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Mechanochromic Donor-Acceptor Torsional Springs Based on ortho-Substituted Diphenyldiketopyrrolopyrrole
Get PDFMechanochromic polymers are force-sensitive materials that change their color as a response to mechanical stimuli. This visualization of forces can be used to further optimize polymer-based materials by understanding microscopic force transduction or to display fatigue of material. Most mechanochromic systems rely on bond cleavage, so they can only distinguish between “on” and “off” state without any further correlation of the applied force with the optical signal. Although reversibility to the initial state is possible for most of these systems, it often demands time or input of energy making them rather unsuitable for sensing forces in real-time.
In this work, the development and application of mechanochromic donor (D)-acceptor (A) torsional springs is presented as a new concept for mechanochromic materials. The mechanically induced planarization of D and A leads to a continuous red-shift of both absorption and emission color. A suitable DA-system is found in ortho-substituted diphenyldiketopyrrolopyrrole (o-DPP) having the large torsional angle required for the equilibrium geometry and therefore showing blue-shifted optical spectra compared to reference compounds with a smaller torsional angle. The covalent incorporation into tough poly(meta,meta,para-phenylene) (PmmpP) by Suzuki polycondensation enables sufficient force transduction to the DA spring during uniaxial elongation of thin-film specimens. The detected mechanochromic response correlates with the applied stress and shows full reversibility upon stress release. Theoretical experiments based on density functional theory (DFT) confirm the experimental results and offer a detailed explanation of the molecular deformations responsible for the optical shift. In addition, the application as stress sensor was tested investigating the molecular force transduction in glassy PmmpP as a function of the number average molecular weight (Mn) by blending o-DPP-PmmpP probe chains of varying Mn with pristine PmmpP. The distinct mechanochromic response for entangled and non-entangled probe chains, respectively, allows the extraction of the critical molar mass (Mc) that is required for entanglements to become effective. The resulting value for the entanglement molar mass Me ≈ 1/2 Mc is in excellent agreement with the value determined by rheology
Simulation als Voraussetzung für die kollaborative Teilebearbeitung mit Roboter und Werkzeugmaschine
Get PDFDie kollaborative Teilebearbeitung mit Robotern und Werkzeugmaschinen wird in der Fertigung immer wichtiger. Durch die gleichzeitige Arbeit von Robotern und Werkzeugmaschinen kann eine noch effizientere Produktion erreicht werden. Mit der Entwicklung fortschrittlicher simulationsbasierter Lösungen können Hersteller jetzt die Zusammenarbeit von Robotern und Werkzeugmaschinen besser simulieren und überprüfen, um potenzielle Probleme zu erkennen und zu lösen, bevor sie in der realen Fertigung auftreten. Eine solche Lösung ist die NX-Offline-Simulation in Verbindung mit digitalen Zwillingen, mit der Hersteller ihre Teilebearbeitungsprogramme testen und optimieren können. Der Vortrag erläutert kurz das laufende Projekt 'RokoPro' und die Notwendigkeit des Einsatzes von Robotern in der Fertigung und der Simulation zur Überprüfung dieser Lösungen.Collaborative part processing with robots and machine tools is becoming increasingly important in manufacturing. Even more efficient production can be achieved by having robots and machine tools work simultaneously. With the development of advanced Simulation-based solutions manufacturers can now better simulate and verify the collaboration of robots and machine tools to identify and solve potential problems before they occur in real manufacturing. One such solution is NX offline simulation along with digital twins, which allows manufacturers to test and optimize their part processing programs. The presentation briefly explains the ongoing project “RokoPro” and the need for use of robots in manufacturing and simulation to check those solutions
Anwendung der gekoppelten CFD-DEM-Methode zur Simulation des Entmischungsvorganges von Korn und Nichtkornbestandteilen in der Reinigungsanlage des Mähdreschers
Get PDFZur Funktionsentwicklung und Prozessoptimierung im Bereich Getreideerntetechnik werden verstärkt numerische Berechnungsverfahren wie CFD und DEM eingesetzt. Die Kopplung beider Verfahren im Allgemeinen, sowie die Simulation des Entmischungsprozesses von Korn und Nichtkornbestandteilen in der Reinigungsanlage des Mähdreschers im Speziellen, setzen hohes Prozessverständnis als auch eine strategische Vorgehensweise bei der Prozessabstraktion, der Modellierung der Partikel und der Partikelinteraktion als auch der Wechselwirkung zwischen Partikel und strömender Luft voraus.
