Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik
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The development of protype applications with sensors and actuators in the automation industry requires tools that are independent of manufacturer, and are flexible enough to be modified or extended for any specific requirements. Currently, developing prototypes with industrial sensors and actuators is not straightforward. First of all, the exchange of information depends on the industrial protocol that these devices have. Second, a specific configuration and installation is done based on the hardware that is used, such as automation controllers or industrial gateways. This means that the development for a specific industrial protocol, highly depends on the hardware and the software that vendors provide. In this work we propose a rapid-prototyping framework based on Arduino to solve this problem. For this project we have focused to work with the IO-Link protocol. The framework consists of an Arduino shield that acts as the physical layer, and a software that implements the IO-Link Master protocol. The main advantage of such framework is that an application with industrial devices can be rapid-prototyped with ease as its vendor independent, open-source and can be ported easily to other Arduino compatible boards. In comparison, a typical approach requires proprietary hardware, is not easy to port to another system and is closed-source.
Sensor positioning and thermal model for condition monitoring of pressure gas reservoirs in vehicles
(2018)
Tribological performance of biodegradable lubricants under different surface roughness of tools
(2019)
The fourth industrial revolution introduces disruptive technologies to production environments. One of these technologies are multi-agent systems (MASs), where agents virtualize machines. However, the agent's actual performances in production environments can hardly be estimated as most research has been focusing on isolated projects and specific scenarios. We address this gap by implementing a highly connected and configurable reference model with quantifiable key performance indicators (KPIs) for production scheduling and routing in single-piece workflows. Furthermore, we propose an algorithm to optimize the search of extrema in highly connected distributed systems. The benefits, limits, and drawbacks of MASs and their performances are evaluated extensively by event-based simulations against the introduced model, which acts as a benchmark. Even though the performance of the proposed MAS is, on average, slightly lower than the reference system, the increased flexibility allows it to find new solutions and deliver improved factory-planning outcomes. Our MAS shows an emerging behavior by using flexible production techniques to correct errors and compensate for bottlenecks. This increased flexibility offers substantial improvement potential. The general model in this paper allows the transfer of the results to estimate real systems or other models.
The increasing digitalization brings new opportunities but also puts new challenges to modern industrial systems. Software agents are one of the key technologies towards self-optimizing factories and are currently used to address the needs of cyber-physical production systems (CPPS). However their interplay in industrial settings needs to be understood better.This paper focusses on securing a cloud infrastructure for multi-agent systems for industrial sites. An industrial site contains multiple production processes that need to communicate with each other and each physical resource is abstracted with a software agent. This volatile architecture needs to be managed and protected from manipulation. The proposed infrastructure presents a security concept for TCP/IP communication between agents, machines, and external networks. It is based on open-source software and tested on a three-node edge cloud controlling a model-plant.
Chromatography is the workhorse of biopharmaceutical downstream processing because it can selectively enrich a target product while removing impurities from complex feed streams. This is achieved by exploiting differences in molecular properties, such as size, charge and hydrophobicity (alone or in different combinations). Accordingly, many parameters must be tested during process development in order to maximize product purity and recovery, including resin and ligand types, conductivity, pH, gradient profiles, and the sequence of separation operations. The number of possible experimental conditions quickly becomes unmanageable. Although the range of suitable conditions can be narrowed based on experience, the time and cost of the work remain high even when using high-throughput laboratory automation. In contrast, chromatography modeling using inexpensive, parallelized computer hardware can provide expert knowledge, predicting conditions that achieve high purity and efficient recovery. The prediction of suitable conditions in silico reduces the number of empirical tests required and provides in-depth process understanding, which is recommended by regulatory authorities. In this article, we discuss the benefits and specific challenges of chromatography modeling. We describe the experimental characterization of chromatography devices and settings prior to modeling, such as the determination of column porosity. We also consider the challenges that must be overcome when models are set up and calibrated, including the cross-validation and verification of data-driven and hybrid (combined data-driven and mechanistic) models. This review will therefore support researchers intending to establish a chromatography modeling workflow in their laboratory.
Ziel war die technische Überarbeitung und Optimierung des vorliegenden Prototypen, um eine Basis für ein E-Learning System (Internet unterstütztes Lernen) zu schaffen. Zu diesem Zweck wurde das Programm der Robotersteuerung neu erstellt, notwendige mechanische Änderungen an Roboterequipment und Materialförderung vorgenommen sowie eine neue Internet-Anbindung geschaffen. Wesentliche Ergebnisse der Arbeit sind: • Erzeugen roboterbasierter kreisinterpolierter Bahnschweißnähte • Kommunikation des Lernsystems via Internet • Lernorientierte Steuerungssoftware
We prove characterizations of the existence of perfect ƒ-matchings in uniform mengerian and perfect hypergraphs. Moreover, we investigate the ƒ-factor problem in balanced hypergraphs. For uniform balanced hypergraphs we prove two existence theorems with purely combinatorial arguments, whereas for non-uniform balanced hypergraphs we show that the ƒ-factor problem is NP-hard.
