Der Software-Hersteller CAESS (PTC Partner Advantage, Silver) hat eine neue Version der Topopologie-Optimierungs-Lösung ProTOp auf den Markt gebracht. Die Software zeichnet sich aus durch neue Elemente wie: • Intuitive Benutzer-Oberfläche • Verwendung von 'Shell-, Lattice-'Strukturen • Nichtlinearitäten: Kontakte, Vorspannung, elastoplastisches Material • Extrem schnelle Gleichungslösung • Flächen-Glättung • Flächen-Rückführung mit .obj-Daten (wavefront) ins CAD

In today's versatile requirements for reducing fuel consumption, a lot of different approaches are in development like hybridization, reducing the amount of cylinders with the same power as before or operating point-independent components and auxiliaries. Within this thesis, one of the approaches is shown: electrified auxiliaries including an operation strategy. Replacing conventional auxiliaries with electrified ones, the need of more electrical power becomes bigger. Due to the limits within the 12V power net, the 48V approach is the logical conclusion in terms of cost benefit and availability of the needed resources to use the electrified components. The 48V power net introduces new or modified parts to the vehicle including a new power net topology. Fuzzy logic was chosen to control the auxiliaries, because of the number of input variables, the flexibility of using it for different cars and being robust during the usage. The results showed a significant improvement of fuel consumption with the developed control strategy for the selected power net topology. This improvement was evident in all cycles, which were discussed within this thesis. In this thesis a new approach for reducing fuel consumption was shown, which includes several electrified auxiliaries and the operation strategy to control them within the vehicle during different cycles. The necessary models for the approach were developed including the auxiliaries, the controller and the needed parts for the power net. / In der heutigen Zeit mit den steigenden Ansprüchen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs sind viele verschiedene Ansätze und Technologien in der Entwicklung, wie zum Beispiel Hybridisierung, Zylinderreduktion mit der gleichen Leistungsausbeute wie zuvor oder auch vom Verbrennungsmotor unabhängigen Komponenten und Nebenaggregaten. Innerhalb dieser Arbeit wurde einer dieser Ansätze näher erläutert: elektrifizierte Nebenaggregate inklusive einer Betriebsstrategie. Durch den Austausch der konventionellen Nebenaggregate mit den elektrifizierten Nebenaggregaten steigt der Bedarf an mehr elektrischer Leistung. Durch die Limitierungen im 12V Bordnetz, ist der 48V Ansatz der nächste logische Schritt hinsichtlich des Kosten/Nutzen-Verhältnis und der Ressourcenverfügbarkeit für die Nutzung der elektrifizierten Komponenten. Das 48V Bordnetz benötigt neue bzw. modifizierte Komponenten inclusive einer neuen Bordnetztopologie. Fuzzy-Logik wurde zur Regelung der Nebenaggregate ausgewählt. Grund hierfür waren: Anzahl an Eingangsvariablen, Flexibilität in der Übertragung auf andere Fahrzeuge und dem robusten Verhalten in der Anwendung. Die Ergebnisse zeigten ein signifikantes Einsparpotential durch die Verwendung der entwickelten Betriebsstrategie für die ausgewählte Bordnetztopologie. Die Einsparung war in allen diskutierten Zyklen deutlich zu sehen. In dieser Arbeit wurde ein neuer Ansatz zur Verbrauchsreduktion gezeigt inklusive elektrifizierter Nebenaggregate und der benötigten Betriebsstrategie, um diese im Fahrzeug in verschiedenen Zyklen zu steuern. Die benötigten Modelle wurden entwickelt, wie zum Beispiel die Nebenaggregate, der Regler und den Bordnetzkomponenten.

