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In Vorbereitung der Entwicklung eines neuen laparoskopischen Einmalinstrumentes, soll ein Produkt-Prototyp entwickelt werden. Der Prototyp soll als Bipolares Seal & Divide Instrument, zum Koagulieren und Präparieren von Geweben ausgeführt werden. Um die Entwicklungskosten und die Iterationszeiten möglichst kurz zu halten, kommt für die Werkzeug- und Bauteilentwicklung die additive Fertigung zum Einsatz. Zur vollständigen Fertigung des Prototypen kommen die Fertigungsverfahren Tiefziehen, Ätzen, Laserschweißen, Widerstands-Punktschweißen, Keramik-Beschichten und Kunststoff-Spritzguss zum Einsatz. Die additive Fertigung kommt bei der Werkzeug-Entwicklung der Umformprozesse, des Widerstands-Schweißprozesses und der Bauteilgeometrie Entwicklung für die Kunststoff-Spritzgussprozesse zum Einsatz. Erfolgsentscheidend ist dabei die Qualität der mittels Umformung hergestellten Maulteil-Klauen und -Elektroden aus Blech. Das Ziel ist es, die Fertigungsprozesse bereits während Prototypenentwicklung möglichst seriennah auszulegen, um bei der Qualifizierung der Prozesse und Werkzeuge für die spätere Serienproduktion Zeit zu sparen.

Die Integration von mechatronischen Automatisierungssystemen in eine Fertigungslinie ist ein zeit- und arbeitsintensiver sowie interdisziplinärer Entwicklungsprozess. Aktuell verläuft die Konzepterarbeitung von Mechanik, Elektrotechnik und Informatik getrennt voneinander. Die einzelnen Disziplinen nehmen im Laufe des Projekts gegenseitigen Einfluss auf die Entwicklung des Gesamtkonzepts, nicht immer zu dessen Vorteil. Um dieses Zusammenspiel effizienter zu gestalten, bedarf es einer allgemein gültigen Methodik für die Entwicklung mechatronischer Systeme. Diese existiert bisher nur in geringem Umfang, weshalb ein Automatisierungskonzept sehr spezifisch an das zu fertigende Produkt angepasst werden muss und nicht ohne weiteres auf andere Systeme übertragbar ist. Die vorliegende Masterarbeit untersucht, ob eine allgemeine, fachübergreifende Prozessbeschreibung bei der Entwicklung und Integration von Automatisierungssystemen möglich ist, wie diese modelltechnisch funktionieren könnte und welche Vorteile damit einhergehen. Am Beispiel der Entwicklung eines Werkstückfördersystems für die automatisierte Geräteendprüfung von Kühlgeräten wird analysiert, in welchen Bereichen der Anlage eine Wechselwirkung zwischen Mechanik, Elektrotechnik und Informationstechnik existiert. Das finale Automatisierungskonzept wird in einzelne Teilbereiche gegliedert, welche über die Definition von Schnittstellen in ein logisches Verhältnis zueinander gesetzt werden. Durch die Ableitung der Analyseergebnisse in ein allgemein anwendbares Modell wird ein Ansatz generiert, der eine methodische Entwicklung von Automatisierungsprojekten in der Haushaltsgroßgeräteproduktion frühzeitig unterstützt und den Bedarf an fachübergreifender Entwicklungsarbeit schon zu Projektbeginn lokalisieren kann. Die Notwendigkeit zusätzlicher Systeme, die zur Umsetzung der Automatisierungsmaßnahmen notwendig sind, sowie die Auswahl der verwendeten Art der Fördertechnik für die Integration in eine Fertigungslinie kann anhand des Modells ebenfalls abgeschätzt werden. Mit der Anwendung dieses Modellansatzes besteht die Möglichkeit, interdisziplinäre Arbeitsgruppen gezielt auf die schnellere Entwicklung eines gemeinsamen Konzepts anzusetzen anstatt die einzelnen Teilbereiche unter zusätzlichem Aufwand durch nachträgliche Anpassung von Mechanik, Elektrotechnik und Informatik zu einem System zusammenfassen.

