Verleger: Universität Stuttgart Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design

  • Verlagsname Universität Stuttgart
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  • ISBNPrefix 978-3-922823,978-3-946924
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Haptische Informationsübertragung von Drehmomentverläufen im Kontext einer Haupt- und Nebenaufgabe

Haptische Informationsübertragung von Drehmomentverläufen im Kontext einer Haupt- und Nebenaufgabe von Winterholler, Johann
The steady rise in the amount of controllable functions and control elements of technical appliances, in particular within the automotive sector and the thereto-relating increase of visual indications lead to an overload of the human visual perception channel as well as a negative influence on the operating safety. Consequently, central control elements, which combine various functions, come into action more and more frequently. The information display is thereby separated from the information selection. The displays are positioned in the optimum, mostly peripheral field of view of the driver, whereby, in theory, allowing the driver to quickly avert their gaze. Nonetheless, a visual and cognitive distraction occurs during the operation [RASSL 2004, S.65-66], [ZEILINGER 2005, S. 7]. To remedy this problem new control system are necessary. The distraction of the driver can be reduced by equipping already existing central control elements, usually a rotary control element with an active haptic signal. Through a situative and contextdependent adaption of the controlling torques certain information contents of a display can be transmitted not only visually but also with a haptic encoding without the need for turn of the head. It is the key objective of this dissertation to derive design proposals for controlling torques of rotary control elements, which can be used to transmit information haptically in the context of a primary and secondary task. Furthermore, this paper examines how certain information content can be constituted haptically and which haptic characteristic is preferred by users to code certain information content. For this purpose basic concepts will be introduced initially (chapter 2), which directly correlate with the present research topic. In addition to the human-machine interface and the related displays and control elements, the human being and its capabilities to perceive and process information will be observed. Therefore, the information transmission process and the perception process, but also the system boundary of this work, will be regarded and defined. Chapter 3 deals with the state of the art and research. Rotary control elements with haptic signal are introduced and the status in the automotive sector covered. When presenting the state of research, studies are introduced, which deal with the interpretation of controlling torques of rotary control elements. Emphasis is hereby placed on HAMPEL [2011] since this research paper is based on his work. His design recommendations however rest upon a pure adjusting purpose. Whether his values are also valid in the context of a primary and secondary task, or if other values need to be considered, is part of this research paper and forms the demarcation to his work. Chapter 4 concretizes and derives examination parameters relevant to this work. First visual displays and their information content are analyzed and the contents gradually selected, which are examined within this work. Subsequently haptic characteristics of a rotary control element are derived and evaluated considering the chosen information content and chosen for the examination. Two test series will be conducted (chapter 5) in which 30 test subjects participated respectively. The ratio between male and female test persons consists of 60:40 in each test series. The test subjects mainly come from the university environment (students and academic employees) and have an average age of 25 years. Aside from typical data about the test persons (gender, age, occupation, etc.) their motoric capability is measured. For this purpose a test method of the Vienna Test System is applied. A standardized driving simulation (Lange Change Test) is used as primary task, which was developed especially for the examination of in-vehicle human-machine interfaces in context of primary and secondary task. The secondary task consists of linear actuation on the torque test bench, with which the to-be examined parameters of the relating test series can be generated and examined. Figure 1 shows the schematic experimental setup of the two test series. The first test series examines 16 different parameter combinations. Further parameter combinations are derived based on the recommended parameter combination from HAMPEL [2011] (amplitude 0,09 Nm and rotary angle 24°) and examined with regard to objective and subjective measuring criteria. Task fulfillment, positioning time, as well as deviation in the Lane Change Test, belong to the objective criteria. The subjective criteria include the author’s appraisal of the test subjects regarding the task fulfillment, the precision, as well as the applied actuating power. The results are evaluated in a descriptive (bar- and box-plot display) and inferential statistic (primarily via the Friedman- Test) manner as well as compared to each other. It is shown that an amplitude of 0,09 Nm and a rotary angle of 30° are to be used. Based on these results the second test series examines how the in chapter 4 derived information content can be transmitted haptically encoded. For this, the characteristics of the derived haptic features (amplitude changes, rotary changes, and combinations thereof) are interpreted first and examined subsequently. 14 different parameters are defined in total. Under consideration of the derived information content "center mark", "preferred value" and "menu change" two options occur regarding the potential structure of the haptic characteristics of these parameters. The haptic feature has to be symmetric around the relating snap-in point and can only refer to one snap-in point in order to display a "center mark" or "preferred value" through a rotary control element haptically encoded. However, this type of identification of a "menu change" is unsuitable. For this the haptic feature has to have an asymmetrical set up. For this purpose, a duplicate design consisting of 14 symmetrical and 14 asymmetrical parameters is used to examine the 14 parameters. The results show that within both test series (symmetrical and asymmetrical) parameters with a haptic characteristic in the form of an amplitude and rotary change deliver the best results. In both cases the amplitude change shall show a scaling factor of 1,9 while the rotary change shall show a scaling factor of 1,56 to the respective initial value. Lastly, research concentrates on defining which haptic features are ideally suited to label the derived information content ("center mark", "preferred value" and "menu change"). It is shown that a haptic characteristic in the form of a pure amplitude change shall be used for the labelling of a "center mark". However, for the labelling of a "preferred value" a haptical characteristic, consisting of an amplitude and rotary change shall be used. The same applies for a "menu change" – whereby the construction shall be asymmetrical. This study concludes with design recommendations in chapter 6.
