TY - CHAP A1 - Chavez Bermudez, Victor Francisco A1 - Wollert, Jörg T1 - 10BASE-T1L industry 4.0 smart switch for field devices based on IO-Link T2 - 2022 IEEE 18th International Conference on Factory Communication Systems (WFCS) N2 - The recent amendment to the Ethernet physical layer known as the IEEE 802.3cg specification, allows to connect devices up to a distance of one kilometer and delivers a maximum of 60 watts of power over a twisted pair of wires. This new standard, also known as 10BASE-TIL, promises to overcome the limits of current physical layers used for field devices and bring them a step closer to Ethernet-based applications. The main advantage of 10BASE- TIL is that it can deliver power and data over the same line over a long distance, where traditional solutions (e.g., CAN, IO-Link, HART) fall short and cannot match its 10 Mbps bandwidth. Due to its recentness, IOBASE- TIL is still not integrated into field devices and it has been less than two years since silicon manufacturers released the first Ethernet-PHY chips. In this paper, we present a design proposal on how field devices could be integrated into a IOBASE-TIL smart switch that allows plug-and-play connectivity for sensors and actuators and is compliant with the Industry 4.0 vision. Instead of presenting a new field-level protocol for this work, we have decided to adopt the IO-Link specification which already includes a plug-and-play approach with features such as diagnosis and device configuration. The main objective of this work is to explore how field devices could be integrated into 10BASE-TIL Ethernet, its adaption with a well-known protocol, and its integration with Industry 4.0 technologies. KW - 10BASE-T1L KW - Ethernet KW - Field device KW - Sensors KW - IO-Link Y1 - 2022 SN - 978-1-6654-1086-1 SN - 978-1-6654-1087-8 U6 - http://dx.doi.org/10.1109/WFCS53837.2022.9779176 N1 - 2022 IEEE 18th International Conference on Factory Communication Systems (WFCS), 27-29 April 2022, Pavia, Italy- PB - IEEE ER - TY - CHAP A1 - Ulmer, Jessica A1 - Braun, Sebastian A1 - Cheng, Chi-Tsun A1 - Dowey, Steve A1 - Wollert, Jörg T1 - Usage of digital twins for gamification applications in manufacturing T2 - Procedia CIRP N2 - Gamification applications are on the rise in the manufacturing sector to customize working scenarios, offer user-specific feedback, and provide personalized learning offerings. Commonly, different sensors are integrated into work environments to track workers’ actions. Game elements are selected according to the work task and users’ preferences. However, implementing gamified workplaces remains challenging as different data sources must be established, evaluated, and connected. Developers often require information from several areas of the companies to offer meaningful gamification strategies for their employees. Moreover, work environments and the associated support systems are usually not flexible enough to adapt to personal needs. Digital twins are one primary possibility to create a uniform data approach that can provide semantic information to gamification applications. Frequently, several digital twins have to interact with each other to provide information about the workplace, the manufacturing process, and the knowledge of the employees. This research aims to create an overview of existing digital twin approaches for digital support systems and presents a concept to use digital twins for gamified support and training systems. The concept is based upon the Reference Architecture Industry 4.0 (RAMI 4.0) and includes information about the whole life cycle of the assets. It is applied to an existing gamified training system and evaluated in the Industry 4.0 model factory by an example of a handle mounting. KW - Gamification KW - Digital Twin KW - Support System Y1 - 2022 U6 - http://dx.doi.org/10.1016/j.procir.2022.05.044 SN - 2212-8271 N1 - 55th CIRP Conference on Manufacturing Systems VL - 107 SP - 675 EP - 680 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - CHAP A1 - Dannen, Tammo A1 - Schindele, Benedikt A1 - Prümmer, Marcel A1 - Arntz, Kristian A1 - Bergs, Thomas T1 - Methodology for the self-optimizing determination of additive manufacturing process eligibility and optimization potentials in