Die gängige Methodik zum Konzipieren automatisierter Montagesysteme umfasst die Planung der Montage und die physische Entwicklung der technischen Gesamtlösung. Zur Abbildung der konkreten Aufgabe werden standardisierte Symbole in einem Ablaufplan miteinander verknüpft. Die Hauptaufgabe des Konstrukteurs ist die Auswahl und die Zusammenstellung einer optimalen Konfiguration der Funktionsträger sowie deren Implementierung in einer Gesamtlösung unter Berücksichtigung der vorgegebenen Randbedingungen. Das Problem ist der fehlende Informationsgehalt der bisher eingesetzten Handhabungssymbole und Symbole zur Ermittlung der Funktionsträger zur Beschreibung der Montage- und Handhabungsplanung sowie die fehlende Vorgehensweise zur Auswahl der Funktionsträger aus den verschiedenen Varianten nach minimaler Taktzeit und Gesamtanschaffungskosten. Zur Realisierung eines effizienten Montageplanungssystems leitet sich daher die Zielstellung ab, den Informationsgehalt der standardisierten Symbole zu erweitern und mit logischen Schnittstellen für eine automatisierte Verknüpfung in der Funktionsfolge auszustatten. Diese neuen Symbole beinhalten die Definition der Funktionen sowie alle Randbedingungen und Parameter zur eindeutigen Beschreibung der Handhabungsaufgabe. Mithilfe dieser Parameter werden Anforderungslisten erstellt und nach passenden Anlagenkomponenten gesucht. Zur Auswahl der optimalen Komponenten des Montagesystems wird das lineare Optimierungsproblem hinsichtlich der Kombination aus Taktzeit und Gesamtanschaffungskosten gelöst. / The common methodology for designing automated assembly systems involves the assembly planning and the physical development of overall technical solution. To illustrate the concrete task, standardized symbols are connected together in a flowchart. The designer's main task is the selection and the composition of an optimal configuration of the functional carriers as well as their implementation in an overall solution in consideration of the predetermined boundary conditions. One problem is the lack of information content of the previously used handling symbols and the symbols for determining the functional carriers, which describe the assembly and handling planning. The other is the insufficient methods for selecting the functional carriers from the different variants based on minimum cycle time and total acquisition cost. In order to realize an efficient assembly planning system, the objective is therefore to expand the information content of the standardized symbols and equip them with logical interfaces for automated connection in the functional sequence. These new symbols contain the definition of the functions as well as all boundary conditions and parameters for the unambiguous description of the handling task. These parameters are utilised to create requirement lists and search for suitable plant components. In order to select the optimal components of the assembly system, the linear optimization problem regarding the combination of cycle time and total acquisition costs is solved.

Widerstandspunktschweißen ist das dominante Fügeverfahren in der Karosserieherstellung. Der steigende Wunsch nach mehr Sicherheit und gleichzeitig nach einem möglichst leichten Fahrzeug, führt zur Verwendung hochfester Stähle. Mit der Festigkeit steigen die Anforderungen an die Prozesssteuerung und die Punktschweißzangen. Die Simulation des Punktschweißprozesses wird verwendet, um einen materialgerechten Schweißprozess zu entwickeln, sowie Zeit und Material für entsprechende Versuche einzusparen. In der Simulation können physikalische Größen ermittelt werden, welche am Schweißpunkt nicht messbar sind. Im Vortrag wird ein FEM-Modell vorgestellt, welches den Widerstandspunktschweißvorgang simuliert. Die erste Ausbaustufe des Modells umfasst die zu fügenden Bleche und das Elektrodenpaar der Punktschweißzange. Die Elektrodenkraft wird zu Beginn der Schweißsimulation auf die Elektrode aufgebracht und über den Prozesszyklus als konstant angenommen. Diese Annahme steht im Widerspruch zu in der Praxis gemessenen Elektrodenkraftverläufen. Diese weisen eine dynamische Änderung über der Schweißzeit auf. Der Unterschied zwischen gemessener und in der Simulation vorgegebener konstanter Elektrodenkraft war die Motivation zur Erstellung eines mechanischen Maschinenmodells, welches im Vortrag präsentiert wird. Das Modell ist mit der Schweißprozesssimulation gekoppelt und errnöglicht die numerische Untersuchung der Wirkung mechanischer Maschinenparameter auf ein Punktschweißergebnis. Erste Ergebnisse der Schweißprozesssimulation unter Berücksichtigung des mechanischen Maschinenverhaltens werden vorgestellt und diskutiert.

