Aus der Einleitung: "Die Produktarchitektur ist ein Modell zur Abbildung der Verknüpfung zwischen funktionaler und physischer Sichtweise auf ein Produkt und Ausgangspunkt für eine Vielzahl von Methoden, u. a. zur Funktionsintegration oder Modularisierung. Die dabei adressierten Ziele der Produktentwicklung sind sehr unterschiedlich und fokussieren bspw. die Reduktion der Teilezahl und des Gesamtgewichts oder eine effiziente Variantenerzeugung durch Produktbaukästen. Der Lösungsraum bei der Produktarchitekturgestaltung wird maßgeblich durch bekannte und nutzbare Technologien und deren Restriktionen bestimmt. So geht die spanende Fertigung mit steigender geometrischer Komplexität der Bauteile oftmals mit einer erheblichen Kostensteigerung einher. Werkzeugerfordernde Fertigungstechnologien wie bspw. das Druckgießen sind in der Regel nur für größere Bauteilstückzahlen rentabel. Die Einführung additiver Fertigungsverfahren bietet neue Möglichkeiten zur Überwindung dieser Restriktionen und zur Realisierung zusätzlicher Freiheiten in Bezug auf die geometrische Gestaltung sowie Materialzusammensetzung bei der Produktarchitekturgestaltung. Während der Produktentwicklung werden die Potentiale additiver Fertigungsverfahren jedoch oft nicht umfassend berücksichtigt, wodurch besonders bei der Gestaltung der Produktarchitektur große Potentiale unerschlossen bleiben. Stattdessen erfolgt die Gestaltung der Produktarchitektur implizit und Möglichkeiten bspw. zur Funktionsintegration werden nur vereinzelt genutzt. Aus diesem Defizit leitet sich die zentrale Fragestellung dieses Beitrags ab: Wie können Potentiale additiver Fertigungsverfahren bei der Gestaltung der Produktarchitektur systematisch berücksichtigt werden? Zur Beantwortung dieser Frage wird in Abschnitt 2 die Produktarchitekturgestaltung in den Produktentwicklungsprozess eingeordnet und aufgezeigt, wie verschiedene Zielstellungen einer Produktentwicklung durch sie adressiert werden können. Technologische Einflüsse auf die Produktarchitekturgestaltung werden in Abschnitt 3 am Beispiel von additiven Fertigungstechnologien erläutert, bevor in Abschnitt 4 ein methodisches Rahmenwerk vorgestellt wird, welches die Nutzung von Potentialen additiver Fertigungsverfahren durch die Bereitstellung von Prinzipien unterstützt. Die Anwendung des Rahmenwerks wird in Abschnitt 5 am Beispiel eines adaptiven Drehgelenks für Parallelroboter verdeutlicht.

Aus der Einleitung: "Die Produktarchitektur ist ein Modell zur Abbildung der Verknüpfung zwischen funktionaler und physischer Sichtweise auf ein Produkt und Ausgangspunkt für eine Vielzahl von Methoden, u. a. zur Funktionsintegration oder Modularisierung. Die dabei adressierten Ziele der Produktentwicklung sind sehr unterschiedlich und fokussieren bspw. die Reduktion der Teilezahl und des Gesamtgewichts oder eine effiziente Variantenerzeugung durch Produktbaukästen. Der Lösungsraum bei der Produktarchitekturgestaltung wird maßgeblich durch bekannte und nutzbare Technologien und deren Restriktionen bestimmt. So geht die spanende Fertigung mit steigender geometrischer Komplexität der Bauteile oftmals mit einer erheblichen Kostensteigerung einher. Werkzeugerfordernde Fertigungstechnologien wie bspw. das Druckgießen sind in der Regel nur für größere Bauteilstückzahlen rentabel. Die Einführung additiver Fertigungsverfahren bietet neue Möglichkeiten zur Überwindung dieser Restriktionen und zur Realisierung zusätzlicher Freiheiten in Bezug auf die geometrische Gestaltung sowie Materialzusammensetzung bei der Produktarchitekturgestaltung. Während der Produktentwicklung werden die Potentiale additiver Fertigungsverfahren jedoch oft nicht umfassend berücksichtigt, wodurch besonders bei der Gestaltung der Produktarchitektur große Potentiale unerschlossen bleiben. Stattdessen erfolgt die Gestaltung der Produktarchitektur implizit und Möglichkeiten bspw. zur Funktionsintegration werden nur vereinzelt genutzt. Aus diesem Defizit leitet sich die zentrale Fragestellung dieses Beitrags ab: Wie können Potentiale additiver Fertigungsverfahren bei der Gestaltung der Produktarchitektur systematisch berücksichtigt werden? Zur Beantwortung dieser Frage wird in Abschnitt 2 die Produktarchitekturgestaltung in den Produktentwicklungsprozess eingeordnet und aufgezeigt, wie verschiedene Zielstellungen einer Produktentwicklung durch sie adressiert werden können. Technologische Einflüsse auf die Produktarchitekturgestaltung werden in Abschnitt 3 am Beispiel von additiven Fertigungstechnologien erläutert, bevor in Abschnitt 4 ein methodisches Rahmenwerk vorgestellt wird, welches die Nutzung von Potentialen additiver Fertigungsverfahren durch die Bereitstellung von Prinzipien unterstützt. Die Anwendung des Rahmenwerks wird in Abschnitt 5 am Beispiel eines adaptiven Drehgelenks für Parallelroboter verdeutlicht.