toolmaking T2 - Procedia CIRP N2 - Additive Manufacturing (AM) of metallic workpieces faces a continuously rising technological relevance and market size. Producing complex or highly strained unique workpieces is a significant field of application, making AM highly relevant for tool components. Its successful economic application requires systematic workpiece based decisions and optimizations. Considering geometric and technological requirements as well as the necessary post-processing makes deciding effortful and requires in-depth knowledge. As design is usually adjusted to established manufacturing, associated technological and strategic potentials are often neglected. To embed AM in a future proof industrial environment, software-based self-learning tools are necessary. Integrated into production planning, they enable companies to unlock the potentials of AM efficiently. This paper presents an appropriate methodology for the analysis of process-specific AM-eligibility and optimization potential, added up by concrete optimization proposals. For an integrated workpiece characterization, proven methods are enlarged by tooling-specific figures. The first stage of the approach specifies the model’s initialization. A learning set of tooling components is described using the developed key figure system. Based on this, a set of applicable rules for workpiece-specific result determination is generated through clustering and expert evaluation. Within the following application stage, strategic orientation is quantified and workpieces of interest are described using the developed key figures. Subsequently, the retrieved information is used for automatically generating specific recommendations relying on the generated ruleset of stage one. Finally, actual experiences regarding the recommendations are gathered within stage three. Statistic learning transfers those to the generated ruleset leading to a continuously deepening knowledge base. This process enables a steady improvement in output quality. KW - Additive manufacturing KW - Laser-Powder Bed Fusion KW - L-PBF KW - Binder Jetting KW - Directed Energy Deposition Y1 - 2022 U6 - http://dx.doi.org/10.1016/j.procir.2022.05.188 SN - 2212-8271 N1 - 55th CIRP Conference on Manufacturing Systems VL - 107 SP - 1539 EP - 1544 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - JOUR A1 - Abbas, Karim A1 - Balc, Nicolae A1 - Bremen, Sebastian A1 - Skupin, Marco T1 - Crystallization and aging behavior of polyetheretherketone PEEK within rapid tooling and rubber molding JF - Journal of Manufacturing and Materials Processing N2 - In times of short product life cycles, additive manufacturing and rapid tooling are important methods to make tool development and manufacturing more efficient. High-performance polymers are the key to mold production for prototypes and small series. However, the high temperatures during vulcanization injection molding cause thermal aging and can impair service life. The extent to which the thermal stress over the entire process chain stresses the material and whether it leads to irreversible material aging is evaluated. To this end, a mold made of PEEK is fabricated using fused filament fabrication and examined for its potential application. The mold is heated to 200 ◦C, filled with rubber, and cured. A differential scanning calorimetry analysis of each process step illustrates the crystallization behavior and first indicates the material resistance. It shows distinct cold crystallization regions at a build chamber temperature of 90 ◦C. At an ambient temperature above Tg, crystallization of 30% is achieved, and cold crystallization no longer occurs. Additional tensile tests show a decrease in tensile strength after ten days of thermal aging. The steady decrease in recrystallization temperature indicates degradation of the additives. However, the tensile tests reveal steady embrittlement of the material due to increasing crosslinking. KW - additive manufacturing KW - fused filament fabrication KW - crystallization KW - polyetheretherketone KW - rapid tooling Y1 - 2022 U6 - http://dx.doi.org/10.3390/jmmp6050093 SN - 2504-4494 N1 - The article belongs to the Special Issue Advances in Injection Molding: Process, Materials and Applications VL - 6 IS - 5 SP - 1 EP - 12 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - CHAP A1 - Weiss, Christian A1 - Heslenfeld, Jonas A1 - Saewe, Jasmin Kathrin A1 - Bremen, Sebastian A1 - Häfner, Constantin Leon T1 - Investigation on the influence of powder humidity in Laser Powder Bed Fusion (LPBF) T2 - Procedia CIRP N2 - In the Laser Powder Bed Fusion (LPBF) process, parts are built out of metal powder material by exposure of a laser beam. During handling operations of the powder material, several influencing factors can affect the properties of the powder material and therefore directly influence the processability during manufacturing. Contamination by moisture due to handling operations is one of the most critical aspects of powder quality. In order to investigate the influences of powder humidity on LPBF processing, four materials (AlSi10Mg, Ti6Al4V, 316L and IN718) are chosen for this study. The powder material is artificially humidified, subsequently characterized, manufactured into cubic samples in a miniaturized process chamber and analyzed for their relative density. The results indicate that the processability and reproducibility of parts made of AlSi10Mg and Ti6Al4V are susceptible to humidity, while IN718 and 316L are barely influenced. KW - LPBF KW - Additive Manufacturing KW - Powder Material KW - Humidity Y1 - 2022 U6 - http://dx.doi.org/10.1016/j.procir.2022.08.102 SN - 2212-8271 N1 - Teil der Sonderausgabe: 12th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2022] VL - 111 SP - 115 EP - 120 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - THES A1 - Nordmann, Alexander T1 - Prozessüberwachung beim Werkzeugschleifen von WC-Co Hartmetallschaftfräsern Y1 - 2022 PB - FH Aachen CY - Aachen ER - TY - THES A1 - Vu, Tuan Dat T1 - Objekterkennung und Schienenerkennung in der Schienenfahrzeugtechnik Y1 - 2022 PB - FH Aachen CY - Aachen ER - TY - THES A1 - Keller, Simon Mark T1 - Risikoanalyse einer bordautonomen Schienenfahrzeugortung mittels GNSS N2 - Bei Schienenfahrzeugen, die mit dem Zugsicherungssystem ETCS betrieben sind, wird die Odometrie durch eine diskrete Ortung mittels physischen Balisen zurückgesetzt. Diese Arbeit befasst sich mit der Innovation von virtuellen Balisen. Virtuelle Balisen, können eingesetzt werden, um physische, im Gleisbett montierte Balisen zu ersetzen. Durch den Einsatz von virtuellen Balisen soll der Infrastrukturausbau von ETCS vorangetrieben werden, indem sie als virtuelle Komponente auf Schienenfahrzeugen eingesetzt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Fragestellung beantwortet, ob eine bordautonome Zugortung mittels virtuellen Balisen in einem ausgewählten Szenario mit einem akzeptablen Risiko verbunden ist? Das Szenario besteht aus einem Schienenfahrzeug, welches mit dem Zugsicherungssystem ETCS Level 2 auf einer eingleisigen Nebenstrecke betreiben wird. Hierzu werden zunächst die Grundlagen von ETCS und der satellitenbasierten Ortung erläutert. Des Weiteren werden die Grundlagen des CSM Prozesses und der expliziten Risikoabschätzung eingeführt. Aufbauend auf diesen Grundlagen wird der CSM Prozess angewandt und dabei eine Systemdefinition mit den Schnittstellen des Systems zur Umwelt erstellt. Mit der Hazop-Methode werden die Gefährdungen der Schnittstellen erfasst und beurteilt. Die sicherheitsrelevanten Gefährdungen werden in einer FMEA bewertet. In der folgenden Diskussion werden sicherheitsrelevante Gefährdungen nochmals betrachtet. Das Ergebnis der Arbeit ist, dass im ausgewählten Szenario, unter der Verwendung der CSM-Prozesse und der industriell anerkannten Methoden Hazop und FMEA, die Integration der Board-autonomen-Ortung mit einem akzeptablen Risiko verbunden ist. Y1 - 2022 PB - FH Aachen CY - Aachen ER - TY - JOUR A1 - Pfaff, Raphael A1 - Enning, Manfred A1 - Sutter, Stefan T1 - A risk‑based approach to automatic brake tests for rail freight service: incident analysis and realisation concept JF - SN Applied Sciences N2 - This study reviews the practice of brake tests in freight railways, which is time consuming and not suitable to detect certain failure types. Public incident reports are analysed to derive a reasonable brake test hardware and communication architecture, which aims to provide automatic brake tests at lower cost