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Automatisierte und vernetzte Fahrfunktionen sind bei vielen Herstellern / OEMs bereits verbaut.
Dabei ändert sich der Charakter dieser Funktionen von der reinen Anzeige über unterstützende Eingriffe hin zur automatisierten Bewältigung von Fahraufgaben. Wir zeigen wie diese Fahraufgaben durch die Vernetzung der Fahrzeuge mit der Infrastruktur, aber auch mit anderen Verkehrsteilnehmern zur Steigerung der Effizienz und Verkehrssicherheit beitragen kann. Dafür werden bestehende und in der Entwicklung befindliche Nachrichtentypen untersucht und deren Beiträge zur Mobilität der Zukunft herausgearbeitet. Abschließend werden die Testkorridore
in verschiedenen sächsischen Städten betrachtet, die speziellen Arbeitsinhalte dargestellt und ein Ausblick auf weitere Entwicklungen und den Betrieb solcher Testfelder am Beispiel Sachsen vorgenommen.
Additive Fertigung, auch generische Fertigung oder 3D-Druck, ist eine der Schlüsseltechnologien der nächsten Jahre bzw. Jahrzehnte. Sie findet dort Anwendung, wo konventionelle Fertigungstechnologien an ihre Grenzen stoßen, wo nur kleine Stückzahlen oder kostenintensive Materialien benötigt werden. Diesem Thema widmet sich auch die Hochschule Mittweida seit vielen Jahren in Lehre und Forschung. Einen kurzen Überblick über die erzielten Forschungsergebnisse in den Bereichen Lasermikrosintern, Selective Laser (Micro) Melting, (Hochrate) Micro Cladding, Laserauftragschweißen, FDM-Druck (leitfähiger) Strukturen auf Textilien und Entwicklung eines Hochgeschwindigkeits-Rotationsdruckverfahrens soll dieser Beitrag geben.
Hochkontrast-Ultrakurzpulsmessungen für fortgeschrittene Industrieanwendungen und Laserentwicklung
(2021)
Femtosekunden-Ultrakurzpulslaser haben eine immer größere Bedeutung für eine Vielzahl von Materialbearbeitungsprozessen.
Dabei adressieren auch immer mehr Untersuchungen die Abhängigkeit der Prozessqualität von der Laserpulsdauer [1-3], welche im Allgemeinen durch die Halbwertbreite des Pulses beschrieben wird. Über die Annahme einer Gauss- oder Sech2-förmigen Pulsform lässt sich dann die Spitzenleistung und Spitzenintensität eines Laserpulses bestimmen. Bei dieser Betrachtung wird jedoch meist vernachlässigt, dass Femtosekunden-Laserquellen auch Pulsenergien im Untergrund des Hauptpeaks im Picosekunden-Bereich haben können, welche mit herkömmlichen Pulsmessmethoden, wie z.B. kommerziellen, kollinearen SHG-Autokorrelatoren nur schwer zu identifizieren sind. Hier zeigen wir unterschiedlichste Messungen mit dem neuen Hochkontrast-Autokorrelator der APE GmbH und demonstrieren deren Nutzen zum Identifizieren der tatsächlichen Pulsenergie im Femtosekunden-Hauptpeak.
Für Prozessstabilität und Optimierung industrieller automatisierter Produktionsabläufe hat die Hiersemann Prozessautomation das System CEMODAS® - Central Modular Data System - entwickelt und industriell in mehreren Anwendungen im Einsatz. Dieses System umfasst in der Grundversion Module zur Betriebs- (BDE) und Qualitätsdatenerfassung (QDE) inkl. Auswertung dieser Daten. Durch die Integration von Schnittstellen zu verschiedenen Automationssystemen ermöglicht das System Datenauswertungen, wie NEE und OEE, von gesamten Produktionslinien und Werken. Weiterhin ist der Instandhaltungsassistent als sog. Helpdesk entwickelt worden, der Warn- und Fehlerinformationen für Instandhaltungszwecke erfasst. Die Informationen werden aktiv an Devices, wie PC, Laptop, Mobile Phone oder Watches, übertragen und beinhalten zudem ein Ticket-System.
Aktuell wird an der Integration von Methoden der künstlichen Intelligenz KI in das System gearbeitet.
