Aus der Einleitung: "Aufgrund der wachsenden Produktanforderungen bei gleichzeitig immer kürzeren Entwicklungszeiten gewinnen computergestützte Simulationsverfahren, wie die Finite-Elemente-Analyse (FEA), in der Produktentwicklung zunehmend an Bedeutung [Müller 2009]. Für eine effiziente Nutzung der FEA muss diese jedoch frühzeitig in der Produktentwicklung angewendet werden. Darüber hinaus wird für einen erfolgreichen Einsatz umfangreiches Expertenwissen vorausgesetzt. Dieses Wissen konzentriert sich in den Unternehmen hauptsächlich auf erfahrene Berechnungsingenieure, die aufgrund zeitlicher Engpässe Simulationen meist nur zur Nachrechnung bereits ausdetaillierter Produktmodelle durchführen. Konstruktionsbegleitende Simulationen werden hingegen zu selten eingesetzt oder sind nicht aussagekräftig genug, wenn diese nicht von Berechnungsexperten erstellt werden. Um den steigenden Anforderungen an die Produktentwicklung gerecht zu werden, muss das erforderliche Simulationswissen daher auch weniger erfahrenen Benutzergruppen, wie Konstruktionsingenieuren, zugänglich gemacht werden. Darüber hinaus müssen wiederkehrende Arbeitsschritte für den Simulationsaufbau standardisiert und automatisiert werden, um die Qualität der Berechnungsergebnisse abzusichern und diese Prozesse zu beschleunigen. ..."

Effizienz kann auch bei Maschinen als ein spezieller Faktor der Optimierung angesehen werden. Effiziente Maschinen und Prozesse arbeiten optimiert bezüglich der Kosten oder auch der Zeit. In einer Verpackungsmaschine trifft dies sowohl für den eigentlichen Prozess des Verpackens von Gütern, als auch für die Warenflüsse vor und nach dem Verpacken zu. Doch auch während der Planungsphase, der Erstellung und der Einrichtung einer Maschine, spielt Effizienz häufig in Form von Zeitersparnis eine gewisse Rolle. [... aus dem Text]

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.

Die Additive Fertigung spielt heutzutage auch in der Automobilindustrie eine bedeutende Rolle. Eine Ausprägungsform, das pulverbett-basierte LaserCUSING®-Verfahren, bietet viele neue Möglichkeiten. Im Folgenden wird zunächst ein kurzer Überblick über das Verfahren gegeben und anschließend der Einsatz des LaserCUSING®s im Bereich Automotive anhand eines gemeinsamen Projekts der EDAG Engineering GmbH, des Laser Zentrums Nord, der BLM Group und der Concept Laser GmbH verdeutlicht. Hier wurde auf Basis des EDAG Light Cocoon ein topologisch optimierter und hybrid gefertigter Spaceframe entwickelt. Die Karosserieknoten wurden mittels LaserCUSING® additiv hergestellt.

Aus der Einleitung: "Xenobiotika werden durch den Menschen in die Stoffkreisläufe der Natur eingebracht, sie sind dort ursprünglich nicht anzutreffen. Dazu zählen auch Medikamente, die der menschliche Körper in kurzer Zeit wieder ausscheidet ohne diese abzubauen. Die bestehenden Abwasserreinigungsanlagen sind derzeit nicht in der Lage diese Frachten vollständig zu eliminieren, sodass sie unweigerlich in die Umwelt gelangen und dort undefiniert Einfluss nehmen. Xenobiotika können bereits in den großen Wasserreservoirs der Erde detektiert werden, die Prognose für die nächsten Jahre zeigt eine 30% Steigerung der Emissionen auf. In Deutschland gelangen z.B. jährlich 63 Tonnen des Schmerzmittels Diclofenac in die Flüsse (Bundesumweltamt 2014). Der Mensch hinterlässt regelrechte anthropogene Fußabdrücke, bestehend aus Schmerzmitteln, Antibiotika und Hormonen. Die problematischen Emissionen einiger Xenobiotika treten anhand von Folgeerscheinungen weltweit immer gravierender zutage (Bundesumweltamt 2014). So müssen das globale Artensterben (Geier in Indien), die Verweiblichung von Tierpopulationen in aquatischen Systemen und Krebserkrankungen mit partiell hohen Xenobiotika-Belastungen in der Umwelt in Zusammenhang gebracht werden. Die Entfernung von Xenobiotika insbesondere aus den Wasserkreisläufen stellt eine große ökonomische als auch ökologische Herausforderung zum Schutz der Lebensräume dar. ..."