Im Vortrag wird zunächst die Notwendigkeit und der Nutzen der Simulation im Bereich Erntetechnik diskutiert. Danach erfolgt die Beschreibung der Abstraktion des Entmischungsprozesses von Korn und Nichtkornbestandteilen. Es werden numerische als auch experimentelle Untersuchungen zur Modellierung und Parametrierung der stark nicht-sphärischen biogenen Partikel beschrieben. Besonderes Augenmerk liegt auf der speziellen Untersuchung der Wechselwirkungen und Abhängigkeiten von Partikeleigenschaften. Anschließend werden die Ergebnisse numerischer und experimenteller Untersuchungen des Entmischungsprozesses diskutiert: In einem ersten Schritt erfolgt die Entmischung in einem kleinen, vertikal schwingenden, luftdurchströmten Behälter. Hier werden umfangreiche Parameterstudien und Sensitivitätsanalysen durchgeführt. In einem zweiten Schritt wird die Entmischung in einem in der Breite reduzierten Segment einer Mähdrescherreinigungsanlage durchgeführt. Stets erfolgt der kritische Vergleich zwischen Simulation und Experiment anhand prozessspezifischer Kenngrößen wie Kornverlust, Abscheideeffizienz, Transportgeschwindigkeit u.a.Numerical simulation methods such as CFD and DEM are increasingly being used for function development and process optimization in the field of grain harvesting technology. The coupling of both methods in general, as well as the simulation of the separation process of grain and non-grain components in the cleaning device of a combine harvester in particular, requires a high level of process understanding as well as a strategic approach to process abstraction, modeling of the particles and particle interaction as well as the interaction between particles and moving air.
The speech first discusses the necessity and benefit of simulation in the field of harvesting technology. This is followed by the description of the abstraction of the separation process of grain and non-grain components. Numerical and experimental studies on modeling and parameterization of the strongly non-spherical biogenic particles are described. Particular attention is paid to the special investigation of the interactions and dependencies of particle properties. The results of numerical and experimental investigations of the separation process are then discussed: In a first step, the separation takes place in a small, vertically oscillating, air-flooded box. Extensive parameter studies and sensitivity analyzes are carried out here. In a second step, the separation is carried out in a segment of a combine cleaning device that is reduced in width compared to real width. The critical comparison between simulation and experiment is always carried out using process-specific parameters such as grain loss, separation efficiency, transport speed, etc
Kopplung zwischen strukturmechanischer und thermodynamischer FEM-Simulation zur thermischen Auslegung von Bremsscheiben
Get PDFEINLEITUNG UND ZIELSTELLUNG:
Die genaue Kenntnis über die thermische Beanspruchung einer Bremsscheibe ist für ihre funktionsgerechte Dimensionierung neben der mechanischen Belastung unabdingbar. Überdimensionierte Bremsscheiben führen zu einer größeren Fahrzeugmasse und somit erhöhten Energieverbrauch eines Straßenfahrzeugs. Etablierte Auslegungsstrategien berücksichtigen den Einfluss des Bremssattels nicht. Im Folgenden soll daher eine Möglichkeit aufgezeigt werden, die ungleichmäßige Pressung des Bremssattels in der thermischen Auslegung der Bremsscheibe zu berücksichtigen und eine genauere Temperaturverteilung in dieser zu ermitteln. Die angestrebten Erkenntnisse erlangen zunehmend Bedeutung durch die verschärfte Regulierung (Euro 7) zur Reduzierung von Bremsabrieb und den hierzu eingesetzten Werkstoffvariationen der Reibpartner. ||
METHODIK:
Im Ersten Schritt wird eine strukturmechanische Simulation des Bremssattels durchgeführt, um die Pressungsverteilung zwischen Bremsbelag und –scheibe zu ermitteln. Diese Pressungsverteilung wird mittels nummerischer Integration und weiterer Berechnungen in eine Reibleistungsfunktion überführt. Anschließend kann mit der Reibleistungsfunktion der Wärmeeintrag in die Reibflächen der Bremsscheibe beschrieben werden und somit die thermodynamische Simulation zur Auslegung der Bremsscheibe durchgeführt werden. ||
ERGEBNISSE:
Um die Genauigkeit der Simulation zu bewerten, wurden parallel zur Entwicklung der Methodik Versuche auf einem Schwungmassenprüfstand durchgeführt. Die von der Simulation vorhergesagte Bremsscheibentemperatur zeigt eine gute Übereinstimmung mit den durchgeführten Versuchen. ||
EINSCHRÄNKUNGEN:
Als besonders kritisch erwies sich das Finden der Wärmeübergangskoeffizienten für die Abkühlung der Bremsscheibe während der thermodynamischen Simulation. Hier können CFD-Simulationen zukünftig für eine noch bessere Modellbildung sorgen. ||
ZUSAMMENFASSUNG:
Die vorgestellten Ergebnisse der Simulationsmethodik zur thermischen Auslegung einer Bremsscheibe zeigen gute Übereinstimmungen mit den durchgeführten Versuchen. Durch die Kopplung von strukturmechanischer und thermodynamischer Simulation über die Reibleistungsfunktion, werden vergleichsweise wenige Berechnungsressourcen für die Simulation benötigt. Weitere Validierung des Modells wird derzeit durchgeführt
Simulation eines punktbelasteten Wälzlageraußenrings zur Untersuchung der Schlupfzustände in der Fuge