Ultrakurzpuls-Laser haben sich in den vergangenen Jahren weit verbreitet, um hochpräzise Mikrostrukturen direkt in nahezu jedem Material zu realisieren. Trotz der derzeitigen Verfügbarkeit von UKP-Hochleistungslasern (bis zu mehreren hundert Watt) ist es immer noch eine Herausforderung, große Flächen, wie sie für Prägezylinder für Rolle-zu-Rolle Anwendungen benötigt werden, in einer für die industrielle Produktion akzeptablen Bearbeitungszeit zu strukturieren. In diesem Beitrag wurde ein hochkompakter ps-Laser mit Repetitionsraten von bis zu 8 MHz und einer mittleren Leistung von 500 W durch ein diffraktives optisches Element (DOE) auf 16 parallele Strahlen verteilt. Die Leistung wurde durch einen akusto-optischen Modulator pro Strahl moduliert.
Integriert in ein ultrahochpräzises Zylindergravursystem wurden die 16 Spots mit einer Genauigkeit von < 1 μm synchronisiert. Auf der Zylinderoberfläche wurden in einem Spot-zu-Spot Abstand von 20 μm Einzelspotdurchmesser von 13 μm erreicht. Verschiedene funktionale Mikrostrukturen wurden als Master realisiert.
Durch Anwendung von Röntgenbeugung (XRD) unter Verwendung von Synchrotronstrahlung konnte der erste direkte Nachweis lokaler Kristallisation dünner Co-Fe-B-Schichten (10 nm), hervorgerufen durch Laserbestrahlung (λ = 1064 nm), erbracht werden. Untersucht wurde die Abhängigkeit der Kristallisation von verschiedenen Bestrahlungsparametern, wie Scangeschwindigkeit und Intensität (cw). Zudem wurde ein Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren des Heizens im Vakuumofen durchgeführt, wobei hier Heiztemperatur und –dauer variiert wurden. Eine systematische Untersuchung dünner Co-Fe-B-Schichten mit unterschiedlicher Stöchiometrie und zusätzlichen verschiedenen benachbarten Schichten aus Ru, Ta und MgO mit Hilfe von XRD und SQUIDMagnetometrie ermöglichte die detaillierte Aufklärung der Kristallisationszusammenhänge.
Herstellung von Mikrostrukturen zur Beeinflussung des Bahndrehimpulses elektromagnetischer Strahlung
(2021)
Am Laserinstitut Hochschule Mittweida wird seit mehreren Jahren zur laserbasierten Herstellung mikrooptischer Bauelemente geforscht. Mit dem verwendeten Maskenprojektionsverfahren können, je nach Maskenform und Bewegungsregime, unterschiedliche optisch wirksame Strukturen erzeugt werden. Durch die Entwicklung zweier neuer Verfahrensvarianten der Fluorlaser-Mikrostrukturierung wird die Herstellung von sogenannten Mikro-Spiralphasenplatten und Fork-Gittern ermöglicht. Die Verfahrensvarianten sind dabei sehr flexibel bezüglich der realisierbaren Strukturgeometrie. Mit einem Satz Masken können Spiralphasenplatten mit unterschiedlichen Konfigurationen hergestellt werden. Für die Erzeugung von Fork-Gittern, dem beugungsoptischen Pendant der Spiralphasenplatten, müssen spezielle Kalziumfluorid-Masken angefertigt werden, was ebenfalls mittels Fluorlaser-Mikrostrukturierung erfolgt.
In den letzten Jahren haben sich für die additive Fertigung von metallischen Werkstoffen mit pulver- und drahtbasierten Schmelzverfahren Hochenergiestrahlverfahren mittels Laser- und Elektronenstrahl durchgesetzt. Dabei eröffnet die additive Herstellung z.B. durch Laser powder bed fusion (LPBF), auch als Selective Laser Melting (SLM) bekannt, vollkommen neue Designmöglichkeiten und Fertigungsstrategien. Zur wirtschaftlichen Herstellung größerer Bauteile bietet sich die Hybridbauweise unter Nutzung von Fügeverfahren, wie z.B.das LB- und EB-Schweißen, an. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit vergleichenden Untersuchungen zur Schweißbarkeit von aus Pulver additiv gefertigtem Material und der konventionellen Gusslegierung aus AlSi10Mg als Referenz. Unabhängig von der verwendeten Energiequelle (10 kW Monomode Faserlaser; 15 kW Elektronenstrahl) kam es beim pulverbasierten LPBF-Material zu einer ausgeprägten Porenbildung in den Schweißnähten, die beim Elektronenstrahlschweißen durch Nutzung einer Mehrspot-Technik reduziert werden konnte.