Bei der Fertigung mechatronischer Produkte in den vielfältigen Industriebranchen, wie der Medizintechnik, dem Maschinen- und Automobilbau etc., bestehen stets erhöhte Qualitätsansprüche, um Funktionalität, Herstellbarkeit, Kosten und weitere produktbedingte Aspekte zu gewährleisten. Infolgedessen hat das Toleranzmanagement erheblich an Bedeutung gewonnen. Die Art und Weise der Toleranzfestlegung im Entwicklungsprozess eines Produktes stellt einen wesentlichen Bestandteil der Produktbeschreibung dar und hat eine signifikante Auswirkung auf die Optimierung der Funktion, der Kosten oder der Herstellprozesse. Die Funktion der mechatronischen Produkte stützt sich auf mechanische, thermische oder auch z. B. elektromagnetische Eigenschaften. Somit sollen diese physikalischen Abhängigkeiten neben der rein geometrischen Toleranzanalyse mitberücksichtigt und untersucht werden. Ein Toleranzmodell für die funktionelle nichtlineare Maßkette wird anhand der Identifikation der wesentlichen Produktmerkmale aufgestellt und erfasst die wichtigsten Beitragsleister. Dabei handelt es sich um eine physikalische Maßkette, die auch Materialeigenschaften wie z. B. Reibwerte, E-Modul und Temperaturlängenausdehnungskoeffizienten berücksichtigen kann. Auf Basis der Ergebnisse von finiten Elemente Analysen (FEA) in Creo Simulate können flexible Bauteile erstellt werden, die zur Aufstellung eines parametrischen Toleranzmodells verwendet werden können. Die Multiziel-Konstruktionsstudie, die Creo anbietet, ist dann in der Lage, die festgelegten Parameter je nach Anforderung statistisch zu variieren, wobei das jeweilige Modell sich dank seiner Definition anhand der flexiblen Bauteile analog zu den FEA – Ergebnissen verformt. Auf diese Weise kann die funktionelle Maßkette in dem gezeigten Beispiel die Öffnerkraft eines elektromechanischen Relais bestimmt und dementsprechend die Produktbeschreibung optimiert werden. Anschließend soll die durchgeführte Konstruktionsstudie in dem CAD-System Creo mit weiteren Toleranzsimulationsprogrammen wie z. B. Cetol von Sigmetrix verglichen und validiert werden. Das entwickelte Methodische Tolerieren kann in der CAD-integrierten modellbasierten Prozesskette in der virtuellen Produktentwicklung verwendet werden. Damit ist eine effiziente Kommunikationsschnittstelle zwischen den Abteilungen der Konstruktion und der Simulation geschaffen.

Additive Fertigungsverfahren stellen in den letzten Jahren einen Megatrend dar, da sich mit diesen Verfahren endkonturnahe Werkstücke mit hohem Materialausnutzungsgrad herstellen lassen. Die auch als 3D-Druck bekannt gewordenen additiven Fertigungsverfahren sind jedoch nicht auf die Prototypenfertigung aus Kunststoffen begrenzt. Beim selektiven Laserschmelzen werden metallische Werkstoffe im Pulverbettverfahren mittels Laserstrahl aufgeschmolzen und somit schichtweise aufgebaut. Das Verfahren findet bereits in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, aber auch in der Automobilindustrie und im Maschinenbau Anwendung für Prototypen, Einzelanfertigungen oder Kleinstserien. Des Weiteren ermöglicht es auch die Herstellung von Werkstücken mit besonders hoher Komplexität, die mit spanenden Verfahren nicht herstellbar sind, und bietet dadurch neue Gestaltungsmöglichkeiten bei der Konstruktion. Innerhalb des Vortrags werden nach der Vorstellung des Verfahrens verschiedene Methoden zur numerischen Simulation des selektiven Laserschmelzens von Edelstahl (1.4404) am Beispiel der kommerziellen Software Simufact Additive erläutert. Dazu werden der mechanische und thermo-mechanische Lösungsansatz betrachtet sowie die Methode zur Kalibrierung der Simulationen erläutert. Die Erläuterung eines voll transienten thermo-mechanischen Ansatzes erfolgt unter Verwendung der Software MSC Marc. Des Weiteren wird der Einfluss der Orientierung des Werkstücks im Herstellungsprozess auf resultierende Spannungen, Verzug sowie mechanische Eigenschaften analysiert und mit experimentellen Untersuchungen untersetzt.