Get PDFAufgrund ökonomischer Forderung und dem Trend zum Leichtbau werden
Lagergehäusen und Anschlusskonstruktionen zunehmend dünnwandiger gestaltet. Die
damit einhergehenden Verformungen begünstigen die Relativbewegungen zwischen
Gehäuse/Welle. Die vorliegende Arbeit untersucht mittels FE-Simulation die
Schlupfzustände in der Fuge die aus den Verformungen des dünnwandigen Gehäuses und
Anschlusskonstruktionen resultieren.Due to economic demands and the trend towards lightweight construction, bearing
housings are becoming increasingly thin-walled. As a result, the bearing housing become
more compliant. The associated deformations favour the relative movements between
housing/shaft. The present work investigates the slip conditions in the joint resulting from
the deformations of the thin-walled housing by means of FE simulation
Analyse von Sustainable Development Goals: Betrachtung der Indikatoren zur nachhaltigen Entwicklung
No full textIm Jahr 2015 wurde die Agenda 2030 erlassen, welche insgesamt 17 Ziele in Form von Sustainable Development Goals (SDGs) umfasst. Inhalt dessen stellen menschliche sowie planetare und politische Absichten im Bereich der Nachhaltigkeit dar, an welchen 169 Länder beteiligt sind. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Vergleichbarkeit und Verfügbarkeit der Indikatoren aus den Sustainable Development Goals zu prüfen. Zur Umsetzung wurden die Länder Deutschland, Brasilien und Norwegen hinsichtlich ihrer Messdaten näher betrachtet. Diesbezüglich ist im Rahmen der Gegenüberstellung eine Auflistung der jeweiligen Fortschritte der einzelnen SDGs erfolgt. Zudem werden die Indikatoren bezüglich ihrer Messbarkeit und Verlässlichkeit auf Basis nationaler Berichte analysiert. Deutlich wurde dadurch, dass ein Vergleich des Fortschritts der Sustainable Development Goals nicht eindeutig möglich ist.In 2015, the Agenda 2030 was adopted, which comprises a total of 17 goals in the form of Sustainable Development Goals (SDGs). The SDGs represent human as well as planetary and political intentions in the field of sustainability, in which 169 countries are involved. The aim of this work is to examine the comparability and availability of indicators from the Sustainable Development Goals. For the implementation, the countries Germany, Brazil and Norway were examined more closely with regard to their measurement data. In this context, a listing of the respective progress of the individual SDGs has been made as part of the comparison. In addition, the indicators are analyzed in terms of their measurability and reliability on the basis of national reports. Evidently, a comparison of the progress of the Sustainable Development Goals is not clearly possible
Konzeption eines reifegradbasierten Integrationsprozesses für die Anwendung der Geometrischen Produktspezifikation
Get PDFIn dieser Dissertationsschrift wurde für ein gelebtes GPS-System, eine Symbiose aus Integrationsvorgehen, Aus- und Weiterbildungskonzept sowie Reifegradmodell beschrieben. Die Komplexität des ISO GPS-Systems ist in den letzten Jahren enorm gestiegen. Ein Umdenken in der Normungsarbeit vom beispielbasierten Tolerieren hin zum regelbasierten Beschreiben der geometrischen Eigenschaften, die mathematischen Beschreibungen für eine Maschinenlesbarkeit und der Anspruch unterschiedlichste Materialien, Fertigungsverfahren sowie die Verifikation in einem System zu vereinigen, haben u. a. dazu beigetragen. Relative kurze Überarbeitszyklen, Ändern von bestehenden Inhalten und Überführen in neue Nummerierungen sowie Zurückziehen von für die Industrie bewährten Inhalten, erschweren die Anwendung zusätzlich. Für die Unternehmen ist es dadurch fast unmöglich geworden, das GPS-System zu überblicken und Teile davon gezielt anzuwenden. Heute ist die Geometrische Produktspezifikation ein interdisziplinäres System, welches als eine komplexe, hoch entwickelte geometrische Sprache zwischen Experten aus allen Unternehmensbereichen agiert. Aus diesem Grund umfasst die Anwendung des GPS-Systems den gesamten Produktentstehungsprozess, inklusive der Schnittstelle zu den Lieferanten.
Aufgrund von Unkenntnis, Fachkräftemangel, aktuellen Herausforderungen hinsichtlich Pandemie, Klima oder Energie und unzureichenden Ausbildungsstandards wird das System in Deutschland derzeit in sehr wenigen Unternehmen angewendet. Neben der Abbildung des Standes der Technik, ergeben sich Chancen in der Reduzierung von Mehrdeutigkeiten, damit auch die Reduzierung von Diskussionen, Reklamation, Ausschuss und durch die funktionsorientierte Spezifikation können „Angsttoleranzen“ vermieden werden. Durch die intensive Auseinandersetzung mit der Funktion der Werkstücke wird die interne und externe Kommunikation verbessert und in einigen Fällen ergeben sich dadurch kostengünstigere Herstellverfahren. Außerdem ist die Anwendung des GPS-Systems eine elementare Vorbereitung auf Zukunftsthemen und die Voraussetzung für die Digitalisierung im Unternehmen. Eine bessere Datendurchgängigkeit sowie die Nutzung digitaler Zwillinge wird dadurch ermöglicht. Diese Dis-sertationsschrift leistet einen erheblichen Anteil, das GPS-System bekannter zu machen, Transparenz in den Einführungsprozess zu bringen, die Ausbildung zu standardisieren und vorhandene Kompetenzen objektiv zu bewerten.
