Bionischer Leichtbau realisiert mit Applikationen an gängige FEM-Programme nach dem Vorbild der Natur

Charakterisierung eines textilen Halbzeuges aus Maschenstruktur Technologiedefinition zu einem ausgewählten Verfahren zum Erzeugen der Maschenstruktur Analyse und Simulation des Antriebskonzeptes einer Flachraschelmaschine Synchronisation technologiebedingter Fertigungsschritte und Ableiten von Randbedingungen für die Mechanismensynthese

Neue Normenkonzepte nach ISO /TR 14638 zwingen Unternehmen sich neu zu orientieren, um normgerechtes und wertschöpfendes Toleranzmanagement durchzuführen. INNEO-Produkte können dabei helfen.

Produkte im Maschinenbau gewinnen durch immer weitreichendere Kundenanforderungen zunehmend an Komplexität. Davon angetrieben, werden auch die eingesetzten Softwarewerkzeuge kontinuierlich weiterentwickelt.CAD-Systeme werden beispielsweise heutzutage nicht mehr ausschließlich zur Konstruktion verwendet, sondern beinhalten meist auch weiterführende Module bspw.zur Simulation physikalischer Effekte (CAE) bis hin zur Arbeitsplanung (CAP) und werden in ganzen Softwaresuiten angeboten. Im vergangenen Jahrzehnt sind außerdem Mechanismus- und Bewegungsanalysen fester Bestandteil von CAD-Systemen geworden. Zusatzinformationen, wie bspw. Kinematikbeziehungen und / oder Animationen, die zur Verifikation der Funktionalität und Kollisionsfreiheit unabdingbar sind, können direkt in den CAD-Programen erstellt und überprüft werden. Die aktive Nutzung und Zugänglichkeit dieser CAD-Konstruktionssysteme durch konstruktionsferne Nutzergruppen ist nur bedingt durch so genannte Model-Viewer gegeben, wodurch bspw. die Fehlerbewertung (z.B. Design Review, FMEA) außerhalb der Entwicklungsabteilungen erschwert wird. Abhilfe bietet hier die Nutzung von High-EndTechniken, wie die immersive Darstellung mittels Virtual Reality (VR)-Technologie, im Prozess der Konstruktionsbewertung/Design Review. Dafür arbeiten wir mit der Chemnitzer Firma ARCsolutions GmbH an einer Lösung wie ein (teil-)automatisiert reduziertes Modell, unter Erhaltung im CAD definierter Animationen und Kinematischen Beziehungen automatisiert in die VR gebracht und dort genutzt werden kann.

Einsatzmöglichkeiten, Neuheiten und Ausblick auf kommende Releases von Mathcad Prime

In diesem Beitrag werden neben der detaillierten Betrachtung der Wandervorgänge von Lagerringen primär die Simulationsmethodik bezüglich elastischer Zwischenschichten sowie die Ergebnisse einer FE-Parameterstudie präsentiert. Der Fokus liegt dabei auf Wälzlageraußenringen von Radiallagern unter Punktlast.

Energieeffizienz gewinnt als Wettbewerbs- und Kostenfaktor für die industrielle Produktion seit einigen Jahren immer mehr an Bedeutung und sollte bereits in der Produkt- und Prozessentwicklung bzw. -verbesserung berücksichtigt werden. Entsprechend zeigt der Beitrag, wie mittels Maschinensimulation auf der Basis empirischer Messdaten die Energieverbräuche für zukünftige Fertigungsprozesse durch eine integrierte Visualisierung abgeschätzt werden können.