Aktualisiert: 2023-01-24
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Untersuchungen zur markenspezifischen Betätigungshaptik und -akustik von Bedienelementen im Kraftfahrzeug

Untersuchungen zur markenspezifischen Betätigungshaptik und -akustik von Bedienelementen im Kraftfahrzeug von Glohr, Tobias
The automobile’s primary purpose of transportation is currently being expanded to the role of a mobile living environment. Therefore, the intention of the car’s interior design is to represent emotion, comfort, safety and functionality [SCHLOTT04, S. 70]. In addition, the interior can transmit brand identity and serve as a distinguishing factor between automobile manufactures [SCHLOTT04, S. 70], [DRESSLER17]. Due to the digitalization and automation of vehicles, the interaction between the driver and the vehicle interior may become more important. A focus within the area of human machine interaction is the development of controls [GLOHR ET AL.17A, S. 1]. In the con-text of the development of control devices, besides optical features, haptics and acoustics are two essential modalities. Therefore haptics and acoustics have to be considered and synchronized (s. Figure 1). Especially in providing a clear feedback and aiming at a high perceived quality, haptics and acoustics of controls are gaining in importance. With respect to the mentioned brand differentiation through the vehicle interior, the following research question arises: Do haptics and acoustics offer an approach to distinguish controls between automobile brands in other characteristics than perceived quality? If so, controls might be able to emphasize brand identity in a vehicle interior. To be able to take this step, it is fundamental to quantify the subjective and individual perception of controls, which has not been state of the art so far (Chapter 3.5). Therefore, two main objectives are defined in the context of this thesis. The first is to design and develop an evaluation tool in the form of a questionnaire that allows a quan-tification of perception. The second objective is the application of this questionnaire in the examination of the research question concerning the brand differentiation approach. In this context, the influence of brands on the description and assessment of controls is investigated. Due to the international sales of cars, intercultural differences in the haptic and acoustic perception and assessment of controls have to be considered. Finally, the thesis examines the possibility of procuring brand values through technical parameters in haptics and acoustics, too. In the following the contents of the mentioned examinations are briefly described. The design and design process of the questionnaire (Chapter 4) is divided into four parts (s. Figure 2). First, items describing the haptic and acoustic features of controls are collected. The overall collection of items results from the Thinking Aloud Test, Repertory Grid Tech-nique and literature research. Due to a large number of items for translational (274 items) and rotatory (268 items) controls, the collection is reduced in an expert evalua-tion. For this purpose, a qualitative content analysis, including a three-step category system is realized. This reduction is the basis for a subsequent experimental evaluation with 194 subjects using three rotatory and translational vehicle interior controls. The objective of this evaluation is to identify relevant items in form of adjectives, to describe the haptic and acoustic perception of controls. Based on this data, a factor analysis identifies five brand factors with three adjectives for translational controls in each factor. The analysis also identifies six brand factors with three adjectives for rotatory controls in each factor. Thus, the two developed questionnaires include 18 adjectives for rotatory controls and 15 adjectives for translational controls to describe the haptics and acous-tics. This systematic process of well-designed questionnaire development also includes the empirical consideration of the criterias objectivity, reliability and validity. The reliable and valid questionnaires are the basis for the examinations in Chapter 5 and the derivation of brand-specific design recommendations concerning the haptics and acoustics of controls in Chapter 6 (s. Figure 3). In Chapter 5.1 the influence of the brand preferences on the description and assess-ment of controls is tested. In this case, push buttons of eight different automobile brands are selected and tested by two separated samples. The first sample is familiar with the brand of the presented push buttons, whereas the brand of the controls remained unknown for the second sample. The results show that brand preferences have no influence on the acoustic description and assessment of controls. Furthermore, the results indicate that the descriptions of acoustics and haptics of controls do not depend on user expectations of a brand. In regard to the worldwide sales of cars, the influence of culture on the description and assessment of controls is examined in Chapter 5.2. Because China is one of the most important auto markets in the world, differences between the population of China and Germany are examined. The results indicate differences in the haptic and acoustic description and thus, in the perception of controls. The examination of the assessment of translational controls shows that there are no significant differences in judging the haptic preferences of controls. However, the results of rotatory controls indicate differ-ences in the haptic preference