Die dargestellte Roadmap, das beschriebene Ausbildungskonzept sowie das entwickelte Reifegradmodell bieten die optimale Grundlage, das ISO GPS-System im Unternehmen nachhaltig einzuführen. Mit Hilfe der beschriebenen „Schritt für Schritt“- Integrationsstrategie in der Roadmap wird eine Komplexitätsreduzierung erreicht, welche den Aufwand für die Einführung des GPS-Systems überschaubar macht. Durch die ganzheitliche Vorgehensweise mit lexikalischer Erarbeitung des Wissens und fortlaufender Reifegradbewertung werden die Unternehmen befähigt, zukünftige Neuerungen im GPS-System selbstständig umzusetzen. Eng verzahnt mit dem Ausbildungskonzept ergänzt das vorgestellte Reifegradmodell den GPS-Einführungs- und Anwendungsprozess. Insgesamt bietet das Reifegradmodell einen methodischen Bezugsrahmen für die Bestimmung der Reife der Anwendung des ISO GPS-Systems.:Bibliografische Beschreibung
Vorwort
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Hinführung zum Thema
1.2 Motivation
1.3 Aufbau der Arbeit
2 Stand der Technik
2.1 System der Geometrischen Produktspezifikation und Verifikation
2.1.1 Normung
2.1.2 Aufbau des ISO GPS-Systems
2.1.3 Inhalte des ISO GPS-Systems
2.1.4 Ziel und Nutzen der Anwendung des ISO GPS-Systems
2.1.5 Aktueller Stand der Anwendung des ISO GPS-Systems
2.2 Aktueller Stand der GPS-Aus- und Weiterbildung
2.2.1 Allgemeines
2.2.2 Ausbildungsunternehmen und Verbreitung der Ausbildung
2.2.3 Zielgruppen, Lehrformen und Lernumgebung
2.2.4 Lehrinhalt und Struktur
2.2.5 Qualifizierungsdauer, -nachweis und -kosten
2.2.6 GPS&V-Toolbox als internationaler Lehransatz ....................................
2.2.7 Erwerb von Wissen und Kompetenzen ..................................................
2.2.8 Lernzieltaxonomie .................................................................................
2.3 Integration von Systemen ...........................................................................
2.3.1 Arten von Systemen .............................................................................
2.3.2 Einführungsprozess als Veränderungsprozess ....................................
2.3.3 Agilität und die Rolle im Ausbildungs- und Integrationsprozess .....
2.3.4 Benchmarking, um den optimalen Integrationsprozess zu finden .......
2.3.5 Grafische Darstellung des Integrationsvorgehens .................................
2.4 Modelle zur Bestimmung der Reife eines Systems ...................................
2.4.1 Einführung .............................................................................................
2.4.2 Begrifflichkeiten .....................................................................................
2.4.3 Existierende Reifegradmodelle ..............................................................
2.4.4 Modelltypen ...........................................................................................
2.4.5 Methodisches Vorgehen zur Entwicklung eines Reifegradmodells .......
3 Defizite und Hypothesen .............................................................
3.1 Herausforderung bei der Anwendung des GPS-Systems in KMU ..............
3.2 Forschungsfrage ........................................................................................
3.3 Hypothesen ................................................................................................
4 Lösungsansatz ..............................................................................
4.1 Allgemeines ..............................................................................................
4.2 Roadmap ...................................................................................................
4.3 Ausbildungskonzept ..................................................................................
4.4 Reifegradmodell ........................................................................................
5 Herangehensweise und Umsetzung ...........................................
5.1 Entwicklung der GPS-Roadmap ...............................................................
5.1.1 Vorarbeiten und Begriffsdefinition ..........................................................
5.1.2 Entwicklung Benchmarking-Prozess .....................................................
5.1.3 Anwendung Benchmarking-Prozess ...............................................
5.1.4 Modellierung des ISO GPS-Integrationsvorgehen
5.1.5 Visualisierung der GPS-Roadmap mit draw.io
5.2 Entwicklung des GPS-Aus- und Weiterbildungskonzeptes ........................
5.2.1 Vorarbeiten ............................................................................................
5.2.2 Entwicklung Ausbildungslevel und Fachkräftestruktur ...........................
5.2.3 Strukturierung des GPS-Systems ..........................................................
5.2.4 Clusterung der GPS-Normeninhalte .....................................................
5.2.5 Anwendung der Lernzieltaxonomie ......................................................
5.2.6 Entwicklung von GPS-Kompetenzen ....................................................
5.3 Entwicklung des GPS-Reifegradmodells ...................................................
5.3.1 Vorarbeiten und Begriffsdefinition .........................................................