Produkte werden heutzutage in heterogenen Software- und Organisationsstrukturen entwickelt. Zur Vorauslegung dienen häufig spezialisierte Programme, die konstruktive Umsetzung erfolgt in kommerziellen Systemen (z .B. Creo, Catia usw.). Zur mechanischen Auslegung werden sowohl FEM-Systeme als auch selbst entwickelte Programme genutzt, oft schon in der Vertriebsphase. Obwohl die Datenbasis bei allen Systemen ähnlich ist, müssen Daten aufgrund von Inkompatibilitäten oft mehrfach manuell eingegeben werden. Die bedeutet Prozessunsicherheit und überflüssige Mehrarbeit. Produktkonfiguratoren sollen dies vermeiden. Sie werden zu Beginn mit den relevanten Daten gefüllt und stellen eine Schnittstelle für alle beteiligten Systemen zur Verfügung. Dadurch wird die Datenverwaltung vereinfacht und die Prozesssicherheit wesentlich erhöht.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde für ein magnetisches Hydrogel auf Alginat-Methylcellulose-Basis und Mikropartikeln aus Magnetit über einen Beobachtungszeit-raum von mindestens 14 Tagen eine umfassende Charakterisierung des Deformationsverhaltens auf makroskopischer Ebene und der Partikelanalyse auf mikrostruktureller Ebene in Abhängigkeit von Partikelgehalt, Alterung und Lagerungsbedingungen durchgeführt. Für diese Untersuchungen wurde ein, den Maxwell-Aufbau verwendender Versuchsstand konstruiert, der ein definiertes Feld mit einem annähernd konstanten Feldgradient in axialer Richtung aufweist. Die Hauptuntersuchungen wurden an Tag 0, 1 und 14 für Proben mit 5, 15, 25 und 35 wt% Magnetit durchgeführt. Schwerpunkte der Arbeit sind zum einen die Bestimmung von E-Modul, Zeitverhalten und Biegeverhalten und zum anderen die Erstellung von Modellen zur Beschreibung des Deformationsverhaltens. Als weitere Eigenschaften wurden das Fließverhalten, die Formstabilität, die Dichte und die magnetischen Eigenschaften analysiert. Hinsichtlich einer zyklischen Stimulation für eine medizinische Anwendung wurden Proben mit 25 wt% Magnetit über 14 Tage täglich einer Frequenz von 1 Hz über 3 h ausgesetzt. Dafür wurde im Rahmen dieser Arbeit der 9-Kammern-Bioreaktor CyMAD entwickelt und nach erfolgter Stimulation Untersuchungen zum Biegeverhalten und eine Partikelanalyse durchgeführt.:Inhaltsverzeichnis I Abkürzungsverzeichnis V Symbolverzeichnis VI 1 Einleitung 1 1.1 Medizinischer Hintergrund und Motivation 1 1.2 Lösungsansatz 2 1.3 Ziele und Inhalt der Arbeit 3 2 Grundlagen 5 2.1 Matrixmaterial 5 2.1.1 Alginat 5 2.1.2 Methylcellulose 6 2.1.3 Alginat-MC-Scaffolds 8 2.2 Magnetismus 9 2.3 Tissue Engineering 12 2.3.1 Additive Fertigung von Hydrogelen 13 2.3.2 Gestaltungs- und Einsatzmöglichkeiten von Alginatscaffolds 15 2.3.3 Smart Materials im Tissue Engineering - Ermittlung des Deformationsvermögens und Anwendungen von magnetischen Druckpasten 16 2.3.4 Stimulation von Zellen – applizierte Dehnungen und Versuchsaufbauten 17 3 Materialien und Probenherstellung 21 3.1 Wahl der magnetischen