bereits Reinzinküberzüge aus hiesiger Sicht einen langzeitigen Korrosionsschutz bieten. Als Trommelware hergestellte ZnNi-Überzüge sind wegen vorhandener Risse, Abplatzungen und Nullstellen nicht grundsätzlich besser als Zinküberzüge. Für einen langzeitigen Korrosionsschutz bedürfen ZnAl-Lamellenüberzüge, die im Trommelverfahren auf Verbindungsmitteln appliziert werden (hohe Schichtdickenschwankungen, Nullstellen), einen Haftvermittler (galvanische Unterzinkung und/oder Phosphatierung). Weiterhin müssen ZnAl-Lamellenüberzüge eine ausreichende Schichtdicke von etwa i.M. 10 µm vorweisen. Passivierungen und Deckbeschichtungen für galvanische Überzüge sowie Deckbeschichtungen für ZnAl-Lamellenüberzüge führen bei Trommelware zu keiner wesentlichen systematischen Verbesserung des Korrosionsschutzes. Bei den vergleichenden Untersuchungen im Salzsprühtest und im Naturversuch (Stadt- und Meeresatmosphäre) wurde festgestellt, dass die im Salzsprühtest ermittelten Ergebnisse bezüglich der Qualität und Quantität der Schutzwirkung nicht mit dem Korrosionsverhalten unter realistischen Bedingungen (der Baupraxis) übereinstimmen. Die Ursache dieses Verhaltens liegt darin begründet, dass im Salzsprühtest wegen Dauerbefeuchtung und hoher Chloridbelastung der Korrosionsmechanismus gegenüber dem Verhalten in der Baupraxis verändert wird. Das betrifft sowohl den Metallabtrag (Möglichkeit der Bildung von korrosionsschützenden Deckschichten) als auch die Möglichkeit eines kathodischen Korrosionsschutzes (dieser funktioniert nur im Salzsprühtest). Außerdem werden bei Verbindungsmitteln der Bautechnik baustoffseitige und verarbeitungsbedingte Einflüsse (Beschädigungen des Überzuges) im Salzsprühtest nicht ausreichend erfasst. Deshalb ist nach hiesigen Untersuchungen der Salzsprühtest weder geeignet Materialien oder unterschiedliche metallische Überzüge miteinander zu vergleichen, noch hieraus Aussagen für deren Langzeitverhalten unter natürlichen Umgebungsbedingungen abzuleiten. Aus dem Salzsprühtest kann bei als Trommelware hergestellten Überzügen von Verbindungsmitteln u. U. sogar ein falsches Verhalten im Hinblick auf den Langzeitschutz unter natürlichen Umgebungsbedingungen abgeleitet werden.