5.3.2 Vorgehen für GPS-Reifegradmodellentwicklung ...................................
5.3.3 Definition der Reifegradstufen ...............................................................
5.3.4 Entwurf und Zuordnung der Reifegraddimensionen und -indikatoren ....
5.3.5 Bestimmung des Reifegrades ................................................................
5.3.6 Erstellung eines Fragebogens .............................................................
5.3.7 Auswertung ...........................................................................................
6 Verifizierung und Validierung ....................................................
6.1 Anwendung der GPS-Roadmap ..............................................................
6.2 Anwendung des GPS-Ausbildungskonzeptes .........................................
6.3 Anwendung des GPS-Reifegradmodells
6.4 Kritische Diskussion der Ergebnisse
6.5 Fazit zur Behebung des Defizites und Auswertung der Hypothesen
6.5.1 GPS-System agil einführen und den Fortschritt mit einem Reifegradmodell bewerten
6.5.2 Zerlegung des GPS-Systems in Wissenselemente
6.5.3 Ausbildungslevel mittels Lernzieltaxonomie beschreiben
6.5.4 Ausbildungsinhalte und Anwendungsbeispiele in den fünf Levels
6.5.5 Lernzieltaxonomie zur Reifegradbeschreibung verwenden
6.5.6 Beantwortung der Forschungsfrage
7 Zusammenfassung und Ausblick
7.1 Zusammenfassung
7.2 Weiterführende Ansätze und Empfehlungen
Anlagen und Verzeichnisse
Literaturverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Anlage
Entwicklungs- und Testunterstützung für Steuergeräte mit AUTOSAR Architektur
No full textDie Einführung des AUTOSAR Standards in der Softwareentwicklung für Steuergeräte ermöglicht die Entwicklung von Kundenfunktionalitäten unabhängig von der Zielplattform. Eine AUTOSAR konforme Applikation wird anschließend für eine konkrete Zielplattform konfiguriert. Diese Flexibilität bringt auch neue Herausforderungen für den Test eines Steuergerätes mit sich.
Diese Arbeit präsentiert einen Ansatz, der sowohl durch statische Analysen von Konfigurationen und Quellcode, als auch durch dynamische Tests den Entwicklungsprozess von AUTOSAR Systemen unterstützt. Der dynamische Test überprüft auf der Zielplattform die Schichten der Basissoftware und der RTE und unterstützt bei der Fehlerlokalisierung. Der präsentierte Ansatz ist für alle Versionen der AUTOSAR Classic Plattform anwendbar und nutzt nur Methoden, die durch den AUTOSAR Standard erlaubt sind. Für diese Arbeit wurde eine Wissensbasis entworfen und umgesetzt, die das Architekturwissen des AUTOSAR Standards vorhält. In der Wissensbasis sind Schichten, Stacks und Basissoftwaremodule mit ihren Eigenschaften abgelegt. Durch die Arbeit konnten verschiedenen Projekte mit AUTOSAR Architektur überprüft, verglichen und optimiert werden.:1. Einleitung
2. Grundlagen
3. Stand der Technik
4. Konzept
5. Implementierung
6. Ergebnisse
7. Zusammenfassung und Ausblick
A. AUTOSAR Basissoftwaremodule in WissensbasisThe introduction of the AUTOSAR standard in software development for electronic control units enables the development of customer functionalities independent of the target platform. An AUTOSAR-compliant application is configured for a specific target platform. This flexibility leads to new challenges for testing of electronic control units.
This work presents an approach for supporting the development and test process of AUTOSAR systems by static analysis and dynamic tests. The dynamic test checks the different layers of the basic software and RTE on the target platform. Moreover, error localization is supported. The presented approach can be used for all versions of the AUTOSAR Classic platform and only uses methods that are permitted by the AUTOSAR standard. A knowledge base was designed and implemented for this work, which contains the architecture knowledge of the AUTOSAR standard. Layers, stacks and basic software modules with their properties are stored in the knowledge base. The work enabled various projects with AUTOSAR architecture to be checked, compared and optimized.:1. Einleitung
2. Grundlagen
3. Stand der Technik
4. Konzept
5. Implementierung
6. Ergebnisse
7. Zusammenfassung und Ausblick
A. AUTOSAR Basissoftwaremodule in Wissensbasi
Entwicklung, Optimierung und Evaluation eines Algorithmus zur Erkennung akustischer Schwebungen bei gleichzeitig erklingenden Labial- und Lingualpfeifen von Orgeln
No full textBei der Überlagerung akustischer Schwingungen mit geringem Frequenzunterschied kommt es zu einem periodischen An- und Abschwellen der Lautstärke. Dieses Phänomen wird als akustische Schwebungen bezeichnet. Deren Frequenz, also die Anzahl der auftretenden Lautstärkeminima bzw. -maxima pro Sekunde, entspricht exakt dem Abstand der beiden Ausgangsfrequenzen.
Schwebungen werden vor allem bei der Intonation und dem Stimmen verschiedener Musikinstrumente, wie z.B. Klavieren, Gitarren oder auch Orgeln, eingesetzt. Bei Letzteren kommt es regelmäßig durch Temperaturänderungen zu Verschiebungen der Frequenzen der verschiedenen Pfeifenarten, hauptsächlich Labial- und Lingualpfeifen, und somit zur Inharmonizität zwischen diesen. Das macht ein regelmäßiges Nachstimmen notwendig. Dies erfolgt unter Zuhilfenahme und Elimination der auftretenden Schwebungen.
