Automobil- und Maschinenbau
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Hybrid manufacturing of titanium Ti-6Al-4V combining laser metal deposition and cryogenic milling
(2020)
Hybrid manufacturing, which, e.g., combines additive manufacturing with conventional machining processes, can be a way of overcoming limitations currently encountered in additive manufacturing. Cryogenic milling might be a viable option for hard-to-cut materials, as it leaves a contamination-free surface and can increase surface quality and tool life compared to conventional cooling concepts. In this study, the influence of cryogenic milling with carbon dioxide on titanium Ti-6Al-4V specimens manufactured with laser metal deposition (LMD) was investigated regarding tool wear and surface integrity in comparison to dry machining and machining with cooling lubricants. Moreover, additional layers of material were deposited on top of conventionally and cryogenically machined surfaces by means of LMD. The interface zone was then examined for defects. The milling process was closely monitored by means of thermal and high-speed imaging. Optical and tactile surface analysis provided evidence that lower roughness values and improved surface qualities could be obtained with cryogenic machining in comparison to dry machining. Moreover, significantly less tool wear was observed when a cryogenic cooling medium was applied. Although the utilization of conventional cooling lubricants resulted in satisfying surface qualities, substantial residual contamination on the milled surface was detected by means of fluorescence analysis. These contaminants are suspected to cause defects when the next layer of material is deposited. This is supported by the fact that pores were found in the weld bead applied on top of the milled specimens by means of LMD. Conversely, cryogenic machining resulted in very clean surfaces due to the residue-free evaporation of the coolant. Hence, a good metallurgical bonding between the weld bead and the milled substrate could be achieved. The results indicate the great potential of cryogenic milling in hybrid manufacturing, especially in terms of intermediate machining, as it provides residue-free surfaces for subsequent material deposition without an additional cleaning step and can significantly prolongate tool life.
Dissipation energy based parameter identification of anisotropic linear viscoelastic composites
(2020)
The current work presents a relaxation analysis based procedure to identify effective material parameters of the multiaxial generalized Maxwell model (GMM) by a numerical homogenization of the microscopic dissipation energy density for anisotropic linear viscoelastic composites. The employed GMM enables the derivation of a thermodynamically consistent constitutive law and a function of the dissipation energy density for direction‐dependent viscoelastic materials. The identity of this energy function to the microstructure's homogenized dissipation energy density is utilized for the identification of effective relaxation times. Furthermore, the identified relaxation times enable a simple determination of the remaining stiffness parameters. Finally, the presented procedure is demonstrated and evaluated for a randomly endless fibre‐reinforced plastic with a polymer matrix exhibiting a significant viscoelastic behaviour.
Lewis–Mogridge Points: A Nonarbitrary Method to Include Induced Traffic in Cost-Benefit Analyses
(2020)
We propose a new method to estimate benefits of road network improvements, which allows to include the induced demand without arbitrary assumptions. Instead of estimating induced demand (which is nontrivial and hardly possible in practice), we search for demand induction where initial benefits are mitigated to zero. Such approach allows to formulate a dual measure of benefit, covering both the potential benefits and the likelihood of consuming them by the induced traffic. We first estimate benefits of road network improvement assuming that traffic demand is fixed. Consequently, we find demand model configurations at which the benefits of the new investment become null, i.e., all the initial benefits are consumed by the traffic demand growth. We call such states of induced demand the Lewis–Mogridge points of the analysed improvement. We select the most probable of such points and use it to calculate the proposed novel indicator μ, for which the initial benefits (obtained under a fixed-demand assumption) are multiplied with a demand increase rate needed to consume them. We believe that such measure allows to include the critical phenomena of induced traffic and, at the same time, to overcome problems associated with reliable estimation of induced demand. As we illustrate with the case of two alternative road improvement schemes in Kraków, Poland, the proposed method allows to estimate maximal threshold of induced traffic and to select scenario more resilient to induced traffic.