Das am LHM etablierte Verfahren des Mikro-SLM ist eine Weiterentwicklung des bereits seit mehreren Jahren in der Industrie etablierten „makroskopischen“ Selektiven Laserschmelzen (SLM). Unter Verwendung von idealen Parametern wurden unter Zuhilfenahme der VDI3405 Bauteile, Teststrukturen unterschiedlicher Art und Struktur und ein Demonstrator aus den Edelstahlpulvern 316L und 17-4PH angefertigt. Die Besonderheiten des Verfahrens sind der geringe Fokusdurchmesser von <30 μm und die geringen Pulverkorngrößen von <10 μm. Dadurch können Bauteile mit extrem kleinen Strukturauflösungen realisiert werden.
Ökologischer Wandel und Transformation: Neue Herausforderungen für die Hochschulkommunikation
(2021)
Die fortschreitende Digitalisierung, neue Wettbewerbssituationen und die Transformation zu nachhaltigen Organisationen stellen neue Herausforderungen für sämtliche Organisationsformen dar.
Dieser, sich stetig wandelnde Zustand ist längst Alltag für Unternehmen, die ihre Kommunikation mit integrierten Konzepten darauf angepasst haben.
Hochschulen dagegen fehlt es an einem integrierten Kommunikationskonzept, das der neuen Situation gerecht wird und dabei hilft, sich im zunehmenden Wettbewerbsumfeld nachhaltig zu platzieren. Der Beitrag diskutiert daher zunächst den Status quo der Hochschulkommunikation und untersucht, inwiefern Anknüpfungspunkte und Elemente zur Einführung eines integrierten Kommunikationskonzepts vorliegen. Die Untersuchung erfolgt durch eine Befragung der Verantwortlichen für Hochschulkommunikation mit dem Ziel,
Anknüpfungspunkte zu diskutieren, wie und mit welchem Konzept sich Hochschulen kommunikativ auf die stetig wachsenden Herausforderungen und die Transformation des Umfeldes einstellen können.
Das pulverbasierte Multi Jet Fusion Verfahren (MJF) hat sich seit der Einführung 2016 in der additiven Serienfertigung etabliert. Einige Anwendungsfelder von MJF-Bauteilen werden jedoch durch eine prozessbedingt körnige Oberfläche mit Rauheiten von Ra > 5 μm eingeschränkt. Ziel dieser Forschungsarbeit ist daher die Identifikation und Charakterisierung von Methoden zur Reduzierung der Rauheit sowie zur Anpassung der optischen und haptischen Oberflächeneigenschaften. Im Mittelpunkt steht die Glättung durch Laserstrahlpolieren (LSP). Damit ist es möglich, den PA12-Kunststoff lokal aufzuschmelzen und die Rauheit auf Ra < 1 μm zu reduzieren. Anschließend können zusätzlich Verfahren wie Metallisieren oder Pulverbeschichten eingesetzt werden, um funktionelle Eigenschaften der Bauteiloberflächen anzupassen.
Das Ziel dieser Arbeit ist es bei der Materialbearbeitung mit Ultrakurzpulslasern und Galvo-Scansystemen sowohl die Prozesszeit zu minimieren als auch die Bearbeitungsqualität zu maximieren. Unter Betrachtung des Gesamtsystems aus Laser und Scanner wird unter Variation der zeitlichen und räumlichen Energieeinbringung die Bearbeitungsstrategie optimiert. Anhand von Simulationen werden Einflüsse auf die Prozesszeit wie Scangeschwindigkeit, Regelungsstrategie des Scannersystems, Position Synchronized Output (PSO) analysiert. Weiterhin wird durch reale Applikationsversuche die Bearbeitungsqualität bestimmt und komplexe Zusammenhänge dargestellt.
Deichbauwerke sind bedingt durch Auswirkungen des Klimawandels erhöhten Anforderungen hinsichtlich ihrer Standfestigkeit ausgesetzt. Beispielsweise können lange niederschlagsfreie Phasen zu irreversiblen Rissbildungen
führen und von zunehmend volatilen Starkregenereignissen flankiert werden.