between both populations. In Chapter 5.3, relevant haptic and acoustic parameters representing a high perceived quality are identified. The selected parameters for rotatory controls are torque, detent and the acoustics pitch. Relevant parameters regarding translational controls are reac-tion force, force surge, force surge distance and also the acoustics pitch. Considering a systematic variation of these parameters, limit values are defined. This definition is the basis for the following examination, which determines whether brand factors can be transmitted through the variation of haptic and acoustic controls. In contrast to the previous studies and aiming at a systematic variation of single parameters, a rotatory and translational simulator is used. The results of the study show that some of the selected parameters are able to provide a differentiation approach. These are for exam-ple torque concerning rotatory controls and the reaction force in regard to translational controls. Deriving from the results in Chapter 5.3, valuable brand-specific design recommenda-tions for individual haptic and acoustic parameters are given in Chapter 6.
Aktualisiert: 2023-01-24
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Grundlagen einer Konstruktionsmethodik für Hybride Intelligente Konstruktionselemente (HIKE)

Grundlagen einer Konstruktionsmethodik für Hybride Intelligente Konstruktionselemente (HIKE) von Crostack, Artur Alexander Hagen
Basierend auf den Ergebnissen der DFG Forschergruppe 981 "Hybride Intelligente Konstruktionselemente" (HIKE) werden in dieser Dissertation die Grundlagen für eine Konstruktionsmethodik für HIKE erarbeitet. Ein Referenzprozess für das Konstruieren von HIKE wurde entwickelt. Des Weiteren wurden Gestaltungsrichtlinien als auch eine Informations-/Wissensbasis für das Konstruieren von HIKE erarbeitet.
Aktualisiert: 2023-01-24
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Auslegung von Kugelgewindetrieben bei oszillierenden Bewegungen und dynamischer Belastung

Auslegung von Kugelgewindetrieben bei oszillierenden Bewegungen und dynamischer Belastung von Münzing, Thomas
Sizing of ball screws according to ISO-standard is strongly related to the sizing of roller bearings and focuses on their (until now) main usage in the feed axis of machine tools. Due to their high efficiency, the field of applications of ball screws extends into classical hydraulic piston applications. In combination with an electric motor and a gearbox the ball screws of these so called electromechanical actuators (EMAs) are faced with load and motion profiles, that are not yet considered by standard sizing approaches. In particular, these conditions are oscillating or intermitting motions instead of continuous strokes or revolutions, highly frequent applied loads at (nearly) standstill and extreme temperature ranges. A challenging application in this context is the primary flight control system of a helicopter, represented by the swash plate actuation system. A failure of this system is life threatening for the passengers. Therefore, a reliable sizing of the used ball screws is mandatory. The comparison of the required sizing tools with those delivered by given standards and available literature shows a lack concerning a rating life or modified rating life calculation, the general wear behaviour and the evaluation of special risks like the occurrence of False Brinelling. The longitudinal section of a ball screw shows the similarity of its internal geometry to a complete bearing represented by a set of angular contact ball bearings or four point contact ball bearings. For that reason, on the one hand approaches of bearing sizing focusing on oscillating motions or the wear behaviour along the raceway can easily be adopted. On the other hand, the inevitable necessary recirculation system and the helix geometry of the ball chain results in an internal load distribution that cannot be described by analytical approaches, yet. Also, the used materials can vary from common bearing steel. Based on bearing literature and standards the established sizing of ball screws can be modified into a new sizing approach. After checking criterions for minimum load, maximum load and the avoidance of wear (especially False Brinelling), a modified rating life calculation can be executed. Since real motion profiles are only seldom describable by a single sinusoidal signal, a more general approach is introduced considering an equivalent load and a stochastic positioning signal. Furthermore, a method is shown that enables a modified rating life calculation taking lubrication conditions into account. Finally, the special motion behaviour and load distribution within the ball screw is the starting point for advanced calculation approaches considering strokes, recirculation systems and single loads on balls. In contrast to established sizing approaches the last aspect requires load distribution information of a FEM simulation. For proving the derived approaches, tests focusing on endurance were performed to validate fatigue life. Furthermore, the wear behaviour of different recirculation systems and ball screw materials was investigated. Finally, False Brinelling tests varying the choice of material and lubricant were performed to prove the resistance of the ball screw at standstill. During endurance testing seven out of seven specimens reached the calculated number of oscillations. This means that the calculation approach is valid for 90 % of a large number of identical ball screws at the same loading, which is commonly known as