Aufgabe der Arbeit ist die Analyse der Wirtschaftlichkeit eines internen Kalibrierlaboratoriums als alternative Variante der Prüfmittelüberwachung bei der Linamar GmbH. Hintergrund war die Revision des Qualitätsstandard der Automobilindustrie im Jahre 2016 – ISO/TS 16949 wird zu IATF 16949. Im Rahmen der Ausarbeitung werden die aktuellen Umsetzungen der Anforderungen für die externe Prüfmittelüberwachung aus der IATF 16949:2016 hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit untersucht und mit alternativen Umsetzungsmöglichkeiten, wie der Einrichtung eines internen Kalibrierlabors, verglichen. Ausschlaggebend waren dafür die gestiegenen Kosten für externe Kalibrierdienstleistungen. Für die Variante der Einrichtung eines normenkonformen internen Kalibrierlabors wird eine Checkliste entwickelt, welche für den Neuaufbau oder der Überplanung bereits vorhandener Räumlichkeiten verwendet werden kann. Die Checkliste enthält alle relevanten Anforderungen aus IATF 16949, VDI/VDE 2627 und DIN EN ISO/IEC 17025. Zu Beginn der Analyse wird der Umfang der kalibrierpflichtigen Mess- und Prüfmittel ermittelt. Im Anschluss daran erfolgt eine Kostenaufstellung und ein Vergleich für die Kalibrierungen vor und nach der Umstellung auf die neuen Anforderungen aus der IATF 16949. Mit Hilfe des ermittelten, finanziellen Mehraufwandes für Kalibrierungen - bezogen auf ein Jahr -, können alternative Umsetzungsmöglichkeiten in Hinsicht eines wirtschaftlichen Nutzens für das Unternehmen betrachtet werden. Der Abschluss der wirtschaftlichen Analyse der betrachteten Umsetzungsmöglichkeiten ist eine Empfehlung für das weitere normenkonforme Vorgehen für den Prozess der Prüfmittelüberwachung im Unternehmen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Optimierungen im Logistikbereich der Sport Equipment ACS GmbH & Co. KG durchgeführt. Auf Basis des vorhandenen Lagerlayouts und bestehender Prozesse wurden mithilfe verschiedener Analysewerkzeuge, Optimierungsansätze herausgearbeitet und diskutiert. Zu diesem Zweck wurde nach der Einleitung eine Umfassende Ist-Analyse durchgeführt. Ziel dieser Diplomarbeit war es ausgewählte Prozesse hinsichtlich Prozesszeiten und Laufwegen zu optimieren. Zudem war die Einführung eines Füllmateriales gefordert. Des Weiteren sollte der Prozess MOP analysiert und verbessert werden.
Als Ergebnis dieser Abschlussarbeit lässt sich zusammenfassen, dass für alle Prozesse, die optimiert werden sollten, sehr geeignete und passende Lösungskonzepte erarbeitet wurden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch die Optimierungen entsprechend viel Zeit eingespart werden kann.
Die vorliegende Diplomarbeit beschreibt die Entwicklung verschiedener Konzeptvarianten zur Reduzierung von Klebstoffabfällen im Karosseriebau Macan der Porsche Leipzig GmbH. Unter der Zielsetzung das Mehraufkommen von Klebstoffabfällen zu reduzieren und erfolgreich zur Umsetzung der von Porsche definierten Strategie Zero Impact Factory beizutragen, werden im Rahmen der Abschlussarbeit zunächst aktuelle Prozesse analysiert. Da die Problemstellung teilweise aus einer Intransparenz bezüglich der Verteilung der Entsorgungsmengen resultiert, werden diese in Form einer Messung über einen definierten Zeitraum an einer exemplarischen Fertigungsanlage mit maximalen Parametern näher untersucht. Mit einer anschließenden Ergebnisübertragung werden verschiedene Konzeptvarianten zur Reduzierung von Klebstoffabfällen entwickelt. Darüber hinaus werden diese einer Machbarkeitsanalyse unterzogen. Dabei gilt es stets, die Rahmenbedingungen einer laufenden Serienproduktion zu berücksichtigen.
Die daraus resultierende Handlungsempfehlung sieht sowohl eine Anpassung der logistischen als auch der Fertigungsprozesse vor.
Sonderfahrzeuge umfassen anwendungsspezifische Ausstattungen, die gezielt auf den Einsatzzweck des Kunden zugeschnitten sind und besondere Herausforderungen zuverlässig erfüllen müssen. Aufgabe dieses wissenschaftlichen Projektes bestand darin, zunächst den Produktentstehungsprozess von Seriensonderfahrzeugen aus Qualitätssicht bei Volkswagen Sachsen zu erfassen und zu untersuchen sowie anhand dessen mögliche Optimierungskonzepte zu erarbeiten. Nach Auswertung der Analyseergebnisse werden Handlungsfelder abgeleitet und auf deren Grundlage mehrerer Konzepte zur Optimierung des PEP für Sonderfahrzeuge ausgearbeitet. Anschließend werden alle Varianten auf Basis einer Nutzwertanalyse bewertet und eine Vorzugsvariante ausgewählt.
Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung von Strategien zur Angleichung von Messergebnissen beim Einsatz unterschiedlicher Sensoren (taktil und optisch) an dem Multisensor-Koordinatenmessgerät Werth VideoCheck IP 400.
Dabei werden zu Beginn die theoretischen Grundlagen zur Koordinatenmesstechnik, Grundbegriffe, sowie der Aufbau und die Funktionsweise derartiger Geräte erläutert. Weiterhin wird auf den Messablauf sowie auf Antast- und Auswertestrategien eingegangen.