Ein erfolgversprechender Ansatz in der biomedizinischen Forschung besteht im zielgerichteten Transport von Medikamenten und deren lokaler Anreicherung im erkrankten Bereich. Aktuelle Untersuchungen auf dem Gebiet der Krebstherapie beschäftigen sich mit dem magnetischen Drug Targeting, der Kopplung von Chemotherapeutika an magnetische Nanopartikel und der Anreicherung im erkrankten Bereich unter Verwendung externer Magnetfelder. Um derartige Verfahren perspektivisch zu beherrschen sind die Grundlagen des Strömungsverhaltens der eingesetzten sogenannten Ferrofluide, Suspensionen magnetischer Nanopartikel in geeigneten Trägermedien zu ermitteln. Während von Ferrofluiden aus dem technischen Anwendungsbereich eine starke Viskositätserhöhung durch den Einfluss externer magnetischer Felder bekannt ist, gilt es diese auch für biokompatible Ferrofluide zu untersuchen. Ein besonderer Fokus liegt auf der Untersuchung der zahlreichen Einflussparameter wie dem Partikeldurchmesser, der mikroskopischen Struktur oder der magnetischen Konzentration. Weiterhin ist auch das Fließverhalten bei Verdünnung mit Blut in einer Strömungssituation möglichst nahe der medizinischen Anwendung von zentralem Interesse. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit diesen Problemstellungen. Einerseits wurden durch eine umfassende Charakterisierung wichtige Einflussparameter der Viskositätsveränderung unter dem Einfluss externer magnetischer Felder identifiziert und untersucht. Andererseits wurde ein spezielles Kapillarviskosimeter entwickelt. Dieses zeichnet sich durch die Auslegung hinsichtlich der Kapillardurchmesser sowie der Scherraten an Bereiche des menschlichen Organismus aus und es eröffnet die Möglichkeit, mit Blut verdünnte Ferrofluide unter dem Einfluss starker Magnetfelder zu untersuchen. Im Rahmen der Arbeit wurde Schafblut verwendet und es konnten Effekte gefunden werden, die eine Interaktion der Blutbestandteile mit den magnetischen Nanopartikeln vermuten lassen. Die Bildung von kettenartigen Strukturen unter dem Einfluss von Magnetfeldern, die diese Wechselwirkung verursacht, wurde mikroskopisch untersucht und ein Quantifizierungsverfahren zur Bewertung der Abhängigkeit von Magnetfeldstärke und -applikationsdauer eingeführt. Die ermittelten Resultate zeigen eine starke Beeinflussung des rheologischen und mikroskopischen Verhaltens der biokompatiblen Ferrofluide auf, welche das Potenzial besitzt die Anwendung der Flüssigkeiten zu beeinflussen und in zukünftige Forschungen, sowohl hinsichtlich der theoretischen Modellierung als auch der chemischen Synthese, einbezogen werden sollte.

Galvanometer laser machining is a well-established laser machining technique in which the laser beam is positioned on a working field by means of mirrors mounted in galvanometers. Nonetheless, new applications make necessary the development of innovative techniques for increasing the performance of such systems. Aside all the advantages of this technique like given resolution, repeatability and velocity, a limited working area is an important drawback. In this thesis work, the limitations of different state-of-the-art schemes for increasing the working field of galvanometer laser machining systems are examined. The necessity of a new strategy for reducing present deviations introducing a vision system is established. The construction of an error vector and calculation of coordinate’s transformations to improve precision are presented. In this work, the “Arithmetic mean transformation”, “individual correction transformation”, “iterative inverse distance weighting transformation” and a stitching approach denominated “Auto-stitching” are presented and demonstrated as methods for reducing inherent deviations in galvanometer scanning systems for large area processing.

Im Rahmen des EU-geförderten JOIN’EM Projektes werden Kupfer-Komponenten durch hybride Aluminium-Kupfer-Bauteile substituiert, um Kosten- und Gewichtsvorteile ohne Qualitätsverlust zu erreichen. Dazu wird das Magnetimpulsschweißen für den industriellen Einsatz qualifiziert. Einen wichtigen Beitrag dazu leistet die vorgestellte kombinierte experimentelle und numerische Prozessanalyse. In dieser werden Zusammenhänge zwischen einstellbaren Parametern des Prozesses, Kollisionsparametern in der Fügezone und der Qualität des resultierenden Verbundes hergestellt.

Das laufende Forschungsvorhaben gliedert sich in drei Untersuchungsbereiche. In der vorliegenden Veröffentlichung werden die Ergebnisse der bereits durchgeführten, ersten qualitativen Befragung mit Designmanagern, Designern und Entwicklungsfachleuten dargestellt. Befragt wurden hierbei sowohl Unternehmen als auch Designagenturen, die für diese Unternehmen als externe Dienstleister arbeiten. Es wird gezeigt, welche internen und externen Anwender im Designprozess eingebunden werden und welche Methoden dazu verwendet werden. Auch der Zeitpunkt, wann Anwender im Designprozess integriert werden, ist Teil der Auswertung. Ergänzt werden diese Daten durch die Darstellung der möglichen Chancen und Risiken, die in Bezug auf eine Anwenderintegration gesehen werden Einer strategischen Anwenderintegration werden generell große Chancen eingeräumt, es ist jedoch nicht klar, wie man diese sinnvoll und ergebnisorientiert in einen Designprozess implementiert. Die Auswertung der Anwenderdaten stellt bislang die größte Hürde für eine Anwenderintegration dar.

Die immer schnellere Veränderung des Umfelds stellt auch die internationale Automobilindustrie vor große Herausforderungen. Vor den Experten der Branche wurden diese beispielsweise auf dem 12. Internationalen CAR-Symposium der Universität auch vom Vorstandsvorsitzenden der BMW Group Dr. Norbert Reithofer diskutiert (Car 2010). Aus dem Spannungsfeld zwischen profitablem Wachstum und Globalisierung erwachsen nicht nur größere Absatzzahlen sondern auch die Zunahme an Varianz aufgrund länderspezifischer Gesetzgebung und unterschiedlichen Kundenbedürfnissen in den Hauptmärkten Europa, Nordamerika und Asien. Ein »historisches« Beispiel für diese unterschiedlichen Kundenanforderungen war die Anforderung der amerikanischen Kunden an den »Cupholder«. Das Thema ist inzwischen gelöst. Komplexer ist der Widerspruch zwischen der Ausrichtung unserer Fahrzeuge auf das Fahrerlebnis des Fahrers in den klassischen Märkten und dem Trend zum Chauffeur in vielen neuen Märkten (v.a. China).