L10-life. Wear tests performed with similar ball screws at very small oscillating motions showed that tube recirculations withstand longer severe wear conditions than internal recirculations realized by crossover inlays. Within the tests the impact of the recirculation design seems to be stronger than the raceway material which was represented by a highly wear resistant nitrogen bearing steel and a common bearing steel. False Brinelling tests showed that aeronautic standard grease is more capable to avoid standstill marks than a common „bad reference“ industrial grease. The usage of ceramic balls instead of steel balls can make a positive contribution as well. However, highly wear resistant nitrogen raceway-steel showed no benefits. Based on the new approaches and the validation tests a ball screw can be designed that fulfils the requirements of the primary flight control system of a helicopter.
Aktualisiert: 2023-01-24
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Tragfähigkeit von mittels Quer-Fließpressen hergestellten Welle-Nabe-Verbindungen bei Torsionsbeanspruchung

Tragfähigkeit von mittels Quer-Fließpressen hergestellten Welle-Nabe-Verbindungen bei Torsionsbeanspruchung von Funk, Michael
Joining by plastic deformation in combination with shaft hub connections has been increased in recent years. Main advantages of these kind of procedures are the in-tegration of manufacturing processes, the more efficient utilization of material and the use of new joining geometries for shaft hub connections. Furthermore these procedures allow the realization of positive locking shaft hub connections in combination with an additional contact pressure in the interstice. A novel joining process for shaft hub connections is lateral extrusion. The process to join shaft and hub has been developed and investigated in this thesis. Especially the dimension of thin-walled shaft hub connections are a challenge for the forming process as well as for the load behaviour and providing the focus of this thesis. After the development of test specimen, extensive investigations of the basic principles of this new kind of shaft hub connections had to be done. The aim of these in-vestigations was the identification of suitable parameters and correlations for the joining process and for the load behaviour. Furthermore, the tribological relations in the inter-stice were considered in detail and the resulting friction coefficient in this interstice was identified. These results are required for the identification of suitable non-circular joining geometries based on complex cycloid contours. The approach to identify the suitable contours is based on a combined process of geometrical preselection regarding bound-ary conditions and a finite-elemente analysis (FEA) composed of different joining and load simulations. Due to that approach, one appropriate epitrochoid and one appropriate hypotrochoid contour have been identified. These two contours together with the standardized polygon profile are the basis for the numerical and experimental investigation of the load behaviour of the joined shaft hub connections. A torsional load on these joined shaft hub connections leads to a complex deformation and strain state in the hubs. For description of these complex deformation state, real specimens have been implemented in FEA models by a separate measurement of shaft and hub as well as a subsequent modelling of the shaft hub connection in the FEA program based on the measurement results. These models allow the comparison of the deformation state in the different specimen types. A good correlation was seen between the critical areas in the FEA models and those of the experimental investigations. An essential section of this research project is the experimental investigations of the load behaviour of this new kind of shaft hub connection. Most of the test benches required for the experimental investigations have been designed, manufactured and built in the context of this thesis. These test benches represent a modern and powerful test bench for different kinds of drive components and will be an important basis for many future research projects. The experimental investigations were focused on non-circular joining geometries. In this association the specimens were manufactured with an epitrochoid (E-T02 M26), a hypo-trochoid (H-T02 M48) and a polygonal joining geometry. For a better classification of the results, additional examination with cylindrical joining geometry have been done as well. Revalued parameters in this context are the roundness deviation due to the joining process, the load behaviour under static loads and the behaviour of shaft hub connections under alternated torsional loads. The roundness deviation of the trochoid profile contours in the joined state is smaller than in the initial state before joining. The maximum torsional load which can be trans-mitted with the trochoid profile contours is approximately 270 % higher than the torsional load of the polygonal profile. Moreover, the determined endurance limit of these non-circular joining geometries is in the same range between 482 Nm and 515 Nm. The failure of the polygon profile was usually caused by a crack of the shaft whereas the trochoid contour normally failed due to a crack of the hub. This thesis shows that shaft hub connections manufactured by lateral extrusion can be reliably joined and operated. Futhermore, the experimental investigations promise a significant increase of the capability in comparison to existing shaft hub connections manufactured by pipe forming.
