Verlagspublikationen

Das gepulste Laserstrahlschweißen ermöglicht die Vermeidung der Heißrissbildung beim Schweißen von 6xxx Aluminilegierungen ohne den Einsatz eines Schweißzusatzwerkstoffes. Im Rahmen der Arbeit wurden die Mechanismen und physikalischen Ursachen der Heißrissbildung beim gepulsten Laserstrahlschweißen untersucht und zusammenhängend beschrieben. Dafür wurde ein transientes thermomechanisches Simulationsmodell zur Abbildung des gepulsten Laserstrahlschweißprozesses mit zeitlich veränderlichem Pulsleistungsverlauf aufgebaut und experimentell validiert. Die zeit- und ortsaufgelöste Berechnung des gesamten Spannungs , Dehnungs- und Temperaturfeldes ermöglichte die Quantifizierung der wesentlichen Erstarrungsparameter an der Phasenfront zu jedem Zeitpunkt während Schmelzbadkristallisation. Die experimentellen Untersuchungen erfolgten repräsentativ an der industriell etablierten, aber heißrissanfälligen Legierung EN AW 6082-T6. Die grundlegenden experimentellen Untersuchungen wurden zunächst an modellhaften Einzelpunktschweißungen ausgeführt. Innerhalb der experimentellen Untersuchungen wurden drei Regime identifiziert, die sich in Abhängigkeit der Erstarrungsgeschwindigkeit des Schmelzbades ergeben und in denen unterschiedliche Mechanismen die Entstehung von Heißrissen dominieren. Wohingegen die Rissbildung bei hohen Erstarrungsgeschwindigkeiten auf die Dehnrate, die geringe Permeabilität des interdendritischen Netzwerks und die große Nachspeisedistanz zurückgeführt werden konnte, wurde bei langsamen Erstarrungsgeschwindigkeiten die Seigerung niedrigschmelzender Phasen an der Erstarrungsfront als Rissursache identifiziert. Punktüberlappende Nahtschweißungen sind durch das Umschmelzen rissbehafteter Bereiche des vorherigen Schweißpunktes weniger sensibel für die Bildung von Heißrissen als Punktschweißen. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse wurden aus den prozesstechnischen und physikalischen Ursachen für die Prozessgrenzen Strategien zur Erweiterung abgeleitet, entwickelt und umgesetzt. Hierfür wurde das gepulste Laserstrahlschweißen mit räumlich überlagerter cw-Diodenlaserstrahlung im niedrigen Leistungsbereich untersucht. Mit dem entwickelten Prozessansatz können heißrissfreie Schweißnähte auch mit konventionellen Rechteckpulsen erzeugt werden. Darüber hinaus wird einerseits die Einschweißtiefe signifikant gesteigert. Anderseits wird durch die geringe Leistungszugabe des Diodenlasers die Schweißgeschwindigkeit um den Faktor 4 gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik erhöht.

Für die Gestaltung eines User Interfaces für ein Augmented Reality-System im industriellen Kontext gibt es gegenwärtig keine Vorgaben oder Richtlinien. Dabei gelten in diesem Bereich besondere Anforderungen für das Wahrnehmen und Erkennen von Inhalten, die durch die Rahmenbedingungen der industriellen Umgebung, die Mensch-Technik-Interaktion und die Arbeitsaufgabe gegeben sind. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit dieser Forschungslücke. Auf Basis der Anforderungsanalyse wurde mit Hilfe des modifizierten Usability Engineering Lifecycle nach Mayhew ein Designkonzept entwickelt. Dieses konzentriert sich auf die Wahrnehmung von Informationen in Augmented Reality-Systemen. Eine Evaluation mit ExpertInnen untersuchte die Sättigung von Grau- und Farbwerten, in Bezug auf die Wahrnehmung und Erkennbarkeit bei minimal und maximal zulässiger Leuchtdichte des industriellen Umfeldes. Als Ergebnis wurde deutlich, dass sich Grauwerte für dauerhafte Textdarstellungen eignen und Farben bei Hervorhebungen oder Grafiken von Vorteil sind. Ein weiteres Hauptaugenmerk der Dissertation befasste sich mit dem Layout und Interaktionsmöglichkeiten des User-Interfaces des Augmented Reality-Systems. Basisinteraktionen und de-facto Standards wurden spezifisch bezüglich der generischen Aufgaben untersucht. Daraus entstand ein Prototyp, der in einer ausführlichen Untersuchung getestet wurde. Die vier generischen Aufgaben "Auswählen aus dem Hauptmenü", "Navigieren in Dokumenten", "Vertiefen von Objektinformation" und "Auswählen aus der Funktionsleiste" wurden auf ihre Nützlichkeit und Nutzerfreundlichkeit hin evaluiert. Es wurde deutlich, dass bei der Gestaltung der Layout-Elemente demDer NutzerIn die Möglichkeit gegeben werden sollte, die Darstellung nach eigenen Erfahrungen anzupassen und bestehende Lösungen zu übernehmen. Im Ergebnis entstand ein Patternkatalog mit elf Layout- und 18 Interaktionsvarianten. Dieser kann bei der Entwicklung eines industriellen Augmented Reality-Systems in Hinblick auf eine nutzerorientierte Darstellung des Interfaces unterstützend wirken.