Anschließend werden Erkenntnisse aus drei vorhandenen Studienarbeiten der WHZ vorgestellt und analysiert. Anhand dieses Wissensstandes können mit Hilfe der Studienarbeiten und mit Grundlagen aus der Theorie typische Effekte, welche bei Messungen häufig vorkommen bzw. aufgefallen sind, festgehalten werden.
Nachfolgend werden aus den Aussagen der Effekte verschiedene Hypothesen aufgestellt, welche in zukünftigen Messreihen näher untersucht werden sollen. Dafür wird die komplette Planung für fünf ausgewählte Bauteile vorgenommen. Innerhalb dieser Planung wird für jedes Untersuchungsobjekt der exakte Messablauf, die Mess- und Antaststrategie sowie die Auswertung mittels Ausgleichsverfahren, Filterung und Dokumentation vorgestellt und festgelegt.
Abschließend werden einige der aufgestellten Hypothesen mit Erkenntnissen aus Praxisuntersuchungen wie Dissertationen und Fachartikeln verglichen sowie ein Ausblick für spätere Messungen und Untersuchungen dargelegt.
Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Auslegung und Konstruktion eines modularen Adaptionssystems, zur zuverlässigen Aufnahme von Koppelstangen und Kugelzapfen aus dem Pkw-Fahrwerksbereich, in einen Prüfstand zur Ermittlung der Betriebsfestigkeit. Dazu wurde ein bei HQM Scherdel vorhandener Betriebsfestigkeitsprüfstand genau untersucht und die Adaption unter Berücksichtigung der vom Prüfstand vorgegebenen Rahmenbedingungen (Bauraum etc.) entwickelt. Weiterhin wurde eine Anforderungsliste erstellt und das Adaptionssystem in seine Teilfunktionen zerlegt. Für jede dieser Teilfunktionen wurden verschiedene Varianten mit anschließendem Variantenvergleich
ausgearbeitet, welche letztendlich die Vorzugsvariante des Adaptionssystems bilden. Diese Gesamtvorzugsvariante wurde während der Konstruktionsphase weiter ausgearbeitet und durch verschiedene Anpassungen in ihrer Funktionalität verbessert. Dabei standen vor allem Steifigkeit, Dauerfestigkeit und Variabilität des Adaptionssystems im Vordergrund, weshalb mehrere FEM-Berechnungen durchgeführt wurden.
In den letzten Jahren ist das Exterieur Design von Fahrzeugen immer aufwendiger geworden. Um ein geschlossenes Design von Fahrzeugstoßfängern zu realisieren sind Abschleppösendeckel notwendig. Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung dieser Abdeckungen.
Ausgangpunkt der Arbeit sind die Forderungen der unterschiedlichen Fahrzeughersteller, die durch die Rehau AG + Co betreut werden und die Herstellungs- und Oberflächenbeschichtungsverfahren der Abschleppösendeckel. Anschließend werden, anhand einer Benchmark-Analyse, die wichtigsten Grundlagen der Konstruktion von Abschleppösendeckeln zusammengetragen und analysiert. Diese Analyse wird als Grundlage für die Konstruktion eigener Konzepte genutzt. Zur Beurteilung der Konzepte dienen die Kriterien Öffnungskraft, Fugenverlauf und Entwicklungsaufwand. Abschließend wird eine Empfehlung über das zu verwendende Konzept gegeben.
Die Ermittlung von Vitalparametern durch sogenannte Wearables, ist nicht nur ein aktueller Techniktrend im Sportbereich bzw. Alltag, sondern wird auch in der Arbeitswissenschaft zur Messung jener Parameter eingesetzt. Dazu wurde ein Überblick über den aktuellen Stand der Verfahren gegeben. Es erfolgte eine Einordnung der verwendeten Messsyteme und deren Nutzung aus arbeitswissenschaftlichen Gesichtspunkten. Dabei lag der Schwerpunkt auf der Erfassung und Einordung der Herzfrequenz als Bezugsgröße. Durch Versuchsreihen wurden handelsübliche Geräte unter definierten Laborbedingungen erprobt, um eine Aussage über ihre Validität im Einsatz unter Arbeitsbedingungen zu geben. Der Betrachtungsschwerpunkt lag dabei auf der Messgenauigkeit zur Erfassung der Herzfrequenz gegenüber Langzeit-EKG-Systemen. Unter simulierten Rahmen-bedingungen konnte der Übereinstimmungsgrad der kommerziellen Systeme ermittelt werden. Darauf aufbauend erfolgte eine Bestimmung des Goldstandards bzw. einer Ersatzklasse. Auf Basis von definierten Entscheidungskriterien wurde eine Festlegung vorgenommen. Zur objektiven und standardisierten Bewertung fand das multikriterielle Bewertungs-verfahren „Analytischer Hierarchieprozess“ Anwendung.