Aktualisiert: 2023-01-24
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Fremdbetätigte Linearkupplungen für klemmtolerante Primärflugsteuerungsaktoren

Fremdbetätigte Linearkupplungen für klemmtolerante Primärflugsteuerungsaktoren von Naubert, Alexander
Ein Lösungsansatz für umweltfreundliche Technologien ist die Elektrifizierung von Flugsystemen unter der Überschrift „More Electric Aircraft“, das die Weiter- und Neuentwicklung von kundenspezifischen elektrischen Systemen mit hoher spezifischer Leistung umfasst. Hinsichtlich der primären Flugsteuerung von Hubschraubern gibt es allerdings noch erhebliche Sicherheitsrisiken, da diese Anwendung für elektromechanische Aktoren eine besondere Herausforderung darstellt. Insbesondere der Fehlerfall eines klemmenden Antriebsstrangs ist für diese Antriebe charakteristisch und muss aufgrund begrenzt verfügbarer Daten bei der Entwicklung berücksichtigt werden. Im Vorfeld dieser Forschungsarbeit wurde ein Lösungsansatz mit redundanten Stellantrieben gewählt, bei dem das Lösen von klemmenden Bauteilen mit Hilfe fremdbetätigter Linearkupplungen erfolgt. Nach Detektion mittels Sensoren sind die klemmenden Bauteile freizuschalten, sodass ein redundanter Stellantrieb die Steuerungsfunktion des ausgefallenen Aktors übernehmen kann. Die vorliegende Forschungsarbeit setzt bei der Neuentwicklung fremdbetätigter Linearkupplungen an, die aktiv steuerbar, schnell schaltend, kompakt, leicht und bei hoher Belastung robust schaltbar sein müssen. Konkret bedeutet dies, dass das Entkuppeln innerhalb von 20 ms bei Vorspannkräften von bis zu ±50 kN durchzuführen ist. Um eine Substitution der aktuell verwendeten servohydraulischen Aktoren direkt zu ermöglichen, müssen sowohl die Masseanforderung von maximal 2 kg pro Kupplung als auch die Bauraumanforderung an das Flugsteuerungssystems eingehalten werden. Als Bestandteil eines sicherheitskritischen Systems sind möglichst viele Teilfunktionen der Kupplungen im Rahmen von automatisierten Vorflugtests zu überprüfen, mit denen ein frühzeitiges Erkennen von Fehlfunktionen garantiert wird. Des Weiteren sind alle relevanten Fehlerursachen für einen klemmenden Antriebsstrang, d. h. insbesondere alle Schäden an wälzenden Kontakten, von den Kupplungen auch bei rauen Umgebungsbedingungen abzudecken. Hinzu kommt das für wälzende Kontakte ungünstige Belastungs- und Bewegungsprofil von stark hämmernden Lasten und kleinen oszillierenden Stellbewegungen der primären Flugsteuerungsaktoren. Um alle Anforderungen zu erfüllen, werden im Rahmen dieser Forschungsarbeit innovative Lösungen in reversibler und irreversibler Ausführung entwickelt und erprobt.