Partikel 21 3.2 Herstellung der Druckpaste 22 3.3 Probenherstellung 22 3.3.1 Versuche zum Biegeverhalten 22 3.3.2 Zugversuche 22 3.3.3 VSM-Messungen 23 3.4 Lagerungsbedingungen 24 4 Verwendete und angepasste Messtechnik 25 4.1 Rotationsviskosimeter und Zugprüfmaschine 25 4.1.1 Definition der mechanischen Eigenschaften 25 a) Fließverhalten 25 b) Elastizitätsmodul 26 4.1.2 Ermittlung der mechanischen Eigenschaften 27 a) Messgerät Physica MCR 301von Anton Paar 27 b) Aufbau als Rotationsviskosimeter und Versuchsdurchführung 28 c) Aufbau, Durchführung und Adaptionen der Zugversuche hinsichtlich der Messung von Hydrogelen 29 4.2 Vibrating Sample Magnetometer 30 4.2.1 Aufbau und Funktionsweise 31 4.2.2 Messgerät VSM 7407 32 4.3 Röntgencomputertomografie 32 4.3.1 Grundlagen der Erzeugung von Röntgenstrahlung 32 4.3.2 Messprinzip und Datenverarbeitung der Röntgencomputertomografie 33 4.3.3 Experimentelle Aufbauten für die Röntgencomputertomografie 36 a) Messtechnische Gegebenheiten der Labortomografieanlage TomoTU 36 b) Versuchsstand „Magnetmesszelle“ 37 5 Verarbeitung der Bilddaten 40 5.1 Makroskopische Betrachtungen 40 5.1.1 Ermittlung der Biegelinie 40 5.1.2 Ermittlung des Zeitverhaltens 42 5.1.3 Ermittlung der Formstabilität 42 5.2 Mikroskopische Betrachtungen 43 5.2.1 Ermittlung der Partikelverteilung mittels Watershed-Algorithmus 43 5.2.2 Ermittlung der richtungsabhängigen Paarkorrelationsfunktion 44 6 Modellierung des Deformationsverhaltens 46 6.1 Beschreibung des Zeitverhaltens 46 6.1.1 PTn-Glieder (Regelungstechnik) 46 6.1.2 Retardation von Kunststoffen 47 6.2 Modellierung der Durchbiegung mittels Balkentheorie 48 6.2.1 Annahmen und Vereinfachungen 48 6.2.2 Gestaltung der Probenaufnahme 49 6.2.3 Berechnungen der Biegelinie und der benötigten Kraft 51 6.3 Berechnung der magnetischen Kraft 52 6.4 Modellbereich 54 7 Grundcharakterisierung und Vorbetrachtungen 55 7.1 Reproduzierbarkeit der Alginat-PBS-Lösung 55 7.2 Charakterisierung des verwendeten Magnetits 57 7.2.1 Oberflächenbeschaffenheit und Form 57 7.2.2 Partikelgrößenverteilung 57 7.3 Sensitivitätsanalyse 58 7.3.1 Wahl der Parameter und deren Kombination 58 7.3.2 Einfluss von Temperatur und Lagermedium auf den Probendurchmesser 59 7.3.3 Zusammenfassung 62 7.4 Formstabilität der Proben 62 7.5 Dichte 63 7.6 Magnetische Eigenschaften 64 8 Experimentelle Untersuchungen zum Deformationsverhalten 67 8.1 Elastizitätsmodul 67 8.1.1 Grundlegendes zur Auswertung 67 8.1.2 E-Moduln nach der Vernetzung 70 8.1.3 E-Modul in Abhängigkeit von Zeit und Partikelkonzentration 73 8.1.4 E-Modul für 25 wt% Magnetit in Abhängigkeit von der Zeit 75 8.1.5 E-Modul für einen beschleunigten Alterungsprozess 76 8.2 Zeitverhalten 77 8.2.1 Sprungantwort 77 a) Fitfunktion zur Beschreibung des zeitabhängigen Deformationsverhaltens 77 b) Definition und Bestimmung der Parameter 81 8.2.2 Schlussfolgerungen für die Untersuchungen zum Deformationsverhalten 82 a) Bedeutung für die Erfassung der