Aktuell existieren keine Algorithmen, um solche Schwebungen bei verschiedenartigen Orgelpfeifen zu erkennen. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde ein solcher Algorithmus entwickelt und evaluiert. Dabei wurden verschiedene Ansätze untersucht und miteinander verglichen. Insgesamt konnten mit dem Algorithmus bis zu 85 % aller Schwebungen in den Testdaten korrekt erkannt werden
Funktionsorientierte Herstellung und Endbearbeitung thermisch gespritzter Zylinderlaufbahnen mittels White-Box-Testing-Ansatz
No full textDie funktionsorientierte Messtechnik ist gegenwärtig für die Optimierung von Herstellung und Endbearbeitung thermisch gespritzter, tribologisch belasteter Kontakte unterrepräsentiert. Obwohl sich das Leitmotiv „Messen, Analysieren und Verbessern“ wie ein roter Fa-den durch gängige Standards (ISO/TS 16949, VDA 6.1, …) zieht, werden kaum effektive Verbesserungspotenziale identifiziert und industriell umgesetzt. In der Praxis wird vor allem die Stückzahl von fehlerbehafteten Teilen mittels statistischer Methoden gesteuert und geregelt (IPC 9199/DGQ-Band 16). Werden Fehlerzustandspopulationen in Softwaresystemen auf solche Weise identifiziert, verifiziert und mitigiert, so spricht man gem. IEC 62304 von Black-Box-Testing. Solange der Ertrag stimmt, steht die Zahl nicht zurückweisbarer Güter im Vordergrund und nicht, ob die Ereignisse im Produktentstehungsprozess beherrschten Regeln folgen. Im Gegensatz hierzu steht das sog. White-Box-Testing. Es bietet die Möglichkeit, Qualität nach DIN 55350 Teil 11 (sowie DIN ISO 9126) entlang aller Hilfs-, Stütz-, Wertschöpfungs- und Nutzungsvorgängen der Produkte konsistent zu behandeln. Das White-Box-Testing wird in der Fertigung von tribologischen Kontakten jedoch bisher nicht angewendet. In der vorliegenden Arbeit wird aufgezeigt, warum dieser Ansatz bei erstmaliger Implementierung zwar aufwändiger, umfassender Analysen bedarf, über das veränderte Leitmotiv im Gesamten jedoch die Erfolgsaussichten von Optimierungsinitiativen steigert. „Wie etwas Positives funktioniert“ wird dabei alternativ zur Frage, „wie etwas Schlechtes“ zu verhindern ist, behandelt. Über die Methodik hinaus werden konkrete Werk-zeuge vorgeschlagen, funktionsorientierte Konformitätszustände über den Fingerabdruck der Werkstoffbelastung zu identifizieren, in smarten und vernetzten Mess- und Prüfketten zu überwachen, zu regeln sowie mittels Leistungskennzahlen zu beurteilen.:1 EINLEITUNG UND MOTIVATION
1.1 Ausgangsituation
1.2 Allgemeine Bewertungskriterien der Zylinderlaufbahn
1.3 Beurteilungsformen fertigungstechnischer Aspekte
1.3.1 Verfahrensbeurteilung der Endbearbeitung und Herstellung
1.3.2 Beurteilung von Verfahrensanwendungen unter Gesichtspunkten industrieller Messtechnik
1.4 Zusamenfassung und Rezension existierender Konzepte zur Qualitätssicherung der technischen Oberfläche
2 FORSCHUNGSBEDARF UND THEMATISCHE EINGRENZUNG
2.1 Bestimmung des Untersuchungsgegenstandes
2.2 Problemstellung Anomalien thermisch gespritzter Zylinderlaufflächen in Serie und Vorserie
2.2.1 Konsekutive Phänomene der Materialauftragungen sowie Mikrofresser in motorischer Belastung und vorheriger Endbearbeitung
2.2.2 Beeinflusste Materialparameter durch Endbearbeitung und Auswirkungen auf die Laufstabilität/ Fressneigung
2.2.3 Limitierung in der Anwendung und Deutung genormter Parameter industrieller Oberflächenmesstechnik
2.3 Hypothesen und theoretischer Ansatz
2.4 White-Box-Ansatz zur funktionsorientierten Herstellung und Endbearbeitung
3 UMFELDANALYSE ZUR METHODENENTWICKLUNG
3.1 Einordnung existierender theoretischer Modelle und Konzepte
3.2 Tribologische Systemgrößen Zylinderlaufbahn im Betrieb und während der Endbearbeitung
3.2.1 Reibungsszustände
3.2.2 Verschleißmechanismen und -kenngrößen
3.2.3 Schmierung
3.2.4 Nutz- und Verlustgrößen, Tribologische Prüfungen
3.3 Gegenwärtige Gestaltung und Ausführung der Zylinderlaufbahn
3.3.1 Zylinderlaufbahnkonzepte
3.3.2 Einfluss moderner Konzepte der Kolbengruppe und der Schmierung
3.3.3 Topographie und abgeleitete Endbearbeitungskonzepte
3.3.4 Honen von Zylinderbohrungen
3.4 Tribologie der Endbearbeitung als Schlüssel zu funktionsgerechten Oberflächen
3.4.1 Abtragsvorgänge beim Honen und Superfinishen