Das Diskussionspapier beschreibt einen Prozess an der FH Aachen zur Entwicklung und Implementierung eines Self-Assessment-Tools für Studiengänge. Dieser Prozess zielte darauf ab, die Relevanz der Themen Digitalisierung, Internationalisierung und Nachhaltigkeit in Studiengängen zu stärken. Durch Workshops und kollaborative Entwicklung mit Studiendekan:innen entstand ein Fragebogen, der zur Reflexion und strategischen Weiterentwicklung der Studiengänge dient.
In Deutschland liegt der Anteil der Windkraft an der Gesamtstromerzeugung bei 13,3% mit mehr als 25.000 installierten Windenergieanlagen (WEA). Weltweit erfährt die Windbranche ein rasantes Wachstum. Indien und China berichten eine jährliche Wachstumsrate an Neuinstallationen von 45%. Die Technologie zur Erzeugung elektrischer Energie aus Windkraft ist noch vergleichsweise jung. Durch die weltweit steigende Anzahl an Windenergieanlagen wächst zunehmend der Bedarf an innovativen Wartungslösungen. Komponenten wie Generator oder Getriebe sind inzwischen weitestgehend ausgereift. Der Fokus richtet sich zunehmend auf die wesentliche Kernkomponente - die Rotorblätter.
Industriekletterer inspizieren die Rotorblätter oder Türme i.d.R.
in einem zwei Jahres Rhythmus. Sie werden zunehmend durch Seilarbeitsbühnen unterstützt. Für größere Reparaturen kommen Kräne zum Einsatz, mit denen das Rotorblatt für die Instandhaltung demontiert wird. Die Standardinspektion besteht aus Sicht- und Klopfprüfung der Rotorblattoberfläche und ist nur bei sehr ruhiger Wetterlage durchführbar. Seit September 2014 wird das Forschungsprojekt SMART (Scanning, Monitoring, Analysis, Repair and Transportation), Entwicklung einer Wartungsplattform für WEA, vom BMWi gefördert. Das Konsortium besteht aus zwei Firmen und der
Fachhochschule Aachen. Die SMART-Anlage klettert reibschlüssig am Turm der WEA mittels speziellen Kettenfahrwerken (Abbildung) auf- und abwärts. Ein ringförmiges Spannsystems, basierend auf dem Konzept der „Nürnberger“-Schere, erzeugt die erforderliche Anpresskraft für den Kletterprozess. Wettergeschützte Arbeitskabinen ermöglichen die ganzjährige Instandhaltung von Rotorblättern und ebenso Türmen. Dadurch können Wartungsarbeiten auf 24 Stunden am Tag ausgeweitet werden. Der kombinierte Einsatz (Sensorfusion) bildgebender Messtechnik wie Thermografie, Ultraschall, und Terahertz in der Arbeitskabine kann die Dokumentation, Effizienz und Qualität der Instandhaltungsarbeiten erheblich verbessern. Langfristiges Ziel von SMART ist ein Condition Monitoring für Rotorblätter und Türme auf Basis digitalisierter dreidimensionaler Volumenscans. Der kooperative Einsatz mit UAVs erweitert die Instandhaltungsstrategie. UAVs ermöglichen die schnelle, kostengünstige globale optische Inspektion von Rotorblattoberflächen zur Detektion potentieller Fehlstellen. Der „Proof-of-Concept“ Meilenstein wurde mit der Demonstration eines funktionsfähigen Modells im Dezember 2015 erfolgreich abgeschlossen.
Der Konstruktionsbereich ist zu einem neuen Schwerpunkt der allgemeinen Rationalisierungsbemühungen geworden. Zunehmend führt man organisatorische Hilfsmittel, technische Hilfsmittel (EDVA) und neue Konstruktionsmethoden in der Konstruktion ein. Der vorliegende Beitrag analysiert zunächst die Ursachen dieser Entwicklung und zeigt im weiteren einige heute bereits eingesetzte Hilfsmittel an Hand von Beispielen auf und diskutiert die Anwendungsmöglichkeiten.
Der Konstruktionsbereich ist zu einem neuen Schwerpunkt der allgemeinen Rationalisierungsbemühungen geworden. Zunehmend führt man organisatorische Hilfsmittel, technische Hilfsmittel (EDVA) und neue Konstruktionsmethoden in der Konstruktion ein. Der vorliegende Beitrag analysiert zunächst die Ursachen dieser Entwicklung und zeigt im weiteren einige heute bereits eingesetzte Hilfsmittel an Hand von Beispielen auf und diskutiert die Anwendungsmöglichkeiten.