Die vorliegende Arbeit widmet sich der Analyse von Wechselwirkungen bei der Bündelung von Leitungen der Hoch- und Höchstspannungsnetze unterschiedlicher Frequenz und Nennspannung und Untersuchungen zu den möglichen Gefahren für Betrieb. Es wird ein Beeinflussungsmodell für die Berücksichtigung von Wechselwirkungen aufgrund von kapazitiver und induktiver Kopplung zwischen zusammengeführten Leitungen vorgeschlagen. Das Modell hängt von mehreren Parametern ab, die den Betrieb von Netzen störend beeinflussen können. Bei der Durchführung von Instandsetzungsarbeiten der gebündelten Leitungen muss die gefährliche Berührungsspannung berücksichtigt werden, da die unzulässigen Grenzwerte erreicht werden können. Angesichts dessen wird in der Arbeit das Verfahren zur mathematischen Modellierung der zu erwartenden Berührungsspannungen mit Berücksichtigung des Körperwiderstandes der Person entwickelt. Die Implementierung des Beeinflussungsmodells und des entwickelten Verfahrens zur Berechnung von Berührungsspannungen erfolgt mit dem Ziel, dass die gewonnenen Ergebnisse in einem Feldtest validiert werden können. Der Vergleich der Mess- und Berechnungsergebnissen zeigt, dass die entwickelten mathematischen Netzmodelle mit gebündelten Leitungen funktionsfähig sind und eine Näherung zum reales Netz darstellen. Aufgrund dieser Schlussfolgerung kann das Beeinflussungsmodell und entwickelte Verfahren zur Ermittlung der Berührungsspannungen in den existierenden sowie in den neu geplanten Netzen mit gebündelten Leitungen angewendet werden. Außerdem sind die verallgemeinerten Aussagen bezüglich der Wechselwirkungen der auf einem gemeinsamen Gestänge zusammengeführten Leitungen unterschiedlicher Frequenz und Nennspannung getroffen.