Biegelinie 82 b) Bedeutung für zyklische Belastungen 83 8.3 Biegeverhalten 83 8.3.1 Validierung des Fastscans 85 8.3.2 Biegelinien 88 a) Abhängigkeit der Biegelinie von Alter und Partikelkonzentration 88 b) Vergleich nicht stimulierter und stimulierter Proben mit 25 wt% Magnetit 91 8.3.3 Vergleich von Theorie und Praxis 92 8.3.4 Fehlerdiskussion 98 a) Korrektur der Biegelinie 98 b) Eignung des Modells 100 8.4 Partikelanalyse 101 8.4.1 Partikelverteilung 102 8.4.2 Paarkorrelationsfunktion 108 8.5 Bedeutung für das TE 114 8.5.1 Vergleich zu etablierten Verfahren im TE 114 8.5.2 Übertragbarkeit auf autoklaviertes Material 115 8.5.3 Gestaltungsansatz für Scaffolds 115 9 Zusammenfassung 118 10 Ausblick 121 Tabellenverzeichnis X Abbildungsverzeichnis XI Literaturverzeichnis XVI

Der Schwerpunkt der Arbeit liegt überwiegend im Bereich der Designwissenschaften und behandelt ein Thema an der Schnittstelle von Materialwissenschaft und Design. Die Akzeptanz von Materialsubstituten hängt nicht nur von funktionalen Eigenschaften ab, sondern auch von der Bedeutung und symbolischen Wirkung des Materials. Daher ist es entscheidend, die semantische Wirkung besser zu verstehen, um diese bei der Entwicklung neuer, idealerweise ökologischer Materialalternativen und bei der Materialwahl im Designprozess berücksichtigen zu können.:Danksagung 2 Inhaltsverzeichnis 4 1 Einführung und Ziel der Arbeit 8 1.1 Problemlage 8 1.2 Zentrale Fragen und Ziele der Arbeit 10 1.3 Aufbau der Arbeit 11 2 Theoretische Grundlagen und aktueller Forschungsstand 12 2.1 Einordnung des Material- und Werkstoffbegriffes 13 2.1.1 Materialleistungen 15 2.1.2 Materialgestaltung in der Designpraxis 16 2.1.3 Material Leder 19 2.1.4 Material Ledersubstitut 25 2.2 Materialakzeptanz 34 2.2.1 Einordnung des Akzeptanzbegriffes 34 2.2.2 Einflussgrößen auf die Akzeptanz 37 2.2.3 Akzeptanz von Leder und Ledersubstituten 39 2.3 Die semantische Wirkung von Leder und Ledersubstituten 40 2.3.1 Designwissenschaftliche Theorien zur Semantik von Produkten 45 2.3.2 Einordnung der Begriffe Produkt- und Materialwirkung 49 2.3.3 Die sinnliche Wahrnehmung von Leder und Ledersubstituten 51 2.3.4 Leder als Bedeutungsträger 54 2.4 Identifizierter Forschungsbedarf 62 2.5 Forschungsfragen der Studie 63 3 Methoden und Vorgehen zur empirischen Datenerhebung 64 Danksagung 2 Inhaltsverzeichnis 4 1 Einführung und Ziel der Arbeit 8 1.1 Problemlage 8 1.2 Zentrale Fragen und Ziele der Arbeit 10 1.3 Aufbau der Arbeit 11 2 Theoretische Grundlagen und aktueller Forschungsstand 12 2.1 Einordnung des Material- und Werkstoffbegriffes 13 2.1.1 Materialleistungen 15 2.1.2 Materialgestaltung in der Designpraxis 16 2.1.3 Material Leder 19 2.1.4 Material Ledersubstitut 25 2.2 Materialakzeptanz 34 2.2.1 Einordnung des Akzeptanzbegriffes 34 2.2.2 Einflussgrößen auf die Akzeptanz 37 2.2.3 Akzeptanz von Leder und Ledersubstituten 39 2.3 Die semantische Wirkung von Leder und Ledersubstituten 40 2.3.1 Designwissenschaftliche