CALPHAD ist die Abkürzung von "Calculation of Phase Diagrams". Es wird weiterhin im Untertitel des CALPHAD-Journals als "The Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry" definiert. Nämlich ist es die englische Bezeichnung für die computergeschützte Simulation von Phasendiagrammen und Thermochemie (SaM98). CALPHAD ist eine beliebte Methode, um ein Phasendiagramm zu erhalten. Heutzutage wird die CALPHAD-Methode in vielen Bereichen angewendet, wie Stahlindustrie, Nichteisenmetall, Salzschmelze, Keramischer Werkstoff, Polymermaterialien, Chemieindustrie und so weiter. Als ein wichtiger Parameter in CALPHAD ist Gibbs-Energie sowie Funktionen nach Gibbs-Energie. Mittels erweiternder Forschungen können mehrere thermochemische Eigenschaften oder Daten nach CALPHAD berechnet und eingeschätzt werden, wie Diffusion, Phase-field sowie Mikrostruktur oder andere. In der schon erwähnten Arbeit wurde die Entwicklung von CALPHAD vorgestellt. Diese Methode weist vorteilhaft weniger Zeitaufwand und einfacher Bedienbarkeit auf. Trotzdem hat die auch seine Einschränkung. Die heutzutage meist verwendete Datenbank für CALPHAD ist die aus SGTE (Scientific Group Thermodata Europe). Die jeweiligen vorgegebenen Daten von reinen Elementen in dieser Datenbank werden bei Standardatmosphäre und normaler Raumtemperatur (1atm; 298,15K) definiert. Um die extremen Bedingungen wie beim Ultrahochdruck oder sehr niedriger Temperatur zu untersuchen, wurden weitere nachfolgende Forschungen gefördert. Die heutige Datenbank von CALPHAD wird allmählich für solche Bedingungen ergänzt. Mit der Erscheinung von Nanomaterial ist die Auswirkung von der Materialgröße unvermeidbar. Es gibt schon einige Forschungen für Einschätzung der thermodynamischen Stabilität und der Eigenschaft von Nanomaterial. Trotzdem sind die anfänglichen Forschungen noch unzureichend, um die Datenbank zu erneuern. Auf der anderen Seite werden Eisenlegierungen in Bereichen von Elektronik, Maschinenbau sowie Chemieanlagenbau angewendet. Legierungselemente spielen eine wichtige Rolle in der Veränderung der Eigenschaften von einer Legierung. Normalerweise wirken die möglichen Legierungselemente in Eisenlegierung als Zusatz ein. Die möglichen Phasendiagramme des binären oder ternären Systems von Eisen mit entsprechendem Legierungselement Eisen werden durch gelieferte Daten aus Experiment oder thermodynamischer Modellierung nach CALPHAD werden dargestellt und beschrieben. Ein Phasendiagramm ist ein Maßstab zur Bestimmung des Zustands von einem Material in einer gewissen Bedingung. Die Begriffe von Phase und Phasendiagramm wurden erklärt. Löslichkeit spielt eine wichtige Rolle in Bildung des Mischkristalls. Beim Erstarren mit unterschiedlicher Situation von Löslichkeit zwischen zwei Elemente werden verschiedene Arten von Phasendiagrammen erhalten. Einige davon wurden dargestellt und beschrieben. Die Bestimmung der Gibbs-Energie bei einem gewissen Punkt wurde dann vorgestellt. Normalerweise ist die Lösungsphase eine relativ wichtigere Phase während der Modellierung von Gibbs-Energie nach CALPHAD. Einige Modelle von Gibbs-Energie für die Lösungsphase wurden angezeigt und beschrieben. Zusätzlich wurde die Triebkraft kurz erklärt. Aus den Recherchen kann man herausfinden, dass relativ geringe Arbeiten durch die Simulation über Phasendiagramm des Fe-Ni-C Systems diskutieren. Deshalb ist diese zusätzliche Forschung der Phasendiagramme von Fe-Ni-C System durch die computergestützte Simulation notwendig. Das Phasendiagramm von Fe-Ni-C System wurde mittels Thermo-Calc hergestellt. Im Vergleich zur gefundenen Literatur für Fe-Ni-C System wurden einige unterschiedlichen Punkte beobachtet. Für die Untersuchung von Triebkraft wurde X6Cr17 ausgewählt. Die Triebkraft von M23C6 in Matrix BCC_A2 bei 650 ˚C wurde auch mittels Thermo-Calc nach CALPHAD berechnet und die relevanten Diagramme mit verschiedenen Parametern dargestellt. Zusätzlich wurde das Phasendiagramm von Fe-Cr-C System erstellt und mit der gefundenen Literatur verglichen. In der Zukunft dürfen mehrere Experimente für Phasendiagramm von Fe-Ni-C System und weitere Simulationen davon mit kompletter Version von Thermo-Calc geführt werden. Durch mehrere Vergleichsversuche kann das Ergebnis weiterhin überprüft werden.

Neben der Elektromobilität werden der Brennstoffzellentechnologie, aufgrund der höheren Reichweite und kürzeren Betankungsdauer, großes Potenzial zugesprochen. Um diese Reichweiten realisieren zu können, wird der als Treibstoff benötigte Wasserstoff in Druckspeichern mit einem Betriebsdruck von 70 MPa gespeichert. Zwar unterliegen die Druckspeicher hohen Sicherheitsrichtlinien, jedoch können kritische Beschädigungen, aufgrund des enormen Innendrucks, verheerende Folgen haben. Einen neuen Grad an Sicherheit könnte ein Health Monitoring System schaffen, welches den Druckspeicher hinsichtlich Schädigungen durch äußere Impacts überwacht. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst Methoden des Health Monitorings sowie bestehende Anwendungen erläutert. Auf dieser Grundlage werden innovative Konzepte entwickelt und nach unterschiedlichen Kriterien bewertet. Die Konzepte mit dem höchsten Potenzial werden Versuchen im Rahmen einer Erprobung unterzogen und anschließend auf Basis der Versuchsergebnisse analysiert. Dabei erweist sich die Nutzung piezoelektrischer Körperschallsensoren, welche bauraumfreundlich an den metallischen Boss des Druckspeichers montiert werden, als das vielversprechendste Konzept. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass selbst geringste Impacts registriert werden können. Beim Einsatz von Sensoren an beiden Bossen erscheinen sogar Aussagen zur Position und Stärke des Impacts möglich. Für die Überprüfung dieser Hypothese bedarf es allerdings weiterer Versuche.