Auf der Suche nach immer kompakteren koaxialen Getrieben für kleine Antriebe steht eine neue Bauweise bereit. Der Foliensatz stellt kurz die Baugruppen eines solchen Getriebes vor und klärt über einige der Herausforderungen auf, die die Entwicklung beeinflussen. Weiterhin wird auf die Berechnung der verbauten Hypoidzahnradstufe eingegangen. Die Berechnung der Zahngeometrie ausgehend von den Wälz-Gleit-Körpern wird losgelöst von den Einschränkungen betrachtet, die herkömmliche Serienfertigungsverfahren mit sich bringen. Ausblickend werden die Entwicklungsschritte umrissen, die zunächst zum Prototyp und darüber hinaus zur Serienreife führen.

Im Vertrag wird die numerische Verfahrensentwicklung des Flach-Clinchklebens präsentiert. Schwerpunkte bilden hierbei die Bestimmung der Materialdaten und die anschließende Implementierung in das Simulationsmodell sowie die Modellierung des Prozesses. Es wird auf numerische Besonderheiten, wie die Kontaktabbildung zwischen den Blechen und der Klebstoffschicht sowie auf die Trennung der Klebstoffschicht und die damit verbundene Bildung von Klebstofftaschen, eingegangen. Weiterhin werden verschiedene Ansätze vorgestellt, um die Hinterschnittausbildung zwischen den Blechen zu ermöglichen und hierdurch die Handhabungsfestigkeit der Hybridverbindung zu gewährleisten. Abschließend erfolgen die experimentelle Validierung ausgewählter Verfahrensparameter sowie die Bestimmung der mechanischen Verbindungskennwerte.

Die Topologieoptimierung ist die Suche einer optimalen Bauteilgeometrie in Abhängigkeit des Einsatzfalls. Für komplexe Probleme kann die Topologieoptimierung aufgrund eines hohen Detailgrades viel Zeit- und Rechenkapazität erfordern. Diese Nachteile der Topologieoptimierung sollen mittels Deep Learning reduziert werden, so dass eine Topologieoptimierung dem Konstrukteur als sekundenschnelle Hilfe dient. Das Deep Learning ist die Erweiterung künstlicher neuronaler Netzwerke, mit denen Muster oder Verhaltensregeln erlernt werden können. So soll die bislang numerisch berechnete Topologieoptimierung mit dem Deep Learning Ansatz gelöst werden. Hierzu werden Ansätze, Berechnungsschema und erste Schlussfolgerungen vorgestellt und diskutiert.

For an economically sustainable fuel cell commercialization, robust manufacturing processes are essential. As current quality control is time-consuming and costly for manufacturers, standardized solutions are required that reduce cycle times needed to determine cell quality. With existing studies examining durability in field use, little is known about end-of-line detection of cell malfunctions. Applying machine learning algorithms to analyse performance measures of 3600 PEM fuel cells, this work presents a concept to automatically classify produced fuel cells according to cell performance indicators. Using a deep learning autoencoder and the extreme gradient boosting algorithm for anomaly detection and cell classification, models are created that detect cells associated with potential cell malfunctions. The work shows that the models developed predict key performance features in an early stage of the quality control phase and contributes to the overall goal of achieving cycle time reduction for manufacturers quality control procedures. / Für eine wirtschaftlich nachhaltige Kommerzialisierung von Brennstoffzellen sind robuste Herstellungsprozesse unerlässlich. Da die derzeitige Qualitätskontrolle zeitaufwändig und kostenintensiv ist, sind standardisierte Lösungen erforderlich. Während bisherige Arbeiten vorwiegend Lebensdaueruntersuchungen durchführen, ist nur wenig über die Erkennung von Zellfehlfunktionen am Ende der Produktionslinie bekannt. Durch die Anwendung von Algorithmen des maschinellen Lernens zur Analyse der Leistungsdaten von 3600 PEM-Brennstoffzellen wird in dieser Arbeit ein Konzept zur automatischen Klassifizierung produzierter Brennstoffzellen anhand von Leistungsindikatoren der Zellen vorgestellt. Unter Verwendung eines Deep-Learning-Autoencoders und des Extreme-Gradient-Boosting-Algorithmus zur Erkennung von Anomalien und zur Klassifizierung von Zellen werden Modelle erstellt, die Zellen erkennen, die mit potenziellen Zellfehlfunktionen in Verbindung stehen. Die Arbeit zeigt, dass die entwickelten Modelle wichtige Leistungsmerkmale in einem frühen Stadium der Qualitätskontrollphase vorhersagen und zum Gesamtziel der Reduzierung der Zykluszeit für die Qualitätskontrollverfahren der Hersteller beitragen.