than current solutions. The proposed solutions relies exclusively on brake pipe and brake cylinder pressure sensors, a brake release position switch as well as radio communication via standard protocols. The approach is embedded in the Wagon 4.0 concept, which is a holistic approach to a smart freight wagon. The reduction of manual processes yields a strong incentive due to high savings in manual labour and increased productivity. KW - Freight rail KW - Brake test KW - Incident analysis KW - Train composition KW - Brake set-up Y1 - 2022 U6 - http://dx.doi.org/10.1007/s42452-022-05007-x SN - 2523-3971 N1 - Corresponding author: Raphael Pfaff VL - 4 IS - 4 SP - 1 EP - 14 PB - Springer CY - Cham ER - TY - THES A1 - Schnitzler, Nora T1 - Identifikation und Bewertung geeigneter Mikrostrukturierungen zum Schutz von Biohybridbeschichtungen von Zahnimplantaten vor Abrasion beim Zähneputzen N2 - Die Oberflächen dentaler Implantate sind definiert durch eine raue Oberfläche, um die Integration in den menschlichen Knochen zu optimieren. Entzündungen des umgebenden Zahnfleisches zählen dabei zu den häufigsten Komplikationen nach einer Implantation. Diese Entzündungen entstehen hauptsächlich durch bakterielle Infektionen des Weichgewebes an der Implantations-Stelle. Die raue Oberfläche trägt jedoch zu einer solchen Infektion bei. Da der Implantat-Kopf zum Teil aus dem Knochen herausragt, erfolgt beispielsweise beim Zähneputzen eine Freilegung der Implantat-Oberfläche. Die durch die Rauheit vergrößerte Oberfläche bietet dabei ideale Voraussetzungen für eine Bakterienansiedlung. In der aktuellen Forschung steht die Entwicklung einer Oberfläche im Vordergrund, die eine antibakterielle Funktionalisierung erzeugt. Diese verhindert die Bakterienansiedlung und wirkt einer Entzündung entgegen. Um die Beschichtung vor Verschleiß zu schützen und ihre Lebensdauer der antibakteriellen Wirkung zu erhöhen, ist es möglich die Oberfläche mit einer Mikrostruktur zu versehen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Identifikation geeigneter Mikrostrukturierungen, die der antibakteriellen Beschichtung einen optimalen Schutz vor Verschleiß bieten. Am Beispiel von Titan-Zahnimplantaten wird der Schutz der aufgetragenen Biohybridbeschichtung gegen abrasiven Verschleiß untersucht. Im Vorfeld wird eine Analyse der fertigungstechnischen Möglichkeiten mit Blick auf dentale Implantate und Mikrostrukturen durchgeführt, um das ein passendes Verfahren zu identifizieren. Die Analogiebauteile als Probenkörper werden, mithilfe des zuvor ausgewählten Verfahrens, mit verschiedenen Mikrostrukturen versehen. Im Rahmen einer Versuchsdurchführung, die die mechanische Belastung bei einem Zahnputzdurchgang imitiert, werden die verschiedenen Mikrostrukturen auf ihre Eignung für diese Anwendung überprüft. Ein Vorversuch dient zur Identifizierung eines geeigneten Ankerpeptids, welches den bindenden Bestandteil der Biohybridbeschichtung darstellt. Aus drei zuvor ausgewählten Ankerpeptiden wird das mit der besten Adhäsionsfähigkeit herausgestellt. Im finalen Versuchsdurchlauf wird das Ankerpeptid auf die Oberflächen, die mit den Mikrostrukturen versehen sind, aufgetragen. Dabei ist das Ziel eine Mikrostruktur herauszustellen, die den höchstmöglichen Schutz bietet. Durch eine Fluoreszenzprüfung mithilfe eines Flourescence Plate Readers wird jede Kombination nach den Belastungsversuchen auf den Restanteil der Beschichtung überprüft. Das Ergebnis stellt eine Mikrostruktur dar, die den bestmöglichen Schutz bietet. Dies ist erkennbar durch den höchsten Anteil an Restbeschichtung. Eine Strukturierung mit sogenannten Micro-Grooves in Kombination mit dem MacHis-Ankerpeptid erzielte in der Analyse der Belastungssimulationen die besten Ergebnisse bezüglich des Schutzes der Beschichtung. Durch die Versuche bestätigte sich eine weitere Annahme. Die Strukturierung der Oberfläche erzielt einen deutlich höheren Schutz im Vergleich zu einer unstrukturierten Oberfläche. Zudem hat sich herausgestellt, dass eine Beschichtung mit dem sogenannten PEO-Verfahren eine deutlich größere Adhäsion der Biohybridbeschichtung erzielt. Dies wird jedoch Thema weiterführender Forschungen sein und kein Bestandteil der vorliegenden Arbeit. Y1 - 2022 PB - FH Aachen CY - Aachen ER -