Die vorliegende Arbeit beinhaltet Realisierungsmöglichkeiten des konstruktiven Aufbaus von Fünfachs-Nanopositionier-und Nanomessmaschinen für die Messung und Fabrikation makroskopischer Objekte mit Nanometerpräzision. Mit zusätzlichen rotatorischen Freiheiten wird die Limitierung etablierter, überwiegend kartesisch operierender Nanopositionier-und Nanomessmaschinen (NPMM) hinsichtlich der Adressierbarkeit stark gekrümmter Objektgeometrien überwunden. Es werden modular variierte Maschinenkonzepte im Hinblick auf die Realisierung mehrachsiger Bewegungen und unter der Voraussetzung der Erweiterbarkeit kartesischer NPMMs systematisch entwickelt und auf der Grundlage eines Klassifizierungssystems evaluiert. Ein hohes Potential zeigen Varianten mit drei unabhängigen linearen Bewegungen des Objektes in Kombination mit zwei unabhängigen Rotationen des Tools um einen gemeinsamen Momentanpol, der dauerhaft mit dem Arbeitspunkt des Tools (TCP) und dem Abbepunkt der kartesischen NPMM übereinstimmt. Insbesondere die Rotation des Tools um die Hochachse der NPMM mittels Drehtisch in Kombination mit einer Rotation in der horizontalen xy-Ebene unter Verwendung eines Goniometers zeigen einen hohen Erfüllungsgrad. Im Rahmen experimenteller Untersuchungen wird ein derartiger Aufbau innerhalb einer NPMM erprobt, der die Rotationen eines Tools mit einer Masse < 2 kg gewährleistet. Eine asymmetrische Anordnung des Goniometers entlang dessen Hauptdrehachse erlaubt den Einsatz von Tools, deren Gestalt das Arbeitsvolumen des Goniometers überschreitet. Es sind Rotationsbereiche des Tools von 360&ring; um die Hochachse der NPMM und Neigungen zur Hochachse von 90&ring; möglich. Die Integration ultrapräziser Rotationseinheiten in die NPMM erfolgt unter Zuhilfenahme finite Elemente gestützter Modellbildung und daraus abgeleiteter Strukturoptimierung der Koppelstellen. Unter Anwendung von Laserinterferometern in Kombination mit einem geeigneten Retroreflektor im TCP werden Einflüsse der zusätzlichen rotatorischen Positioniersysteme, wie Verformungen und Positionierwiederholbarkeiten, in der NPMM in situ gemessen. Wie beispielhaft mit der Anwendung eines entwickelten Nanoimprinttools gezeigt, erlauben die erreichten Positioniereigenschaften eine Adressierung und Bearbeitung dreidimensionaler Körper mit stark gekrümmter Oberfläche. Ein entwickelter neuartiger Aufbau der Gesamtstruktur, bei dem für die kombinierte Messung der Positionierabweichungen Fabry-Pérot-Interferometer zur Anwendung kommen, gewährleistet den Einbezug der Rotationen in den geschlossenen Regelkreis, wodurch die Mess-und Bearbeitungsgenauigkeit erhöht und die Prozesszeit verkürzt werden. Die Interferometer erfassen die Positionierabweichungen gegenüber einem halbkugelförmigen Konkavspiegel, der mit dem metrologischen Rahmen der NPMM direkt verbunden ist. Abschließend werden Konstruktionsrichtlinien für die Entwicklung von Fünfachs-Nanopositionier-und Nanomessmaschinen zusammengefasst.

Das Internet ermöglicht es Ideensuchenden, eine mehr oder weniger spezifische Aufgabe in Form eines offenen Online-Aufrufs an eine (un-)bestimmte Anzahl potenzieller Problemlösender zu richten. Die besten Ideen werden ausgewählt und in der Regelbelohnt. Mitunter ist es die Crowd selbst, welche Ideen auswählt und über ihre Chancen der Realisierbarkeit entscheidet. Es ist nicht klar, wie sich solche und weitere soziale Gegebenheiten auf die Ideengenerierung auswirken. Die vorliegende Arbeit wirft die Frage auf, wie sich sozialer Kontext in Online-Communities formiert und die Kreativität des Einzelnen in Online-Gemeinschaften für Ideenfindung beeinflussen kann. Um die Rolle des sozialen Kontextes in Online-Plattformen für Ideenfindung zu analysieren, wurde ein explorativer Ansatz gewählt. Eine qualitative Interviewstudie wurde mit 27 Nutzer*innen von insgesamt zehn verschiedenen Online-Plattformen für Ideenfindung durchgeführt. Das Sample umfasst Plattformen im Spektrum von alltagskreativen Aufgaben über Produktkonzeption und Design bis hin zu wissensintensiver Problemlösung. Der Leitfaden beinhaltete neben Fragen zur Wahrnehmung der Online-Gemeinschaft und zur Positionierung innerhalb dieser, auch Fragen zu sozialem Vergleich sowie Bewertungserwartung. Während die strukturierende Inhaltsanalyse Merkmale des sozialen Kontextes offenbarte, gab eine zusätzliche Kausalanalyse jedes Einzelfalls Einblick in mögliche kausale Zusammenhänge zwischen sozialem Kontext und kreativem Verhalten. Die Ergebnisse lassen sich zusammenfassen in der allgemein formulierten theoretischen Überlegung, dass personenspezifische Merkmale wie Motivation, Selbstverständnis und Vorerfahrung sowie technische und konzeptionelle Merkmale der Online-Plattform bestimmen, wie der soziale Kontext wahrgenommen und für das eigene Handeln ausgelegt wird. Dies äußert sich, wenn nicht in direkter Interaktion (kollaboratives Verhalten bzw. Teamarbeit), in erster Linie über Bewertungserwartung und Vergleich mit anderen Plattformnutzer*innen. Die Ergebnisse dieser Bewertungs- und Vergleichsvorgänge wirken auf das kreative Handeln der kreativen Person ein. Sie können Einfluss in spezifischen Phasen des kreativen Prozesses (z. B. in der Problemidentifikation oder Ausarbeitung) oder auch phasenübergreifend in Form von Orientierung oder Differenzierung nehmen.