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Fertigungstechnologien zur kostengünstigen Herstellung eines neuartigen solarthermischen Kollektors entwickelt. Dieser Kollektor soll aus einem profilierten Grundkörper aus Schaumglas bestehen, welcher mit Flachglas abgedeckt ist. Die Herstellung des Schaumkörpers wurde betrachtet von der Auswahl der Rohstoffe, über die Entwicklung geeigneter Verfahrensparameter, bis zur Formgebung. Ein Schaumkörper mit profilierter Oberfläche konnte im Maßstab von 600 x 600 x 130 mm³ hergestellt werden. Zur Kosteneinsparung wurde hierfür ein Reststoff aus der Glas verarbeitenden Industrie verwendet. Um den Kollektor in ein hydraulisches System eingliedern zu können, wurde eine Technologie zur Einbindung von Rohrleitungsanschlüssen entwickelt. Emaillierte Rohrbögen aus Gusseisen konnten im Schäumungsprozess fest in den Schaumkörper integriert werden. Weiterhin wurden zwei Möglichkeiten zur Anbindung der Deckgläser untersucht. Dabei wurden mittels Klebung durch EVA-Folie eine höhere Verbundfestigkeit erreicht als mittels Löten durch Aluminium-Blech.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Fertigungstechnologien zur kostengünstigen Herstellung eines neuartigen solarthermischen Kollektors entwickelt. Dieser Kollektor soll aus einem profilierten Grundkörper aus Schaumglas bestehen, welcher mit Flachglas abgedeckt ist. Die Herstellung des Schaumkörpers wurde betrachtet von der Auswahl der Rohstoffe, über die Entwicklung geeigneter Verfahrensparameter, bis zur Formgebung. Ein Schaumkörper mit profilierter Oberfläche konnte im Maßstab von 600 x 600 x 130 mm³ hergestellt werden. Zur Kosteneinsparung wurde hierfür ein Reststoff aus der Glas verarbeitenden Industrie verwendet. Um den Kollektor in ein hydraulisches System eingliedern zu können, wurde eine Technologie zur Einbindung von Rohrleitungsanschlüssen entwickelt. Emaillierte Rohrbögen aus Gusseisen konnten im Schäumungsprozess fest in den Schaumkörper integriert werden. Weiterhin wurden zwei Möglichkeiten zur Anbindung der Deckgläser untersucht. Dabei wurden mittels Klebung durch EVA-Folie eine höhere Verbundfestigkeit erreicht als mittels Löten durch Aluminium-Blech.:Inhaltsverzeichnis Vorwort 1 1 Einleitung 3 2 Solarkollektoren – Stand der Technik 5 2.1 Überblick 5 2.2 Flachkollektor 7 2.3 Zukünftige Entwicklung 16 3 Neuer Lösungsansatz 19 3.1 Konzept 19 3.2 Wirkungsgrad 21 3.3 Herstellkosten 23 4 Angewandte Messverfahren 24 5 Grundkörper des Kollektors 29 5.1 Grundlagen Schaumglas 29 5.1.1 Was ist Schaumglas 29 5.1.2 Schaumglasherstellung 30 5.1.3 Rohstoffe 33 5.1.4 Parameter der Schaumglasherstellung 37 5.2 Vorbetrachtung 42 5.3 Schäumen von Reststoffen 43 5.3.1 Charakterisierung der Rohstoffe 43 5.3.2 Schäumungsversuche 54 5.3.3 Einfluss der Rußart 61 5.3.4 Einfluss der Atmosphäre 63 5.3.5 Schäumungsverstärkung durch Oxidationsmittel 68 5.4 Eigenschaften 73 5.4.1 Schaumfestigkeit 73 5.4.2 Solare Absorption 94 5.4.3 Korrosionsbeständigkeit 104 5.5 Schäumungsform 113 5.5.1 Werkstoffauswahl 113 5.5.2 Charakterisierung von Calciumsilikatwerkstoffen 114 5.5.3 Entformbarkeit 118 5.5.4 Modellschäumung 122 5.6 Zusammenfassung und Ausblick 134 6 Anbindung weiterer Bauteile 137 6.1 Grundlagen der Materialverbindung 137 6.1.1 Anorganische Materialverbindung 137 6.1.2 Organische Materialverbindung 141 6.2 Vorbetrachtung 148 6.2.1 Rohrleitungsanschlüsse 148 6.2.2 Verbindung Grundkörper/ Deckglas 150 6.3 Einbindung der Rohrleitungsanschlüsse 155 6.3.1 Stand der Vorarbeiten 155 6.3.2 Emailliertes Gusseisen 157 6.3.3 Dauerbeständigkeit 166 6.4 Verbindung des Grundkörpers mit dem Deckglas 168 6.4.1 Stand der Vorarbeiten 168 6.4.2 Löten 169 6.4.3 Kleben 182 6.5 Zusammenfassung und Ausblick 185 7 Zusammenfassung 187 8 Ausblick 189 Literaturverzeichnis 191 Abkürzungs- und Symbolverzeichnis 200 Abbildungsverzeichnis 202 Tabellenverzeichnis 207 Anhang 209

Die erste Chemnitzer Brennstoffzellenkonferenz wurde vom Innovationscluster HZwo und dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU durchgeführt. Ausgewählte Fachbeiträge und Präsentationen werden in Form eines Tagungsbandes veröffentlicht. / The first fuel cell conference was initiated by the innovation cluster HZwo and the Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology. Selected lectures and presentations are published in the conference proceedings.