Preiswert herzustellende Sensoren, eingebettet in repräsentativen Bereichen des Deiches, ermöglichen die Online-Überwachung von Durchfeuchtungszuständen. Als Elektrodenmaterialien kommen Karbonfasermatten in spezieller Konfektionierung zum Einsatz, die für den Praxiseinsatz bei der Sanierung oder den Neuaufbau von Deichen geeignet sind. Die Entwicklung der Messtechnik am KSI Meinsberg wird von Untersuchungen begleitet, bei der die Sensoren in Experimenten an einem Versuchsdeich an der TU Dresden mit vorgegebenen Einstauszenarien getestet werden. Die Ergebnisse zeigen, dass impedimetrische Sensoren den Wassergehalt von Deichbaumaterialien realistisch abbilden können.
Wir stellen einen kommerziellen Prototyp eines auf Multipasszellen basierenden Spektralverbreiterungs- und -komprimierungssystems vor. Er ist in der Lage 40 fs-Impulse von einem 250 fs-Treiberlaser mit hervorragender Effizienz von 92 % zu erzeugen, was zu einer Verfünffachung der Spitzenleistung führt. Bei der maximalen Eingangsleistung (10 W) ist die Stabilität so hoch wie die Stabilität des Treiberlasers.
AnthroWorks3D: Digitalisierung von Skelettfundstücken und die virtuell osteologische Untersuchung
(2021)
In der Anthropologie werden körperliche Überreste von Menschen historischer und rezenter Zeiträume mit dem Ziel der Aufdeckung ihrer Lebensumstände untersucht. Das Projekt AnthroWorks3D der Hochschule Mittweida verbindet Methoden der Videospielentwicklung und Osteologie, um das Knochenmaterial schonend und hoch-auflösend durch eine 3D-Scanpipeline zu digitalisieren und virtuell, ortsunabhängig und parallel zu vermessen mit dem Ziel, den Verschleiß am Knochenmaterial zu minimieren und die Fundstücke möglichst vielen Forschen-den zugänglich zu machen. Die virtuelle Vermessung wurde in einem ersten Test in Zusammenarbeit der Abtei-lung für historische Anthropologie und Humanökologie des Johann-Friedrich-Blumenbach-Instituts für Zoologie und Anthropologie der Universität Göttingen evaluiert. Dabei schätzen über die Hälfte der befragten Anthropo-logen den Prototypen als Alternative zur physischen Untersuchung ein, besonders in Anwendungsfeldern, in denen das Knochenmaterial nur schwer zugänglich ist.
Eine der großen Herausforderungen in der Industrie 4.0 ist die anforderungsgerechte Integration des Menschen. Es wird auch weiterhin Aufgaben in der Produktion geben, die seine hohe Flexibilität und manuelle Geschicklichkeit erfordern. Dabei kommen zunehmend neuartige technische Assistenzsysteme zum Einsatz, wie z.B. kollaborierende Roboter und Exoskelette. Diese sollen den Menschen im Fertigungsprozess optimal unterstützen. Dazu müssen sie möglichst ergonomisch gestaltet werden, um eine effiziente Mensch-Maschine-Interaktion sicherzustellen. Die menschengerechte Arbeitsgestaltung ist somit weiterhin von großer Bedeutsamkeit, auch wenn sich die Rolle des Menschen im Rahmen von Industrie 4.0 und der voranschreitenden Digitalisierung in der Fertigung verändert. Anhand von drei Beispielen wird aufgezeigt, wie dieses mit Hilfe von digitalen Menschmodellen und 3D-Simulation gelingen kann.
Die vorliegende Arbeit behandelt den Aufbau und die Charakterisierung von Prüfzubehör für das Aufladen von Elektrofahrzeug-Batterien an einem Wechselstrom-Anschluss. Die gemessenen Störspannungspegel dieses Prüfzubehörs zeigen die Eignung für Zulassungs-Messungen nach der internationalen Vorschrift UN ECE – R 10. Der modulare Aufbau ermöglicht die Anpassung an zukünftige Anforderungen oder an das Laden am Gleichstromanschluss.