Aktualisiert: 2023-01-24
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Systematisches Erschließen der Merkmale technischer Systeme am Beispiel der Grundlagen des Konstruierens von und mit hybriden, intelligenten Konstruktionselementen

Systematisches Erschließen der Merkmale technischer Systeme am Beispiel der Grundlagen des Konstruierens von und mit hybriden, intelligenten Konstruktionselementen von Keller, Alexander
In dieser Arbeit wurde am Beispiel hybrider, intelligenter Konstruktionselemente (HIKE) beschrieben, wie die Merkmale technischer Systeme durch den Bezug zu Prozessen, Methoden, Werkzeugen, Hilfsmitteln und Modellen des Konstruierens systematisch erschlossen werden können. Hierdurch werden Lösungselemente auf verschiedenen Konkretisierungsebenen für den methodischen Prozess des Konstruierens von und mit Konstruktionselementen bereitgestellt. Beim Konstruieren von und mit Konstruktionselementen werden Merkmale und Eigenschaften technischer Systeme festgelegt. Ziel ist es, mit dem System einen Nutzen zu erbringen, der durch Soll-Eigenschaften spezifiziert wird. Der Erfüllungsgrad wird durch den Vergleich der Soll- mit den Ist-Eigenschaften ermittelt. Eigenschaften werden festgelegt, indem einem Merkmal ein Wert zugewiesen wird. Konstruktionstheoretische Ansätze modellieren die Zusammenhänge zwischen Merkmalen und Eigenschaften sowie zwischen abhängigen und unabhängigen Eigenschaften. Notwendige Voraussetzung für diese Schritte ist die Kenntnis der Merkmale eines technischen Systems. Sie bestimmen die Entscheidungsmöglichkeiten und Freiheitsgrade im Konstruktionsprozess. Eine systematische Darstellung technischer Systeme, insbesondere von Konstruktionselementen, und ihrer Merkmale in einem einheitlichen Rahmen und mit Bezug zu konstruktionsmethodischen Prozessen, Methoden, Werkzeugen oder Hilfsmitteln ist bisher nicht verfügbar. Eine allgemeine Vorgehensweise, um in der Entwicklung befindliche technische Systeme verschiedener Disziplinen in dieser Weise darzustellen, fehlt ebenfalls. Zu diesem Zweck wird eine Vorgehensweise beschrieben, mit der die Merkmale technischer Systeme erschlossen werden. Bisher eignet sie sich für Systeme mit sensorischer, aktorischer und/oder tragstruktureller Funktion und damit zusammenhängenden Merkmalen. Das wird an hybriden, intelligenten Konstruktionselementen (HIKE) gezeigt, die in der Forschergruppe 981 HIKE entwickelt werden und die genannten Funktionen verwirklichen. Die Grundlage der Vorgehensweise sind die Phasen I Planen und II Konzipieren des Konstruktionsprozesses nach VDI 2221. Die Modelle Funktionsstruktur, Wirkstruktur, und Elementmodell sowie die Systematik der Gestaltelemente nach Koller [KOLLER98, S. 31] werden in einer formal strukturierten und zusammenhängenden Weise eingesetzt. Hieraus folgt die Darstellung eines Systems, die mit Hilfe der Gestaltelemente, der Teilsysteme, der Funktionen, der (physikalischen) Effekte sowie der Wirk-, Grenz- und Strukturelemente dem System geometrische und stoffliche Merkmale zuordnet (vgl. im Auszug für das Leitbeispiel Faltkernsandwich A.5, S. 215). Die Merkmale werden in die Struktur der Hauptmerkmalleitlinie nach Pahl et al. [PAHL07, S. 220 und S. 58] eingeordnet. Dieser Kern der Vorgehensweise wird ergänzt, indem die gewonnenen Informationen angelehnt an die Beschreibung der Konstruktionselemente nach Pahl et al. [PAHL97, S. 513-574] gegliedert und ergänzt werden. Die Vorgehensweise wurde in mehrfacher Hinsicht evaluiert. Die Anwendung der Vorgehensweise zeigte, dass die Darstellung der HIKE mit der Funktionsstruktur, der Wirkstruktur und den Gestaltelementen nach Koller [KOLLER98, S. 31] auch für konstruktionsmethodisch unerfahrene Konstrukteure der jeweiligen HIKE verständlich ist. Die skizzenhafte Darstellung der Wirkelemente und Strukturelemente in einem schematisch vereinfachten Schnittbild ist ebenfalls als verständlich aufgefasst worden. Demgegenüber erwiesen sich die weiteren detaillierten Beschreibungen des Elementmodells in Form von Tabellen als unübersichtlich. Die konstruktionswissenschaftlichen Aussagen, die der Vorgehensweise zu Grunde liegen und von ihr bereitgestellt werden, wurden bezogen auf die Hauptkategorien solcher Aussagen nach Hubka [HUBKA88, S. 110]. Hierfür wurden vier Sichten