3.4.2 Oberflächenanalytik zur Beschreibung von Abtragsmechanismen
3.4.3 Kraftdynamik in der Endbearbeitung
3.4.4 Kombinierte Technologie: Sensitives-adaptives Honen und Superfinishen
3.5 Thermisches Spritzen von Zylinderlaufflächen
3.5.1 Vorgänge des Werkstoffauftrags im Zuge des Thermischen Spritzens
3.5.2 Lichtbogendrahtspritzen, LDS
3.5.3 Zerstäubung und Spritzstrahlausprägung
3.5.4 Auftreffen und Erstarrung der Spritzpartikel im Schichtverbund
3.6 Werkstoffintegrität der LDS-Spritzschicht
4 ABLEITUNG UND FESTLEGUNG FUNKTIONSRICHTIGER MESSSTRATEGIE
4.1 Begründung und Verwertung des White-Box-Testing-Ansatzes
4.2 Werkstoffparameter funktionaler Oberflächen
4.2.1 Struktureigenschaften und Festigkeit
4.2.2 Physikalische und chemische Eigenschaften
4.3 Technische Oberfläche, lang- und kurzwellige Gestaltabweichungen
4.3.1 Skalenabhängige, geometrische Kontaktbedingungen
4.3.2 Meso- und Mikrokontakt der Zylinderlauffläche
4.4 Operationalisierung der Testhypothese
5 NUTZUNG MESSTECHNISCH RÜCKFÜHRBARER WECHSELWIRKUNGEN FÜR HERSTELLUNG UND ENDBEARBEITUNG
5.1 Funktionsorientierte, definierte Variation lokalisierter Fertigungsmerkmale
5.1.1 Endbearbeitung der Spritzschicht
5.1.2 Herstellung der Spritzschicht
5.1.3 Spezifikation und Verifikation varianter Merkmale der Laufbahn
5.2 Versuchseinrichtung und -bauteile zur Methodenentwicklung
5.2.1 Ausführung im Sinne des White-Box-Testings
5.2.2 Flachproben
5.2.3 Zylinder
6 ANWENDUNG FUNKTIONSORIENTIERTER WERKZEUGE IM
QUALITÄTSREGELKREIS
6.1 Verifikationsstrategie
6.2 Spezifische Merkmale der Werkstoffbelastung in Fertigung und Tribometrie
6.3 Fehlerinduktion, -Verifikation und -Behandlungsroutine im geschlossenen Qualitätsregelkreis
6.3.1 Charakterisierung zuordbarer Zylinderlaufbahnperformanceabweichungen
6.3.2 Rückverfolgbare Messkette von tribologischer Belastung über die Endbearbeitung bis zur Herstellung
6.3.3 Werkstoffintegrität als Einflussgröße in der Endbearbeitung und Tribometrie
6.4 Ermittlung von Leistungskennzahlen während der Fertigung mit Auswirkung auf das Verhalten bei tribologischer Prüfung zur Qualitätsregelung
7 ZUSAMMENFASSUNG UND FAZIT
8 LITERATURVERZEICHNIS
9 VERZEICHNIS DER ABBILDUNGEN UND TABELLEN
10 ANHANG
10.1 Messtechnische Grundlagen, Stichwortverzeichnis
10.2 Oberflächenunvollkommenheiten nach DIN EN ISO 8785
10.3 Weiterführende Ergebnisse der Analyse von Oberflächenunvollkommenheiten
10.4 Ausgewählte Ergebnisse im Zuge der Zusammenarbeit und Veröffentlichung Hick et al. 2018 [336] (nicht in der Form veröffentlichtes Material)Function-oriented measurement technology is currently underestimated when it comes to optimizing layer production and finishing of thermally sprayed, tribologically stressed contacts.
Although the fundamental premise 'measure, analyse and improve' runs like a common thread through all the common standards (ISO/TS 16949, VDA 6.1, ...), hardly any effective improvement potentials are identified and realized with industrial profit. In today’s industrial applications, the number of defective parts is controlled and regulated using conventional statistical methods (IPC 9199/DGQ Volume 16). This is a so-called “black box testing” according to IEC 62304 when used at error management in software applications for identifaction, verification and mitigation. Finally, quantitative production output is focussed and not the inner operating system’s processes of the manufacturing system or interdependencies at product use.
Opposite to this, the so-called “white box testing” alternatively focuses on the inner functioning of the processes and the quality of its results according to DIN 55350 Part 11 (as well as
DIN ISO 9126) at each value-added process from production to product use on an equal footing. While this approach is more elaborate and demanding because of wide-ranging analysis,
in the presented work it is demonstrated why it is more promising at holistic optimisations efforts in terms of the leitmotiv with the question 'how something positive works' versus the
more conventional defensive recognized question 'how something bad can be prevented'. However, white box testing has not yet been used in manufacturing of tribological contacts.