Theorien zur Semantik von Produkten 45 2.3.2 Einordnung der Begriffe Produkt- und Materialwirkung 49 2.3.3 Die sinnliche Wahrnehmung von Leder und Ledersubstituten 51 2.3.4 Leder als Bedeutungsträger 54 2.4 Identifizierter Forschungsbedarf 62 2.5 Forschungsfragen der Studie 63 3 Methoden und Vorgehen zur empirischen Datenerhebung 64 3.1 Verwendete statistische Testverfahren 64 3.1.1 Faktorenanalyse 64 3.1.2 Varianzanalyse 65 3.2 Angewandte Analyseverfahren 67 3.2.1 Deskriptive Analyseverfahren 67 3.2.2 Likert-Skala 68 3.3 Untersuchungsdesign 69 3.4 Erhobene Stichprobe 71 3.5 Eingesetzte Materialien, Darstellungen und Software 73 3.5.1 Auswahl der Lederarten 74 3.5.2 Auswahl der Ledersubstitute 76 3.5.3 Auswahl der Farbvarianten 77 3.5.4 Auswahl des Kontexts 79 3.5.5 Darstellung der Schuharten 82 3.6 Erstellung der Fragebögen 83 3.6.1 Ermittlung der Items 83 3.6.2 Ermittlung der Aussagen zur Einstellung gegenüber Leder und Ledersubstituten sowie zum Lebensstil 88 3.7 Aufbau und Durchführung der Hauptstudie 89 4 Ergebnisse 94 4.1 Faktorenanalyse 95 4.2 Deskriptive Analyse zur Beschreibung der semantischen Wirkung von Leder und Ledersubstituten 99 4.3 Varianzanalyse 105 4.3.1 Statistische Ergebnisse der mixed ANOVA 105 4.3.2 Statistische Ergebnisse der ANOVA mit Messwiederholung 108 4.4 Ergebnisse zu den Aussagen zum Lebensstil und zur Einstellung gegenüber Leder und Ledersubstituten 113 4.4.1 Deskriptive Analyse zu den Angaben zum Lebensstil 114 4.4.2 Deskriptive Analyse zu den Angaben zur Einstellung gegenüber Leder und Ledersubstituten 118 4.4.3 Deskriptive Auswertungen zur Überprüfung des Zusammenhangs zwischen der Einstellung gegenüber Leder und Ledersubstituten und der semantischen Beurteilung der Materialproben 119 4.4.4 Situativer Kontext 124 5 Diskussion 127 5.1 Diskussion der Forschungsfragen 127 5.1.1 Ergebnisinterpretation der semantischen Wirkung von Leder mit und ohne Kontextbezug 127 5.1.2 Ergebnisinterpretation der semantischen Wirkung von Leder und Ledersubstituten 132 5.1.3 Erläuterungen zur Akzeptanz: Forschungsfrage 4 150 5.1.4 Ergebnisinterpretation zur Beschreibung der Lebensstile und Einstellung gegenüber Leder und Ledersubstitute: Forschungsfrage 5 und 6 154 5.1.5 Ergebnisinterpretation des situativen Kontexts 157 5.1.6 Zusammenfassung der Diskussion der Forschungsfragen 159 5.2 Methodendiskussion 160 6 Zusammenfassung und Ausblick 163 7 Verzeichnisse 167 7.1 Literaturverzeichnis 167 7.2 Abbildungsverzeichnis 187 7.3 Tabellenverzeichnis 190 7.4 Abkürzungsverzeichnis 192 8 Anhang 193 8.1 Branchenzugehörigkeit „Sonstiges“ 193 8.2 Itemsammlung, Expertenpanels (N=5) 193 8.3 Fragebögen der Studie 199 8.4 Vergleich der semantischen Wirkung der getesteten Leder- und Ledersubstitutsproben 210 8.5 Vergleich der semantischen Wirkung von Leder mit und ohne Kontext. 218 8.6 Ergebnisse zur Bewertung der Aussagen zum Lebensstil und zur Einstellung gegenüber Leder und Ledersubstituten der VP 225