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit war es, ein Rückensystem für VAUDE Trekkingrucksäcke zu entwickeln und zu validieren, welches insbesondere den Bereich des Iliosakralgelenks entlastet und damit den Tragekomfort des Rucksacks verbessert. Auf der Grundlage anatomischer und medizinischer Erkenntnisse wurde die Konstruktion des Rückensystems dahingehend optimiert, das Kreuzbein in der Polsterung auszusparen und die Last gleichmäßig über den Rücken- und Beckenbereich zu verteilen. Die nach dieser Technologie gefertigten Prototypen wurden im Zuge eines Tragetests mithilfe eines Fragebogens subjektiv bewertet. Die Durchführung einer objektiven Druckverteilungsmessung folgte. Zur Feststellung einer Komfortveränderung wurden die Versuchsergebnisse der Prototypen mit denen ihrer Vorgängermodelle verglichen. Die folgende Formulierung konstruktiver Verbesserungsmöglichkeiten diente als Grundlage für die Weiterentwicklung der Technologie. Basierend auf den Erkenntnissen wurde schließlich ein Rückensystem gefertigt und die Ergebnisse einer erneuten Druckverteilungsmessung analysiert.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Möglichkeiten zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit im produzierenden Bereich des mittelständischen Unternehmens „PTF Pfüller GmbH & Co. KG“. Ziel der Steigerung der Anlagenverfügbarkeit ist es, die Gesamtanlageneffektivität in der Fertigung und die damit verbundene Produktivität zu erhöhen. Als Datengrundlage dient die Auswertung der Prozesskenngröße Overall Equipment Effectiveness (OEE). Diese Prozesskenngröße ermöglicht das transparente Identifizieren aller Produktionsverluste der Anlagen. Die daraus gewonnenen Daten werden in der Folge weiter aufbereitet und visualisiert. Die ermittelten Schwerpunktverluste werden im Anschluss mithilfe verschiedener Problemlösungstechniken strukturiert dargestellt. Aufbauend auf die gewonnenen Erkenntnisse, werden zwei Optimierungskonzepte abgeleitet und entwickelt. Das erste Verbesserungskonzept beruht auf Single Exchange of Die (Smed) und zielt auf die Optimierung des Rüstprozesses ab. Das zweite Konzept ist an Total Productive Maintenance (TPM) angelehnt und fokussiert sich auf die Erhöhung der technischen Verfügbarkeit der Anlagen. Abschließend wird der Nutzen der beiden Optimierungskonzepte abgeschätzt und anhand eines Projektplans eine effektive Umsetzung des Konzepts zur Optimierung der technischen Verfügbarkeit, bei der Firma „PTF Pfüller GmbH & Co. KG“, dargestellt.
Die Anforderungen an moderne Konsumverpackungen sind vielfältig. Sie spielen eine Schlüsselrolle bei der Kaufentscheidung von Verbrauchern. Um auf dem kontinuierlich wachsenden Markt der Kartonverpackungen langfristig bestehen zu können, bedarf es ständiger Innovation. Die vorliegende Arbeit stellt ein neues Verfahren zum einseitigen Verschließen von Verbundkartondosen mittels gezogener zylindrischer Kartonformteile vor. Die Ziele der Entwicklung liegen in der Reduzierung des Materialeinsatzes sowie der Verbesserung von Rezyklierbarkeit (Wiederverwertbarkeit) und Nachhaltigkeit im Vergleich zu bestehenden Verpackungslösungen.
Zunächst werden anhand geeigneter Kriterien die Technologien für das Stanzen und Umformen des Kartonnapfes sowie das Fügen von Zarge und Boden ausgewählt und vorgestellt. Danach wird eine vollautomatisch getaktete und kostengünstige Maschine mit geringer Ausbringung zur Versiegelung von Papierverbunddosen mit Napfböden entwickelt und konstruiert. Diese Methode baut auf die bereits im Unternehmen erfolgte Verfahrensermittlung auf.
Auf Grundlage der bereits vorhandenen Maschinenkonzepte mit der Verwendung dauerbeheizter, konisch ausgeführter Kontaktsiegelwerkzeuge widmet sich diese Arbeit einer neuen Zentriermöglichkeit, dem segmentierten Siegelring. Dieser Siegelring ermöglicht die Umformung der Ronde über eine Ziehbuchse direkt bis in den Kartonbehälter.
Weiterhin werden nachfolgende Operationen, wie das Bördeln der freien Zargenkante und die Umsetzung in das modulare Maschinensystem der Firma Gebrüder Leonhardt GmbH & Co.KG Blema Kircheis (GLBK) diskutiert.