In den letzten Jahren hat der Einsatz von graphischen Datenverarbeitungsanlagen auf dem technischen, naturwissenschaftlichen und kommerziellen Sektor immer mehr an allgemeinem Interesse und Bedeutung gewonnen. Diese Entwicklung hat neue Aspekte und Probleme in bezug auf Anwendungsmöglichkeiten, Programmierung, Datenstrukturen sowie der Hard- und Software dieser Anlagen hervorgerufen. Zur Zeit werden von verschiedenen Institutionen die Einsatzmöglichkeiten graphischer Datenverarbeitungsanlagen in den Funktionsbereichen Konstruktion und Arbeitsvorbereitung untersucht. Der folgende Beitrag zeigt eine kurze Übersicht über die verschiedenen programmiertechnischen Probleme sowie eine Auswahl von Programmbeispielen, die am Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre der RWTH Aachen entwickelt wurden. Bei den Bildschirmsystemen wird zwischen zwei Arten unterschieden. Aktive Bildschirmeinheiten besitzen als äußeres Merkmal einen Lichtstift und eine Funktionstastatur zur Programmverzweigung. Passive Bildschirmeinheiten lassen demgegenüber einen Eingriff in das Programm in der oben aufgeführten Form nicht zu. Zwischen diesen extremen Formen gibt es noch eine Reihe Mischformen. Die in Aachen zur Verfügung stehende Anlage arbeitet aktiv und wird im nachfolgenden Kapitel näher beschrieben.
CAD/CAM - Compass Maschinenbau. Ein Leitfaden für die optimale Systemauswahl CAD/CNC/CAM/CAE/PPS
(1993)
Nutzwertanalyse von CAD - Systemen der unteren und mittleren Preisklasse für dem Maschinenbau
(1985)
Die technischen und wirtschaftlichen Anforderungen, die heutzutage an moderne Maschinen, Geräte und Apparate gestellt werden, steigen ständig. Immer häufiger sehen sich die Konstrukteure gezwungen, geforderte Funktionen mit Hilfe zugekaufter Normeinzelteile, Bauelemente und Funktionsgruppen zu erfüllen. Bei dieser Entwicklung vergrößert sich die Zahl der von den Spezialherstellern angebotenen Zukaufteile überproportional, in gleichem Maße geht dem Anwender die Übersicht über das Zukaufteilespektrum verloren. Zunächst wird in diesem Bericht diese Entwicklung anhand einer im allgemeinen Maschinenbau durchgeführten Befragung aufgezeigt. Anschließend soll darauf aufbauend ein Ordnungssystem vorgestellt werden, welches jedem Unternehmen wieder eine Übersicht über das am Markt angebotene Zukaufteilespektrum ermöglicht.
Untersuchungen zum thermodynamischen Verhalten des Sauerstoffs in Kupfer-Wismut-Schmelzen bei 1200°C
(1982)
Feinbleche schweißen : die Temperaturverteilung in dünnen Stahlblechplatten beim Lichtbogenschweißen
(1971)
This paper aims to evaluate the formability of tailor welded blanks of dual phase (DP600)/transformation induced plasticity (TRIP700) steel sheets. In this work, bead on plate butt joints of 2·5 mm DP600 and 1·2 mm TRIP700 steel sheets were performed using CO2 laser beam welding. Microhardness measurements and transverse tensile testing were carried out to characterise the welds. The formability of base metals and welds were investigated by standard Erichsen test. In a perpendicular tensile test to the weld line, all specimens were fractured at the TRIP base metal, and the strengths were somewhat higher than those of base metal. There was a significant reduction in formability caused by welding of the DP600/TRIP700 steel sheets, and the formability increased with increasing welding speed.
Thermohydrodynamic analysis of thrust-bearing with circular pads running on bubbly oil (BTHD-theory)
(1985)
Traditional vulcanization mold manufacturing is complex, costly, and under pressure due to shorter product lifecycles and diverse variations. Additive manufacturing using Fused Filament Fabrication and high-performance polymers like PEEK offer a promising future in this industry. This study assesses the compressive strength of various infill structures (honeycomb, grid, triangle, cubic, and gyroid) when considering two distinct build directions (Z, XY) to enhance PEEK’s economic and resource efficiency in rapid tooling. A comparison with PETG samples shows the behavior of the infill strategies. Additionally, a proof of concept illustrates the application of a PEEK mold in vulcanization. A peak compressive strength of 135.6 MPa was attained in specimens that were 100% solid and subjected to thermal post-treatment. This corresponds to a 20% strength improvement in the Z direction. In terms of time and mechanical properties, the anisotropic grid and isotropic cubic infill have emerged for use in rapid tooling. Furthermore, the study highlights that reducing the layer thickness from 0.15 mm to 0.1 mm can result in a 15% strength increase. The study unveils the successful utilization of a room-temperature FFF-printed PEEK mold in vulcanization injection molding. The parameters and infill strategies identified in this research enable the resource-efficient FFF printing of PEEK without compromising its strength properties. Using PEEK in rapid tooling allows a cost reduction of up to 70% in tool production.
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.
Establishing high-performance polymers in additive manufacturing opens up new industrial applications. Polyetheretherketone (PEEK) was initially used in aerospace but is now widely applied in automotive, electronics, and medical industries. This study focuses on developing applications using PEEK and Fused Filament Fabrication for cost-efficient vulcanization injection mold production. A proof of concept confirms PEEK’s suitability for AM mold making, withstanding vulcanization conditions. Printing PEEK above its glass transition temperature of 145 °C is preferable due to its narrow process window. A new process strategy at room temperature is discussed, with micrographs showing improved inter-layer bonding at 410°C nozzle temperature and 0.1 mm layer thickness. Minimizing the layer thickness from 0.15 mm to 0.1 mm improves tensile strength by 16%.