In addition to the methodology, concrete tools are proposed to identify function-oriented states of conformity via the fingerprint of the material load, to monitor and regulate them in smart,
networked measurement and test chains using suitable performance indicators.:1 EINLEITUNG UND MOTIVATION
1.1 Ausgangsituation
1.2 Allgemeine Bewertungskriterien der Zylinderlaufbahn
1.3 Beurteilungsformen fertigungstechnischer Aspekte
1.3.1 Verfahrensbeurteilung der Endbearbeitung und Herstellung
1.3.2 Beurteilung von Verfahrensanwendungen unter Gesichtspunkten industrieller Messtechnik
1.4 Zusamenfassung und Rezension existierender Konzepte zur Qualitätssicherung der technischen Oberfläche
2 FORSCHUNGSBEDARF UND THEMATISCHE EINGRENZUNG
2.1 Bestimmung des Untersuchungsgegenstandes
2.2 Problemstellung Anomalien thermisch gespritzter Zylinderlaufflächen in Serie und Vorserie
2.2.1 Konsekutive Phänomene der Materialauftragungen sowie Mikrofresser in motorischer Belastung und vorheriger Endbearbeitung
2.2.2 Beeinflusste Materialparameter durch Endbearbeitung und Auswirkungen auf die Laufstabilität/ Fressneigung
2.2.3 Limitierung in der Anwendung und Deutung genormter Parameter industrieller Oberflächenmesstechnik
2.3 Hypothesen und theoretischer Ansatz
2.4 White-Box-Ansatz zur funktionsorientierten Herstellung und Endbearbeitung
3 UMFELDANALYSE ZUR METHODENENTWICKLUNG
3.1 Einordnung existierender theoretischer Modelle und Konzepte
3.2 Tribologische Systemgrößen Zylinderlaufbahn im Betrieb und während der Endbearbeitung
3.2.1 Reibungsszustände
3.2.2 Verschleißmechanismen und -kenngrößen
3.2.3 Schmierung
3.2.4 Nutz- und Verlustgrößen, Tribologische Prüfungen
3.3 Gegenwärtige Gestaltung und Ausführung der Zylinderlaufbahn
3.3.1 Zylinderlaufbahnkonzepte
3.3.2 Einfluss moderner Konzepte der Kolbengruppe und der Schmierung
3.3.3 Topographie und abgeleitete Endbearbeitungskonzepte
3.3.4 Honen von Zylinderbohrungen
3.4 Tribologie der Endbearbeitung als Schlüssel zu funktionsgerechten Oberflächen
3.4.1 Abtragsvorgänge beim Honen und Superfinishen
3.4.2 Oberflächenanalytik zur Beschreibung von Abtragsmechanismen
3.4.3 Kraftdynamik in der Endbearbeitung
3.4.4 Kombinierte Technologie: Sensitives-adaptives Honen und Superfinishen
3.5 Thermisches Spritzen von Zylinderlaufflächen
3.5.1 Vorgänge des Werkstoffauftrags im Zuge des Thermischen Spritzens
3.5.2 Lichtbogendrahtspritzen, LDS
3.5.3 Zerstäubung und Spritzstrahlausprägung
3.5.4 Auftreffen und Erstarrung der Spritzpartikel im Schichtverbund
3.6 Werkstoffintegrität der LDS-Spritzschicht
4 ABLEITUNG UND FESTLEGUNG FUNKTIONSRICHTIGER MESSSTRATEGIE
4.1 Begründung und Verwertung des White-Box-Testing-Ansatzes
4.2 Werkstoffparameter funktionaler Oberflächen
4.2.1 Struktureigenschaften und Festigkeit
4.2.2 Physikalische und chemische Eigenschaften
4.3 Technische Oberfläche, lang- und kurzwellige Gestaltabweichungen
4.3.1 Skalenabhängige, geometrische Kontaktbedingungen
4.3.2 Meso- und Mikrokontakt der Zylinderlauffläche
4.4 Operationalisierung der Testhypothese
5 NUTZUNG MESSTECHNISCH RÜCKFÜHRBARER WECHSELWIRKUNGEN FÜR HERSTELLUNG UND ENDBEARBEITUNG
5.1 Funktionsorientierte, definierte Variation lokalisierter Fertigungsmerkmale
5.1.1 Endbearbeitung der Spritzschicht
5.1.2 Herstellung der Spritzschicht
5.1.3 Spezifikation und Verifikation varianter Merkmale der Laufbahn
5.2 Versuchseinrichtung und -bauteile zur Methodenentwicklung
5.2.1 Ausführung im Sinne des White-Box-Testings
5.2.2 Flachproben
5.2.3 Zylinder
6 ANWENDUNG FUNKTIONSORIENTIERTER WERKZEUGE IM
QUALITÄTSREGELKREIS
6.1 Verifikationsstrategie
6.2 Spezifische Merkmale der Werkstoffbelastung in Fertigung und Tribometrie
6.3 Fehlerinduktion, -Verifikation und -Behandlungsroutine im geschlossenen Qualitätsregelkreis
6.3.1 Charakterisierung zuordbarer Zylinderlaufbahnperformanceabweichungen
6.3.2 Rückverfolgbare Messkette von tribologischer Belastung über die Endbearbeitung bis zur Herstellung
6.3.3 Werkstoffintegrität als Einflussgröße in der Endbearbeitung und Tribometrie
6.4 Ermittlung von Leistungskennzahlen während der Fertigung mit Auswirkung auf das Verhalten bei tribologischer Prüfung zur Qualitätsregelung
7 ZUSAMMENFASSUNG UND FAZIT
8 LITERATURVERZEICHNIS
9 VERZEICHNIS DER ABBILDUNGEN UND TABELLEN
10 ANHANG
10.1 Messtechnische Grundlagen, Stichwortverzeichnis
10.2 Oberflächenunvollkommenheiten nach DIN EN ISO 8785
10.3 Weiterführende Ergebnisse der Analyse von Oberflächenunvollkommenheiten
10.4 Ausgewählte Ergebnisse im Zuge der Zusammenarbeit und Veröffentlichung Hick et al. 2018 [336] (nicht in der Form veröffentlichtes Material