Die Industrie fordert verstärkt die mobile Einsetzbarkeit von ERP-Systemen, verbunden mit einer hohen Daten und Informationssicherheit [1]. Zur räumlich und zeitlich flexiblen Erfassung und Nutzbarmachung digitaler Daten mittels mobiler Endgeräte erfolgte im Eerbundforschungsprojekt Framework Enriched
Data Assembly – FrEDA die webbasierte Entwicklung eines praxistauglichen und industrieorientierten Frameworks. Dieses Framework ist verantwortlich für den Datenaustausch zwischen Mini- oder Kleinanwendungen (Apps) und datenbankbasierter Software (ERP-System) und findet Anwendungen in Montageprozessen und der dazugehörigen Logistik. Der Beitrag zeigt Möglichkeiten, wie an manuellen Montagearbeitsplätzen die Daten aus dem ERP-System über das Framework direkt mit den digitalen Etiketten (Electronic Shelf Label - ESL) verknüpft und visualisiert werden können. Ein Beispiel ist die Applikation der Auftragsbegleitkarte aus dem ERP-System, um damit die Prozessschritte auf den Electronic Shelf Labels am Montagearbeitsplatz automatisiert anzuzeigen.
Mittels einer entwickelten virtuellen Lernumgebung inklusive integrierten Trainingsszenarien kann methodisches Wissen zur Steigerung der Bediensicherheit von Fertigungsanlagen anschaulich vermittelt werden. Dabei
stehen vor allem die typischen Bedienhandlungen zum Betreiben oder Rüsten einer Werkzeugmaschine, wie das Betätigen von Tasten und Drehschaltern an Bedienpulten oder Arbeitsstationen im Vordergrund. Als Hardware zur Darstellung der virtuellen Szene kommt für ein voll-immersives VR-Erlebnis ein Head Mounted Display (HMD) mit zwei handgehaltenen Controllern (Eingabegeräte mit Tracking) zum Einsatz.
In der erstellten Lernumgebung „Trainingsfabrik 4.0“, welche auch als reale Trainingsfabrik 4.0 an der Fakultät Ingenieurwissenschaften der Hochschule Mittweida existiert, konnten IngenieurInnen und Studierende die Lernumgebung mit den integrierten Bedienhandlungen testen. Deutlich wurde dabei, dass Vorkenntnisse vor allem im Hardware-Umgang begünstigende Voraussetzung sind, um das eigentliche Trainingsziel „Erlernen von Bedienhandlungen“ erreichen zu können. Viele Testpersonen arbeiteten mit den Controllern in der virtuellen Szene zunächst nicht zielführend oder gar intuitiv. Das Navigieren in der Umgebung aber auch das Ausführen der Bedienhandlungen (Steuerung) wurden dadurch stark behindert, was den gewünschten Lernerfolg sowie die Akzeptanz der Technik und der Herangehensweise klar minderte. Daraus leitet sich die Notwendigkeit ab, den Lernenden zunächst den Umgang mit der HMD-Technologie sowie die Interaktion mit der VR-Softwareumgebung in einem virtuellen Übungsszenario gezielt zu veranschaulichen. Dafür wurde ein standardisiertes 2-Phasenkonzept erstellt.
Auf dem Weg zur weiteren Digitalisierung der Produktionsprozesse hilft die gezielte Adaption von Digitalisierungstechniken aus anderen Branchen und dem Consumer-Bereich. Im Fertigungsbereich stehen die Unternehmen vor der Herausforderung, bisher auf Papier geführte Daten und Dokumente in elektronischer Weise darzustellen.
Hierfür bieten Electronic Shelf Label (ESL) eine sinnvolle Ergänzung zu klassischen Displays. Diese elektronischen Etiketten, auch als „ePaper“ bekannt, eignen sich insbesondere für die dynamische Anzeige von Daten mit niedriger Änderungsfrequenz. Auch bei hellem Tageslicht sind sie ohne Stromverbrauch sehr gut lesbar. Sie benötigen keine eigene Rechenleistung und erfordern Strom nur während der funkgestützten Übertragung neuer Datensätze.
Im Beitrag werden industrielle Anwendungsszenarien für ESL zur Unterstützung der Logistik und der manuellen Montage gezeigt. Ausgehend von Applikationen zur Beschriftung von Lagersystemen und Behältern in der Materialbereitstellung,
wird der Einsatz als digitale Auftragsbegleitkarte behandelt. Des Weiteren werden Anwendungen in der Montage sowie der Arbeitsplatz- und Maschinenbeschriftung beschrieben. Der Einsatz der ESL ist sowohl in der auftragsbezogenen Kleinserienfertigung als auch bei variantenreicher Großserienfertigung nützlich