abgeleitet: Wissensmanagement, Terminologie, Pragmatik und Methodik. Die Vorgehensweise trägt zu allen vier Sichten bei. Die theoretische Evaluation orientierte sich an den allgemeinen Anforderungsbereichen für Konstruktionsmethoden [BINZ11A] und dem zugehörigen Fragenkatalog [KELLER12]. Es wurde gezeigt, dass die Vorgehensweise hinsichtlich Überprüfbarkeit, Sinnhaftigkeit, Verständlichkeit, Strukturieren, Flexibilität, praktischer Relevanz, Nützlichkeit und Problemspezifizität einen Großteil der einschlägigen Gesichtspunkte des Fragenkatalogs erfüllt. Die praktische Evaluation im Probandenversuch zeigte die prinzipielle Eignung der Vorgehensweise für die gestellte Aufgabe. Zugleich wurde aber auch der Weiterentwicklungsbedarf aufgezeigt: In didaktischer Hinsicht müssen die Erlernbarkeit, die Anwendbarkeit und die Verständlichkeit ausgebaut werden. Effektivität, Effizienz sowie die Problemspezifität müssen erhöht werden, um die Nutzerakzeptanz zu steigern. Diese hängt nicht zuletzt auch von der vorhandenen Methodenkompetenz ab. Die Merkmale werden für den jeweiligen Entwicklungsstand der HIKE entsprechend dem Methodeneinsatz nach VDI 2221 angemessen dargestellt. Die Vorgehensweise dokumentiert technische Systeme als Lösungselemente für die Prozessphasen I und II, wodurch beispielsweise der Informationsumfang der bekannten Lehrbücher über Konstruktions- und Maschinenelemente ergänzt wird oder die Grundlage für eine ganzheitliche Beschreibung der HIKE gelegt wird. Der praktische Nutzen und die Relevanz für das Konstruieren von und mit Konstruktionselementen wurden anhand weiterführender methodischer Handlungsmöglichkeiten aufgezeigt.
Aktualisiert: 2023-01-24
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Gefallensurteil und Blickanalyse zum Fahrzeugdesign zukünftiger Aufbaugestalten anhand einer technischen Prognose

Gefallensurteil und Blickanalyse zum Fahrzeugdesign zukünftiger Aufbaugestalten anhand einer technischen Prognose von Holder, Daniel
Motor vehicles embody a successful symbiosis between technology and design. The design of a vehicle is defined by numerous functional relationships. As an example consider the drive unit having an immediate effect on a vehicle‟s exterior body. External constraints like technological advances, shifting social standards and economical enforcements lead to changes within the design process and affect the exterior body of future vehicles. One main aspect of this research study discusses the issue, how the vehicle exterior design is influenced by technical features. From a customer‟s point of view the design of a vehicle is a very important product characteristic. Hence, it is important to be aware of the influence of the parameters of the vehicle design and their impact on the viewer‟s judgement. This thesis considers the influence of technical aspects on future vehicles‟ exterior bodies. It has been analysed which kinds of vehicle designs, especially which exterior bodies, are relevant for future cars and how the exterior bodies of these vehicle concepts are perceived by the viewers. To answer these questions a methodical approach is developed, in order to predict future vehicle exterior bodies. Afterwards the effect of the detected vehicle concepts on these viewers was examined in a survey supported by computer-aided vehicle illustrations. Chapter 2 contains the theoretical basis and defines fundamental terms of the study. Subsequently, the vehicle exterior body is defined for further analysis and for the following modelling process. The vehicle comprises a front section with front overhang and a rear section with rear overhang. The central compartment belongs to both sections. On that basis more detailed body areas can be defined. The theoretical discussion focuses on the fields of product design (chapter 2.1), visual perception (chapter 2.2), aesthetics (chapter 2.3) and future vehicle concepts (chapter 2.4). In this context scientific studies related to the design review of vehicles are analysed (chapter 2.5). To specify relevant exterior bodies for future vehicles, a methodical approach is proposed in chapter 3. The foundation of this approach is the definition of the exterior utilizing the attributes layout, shape, colour with surface and graphics [MAIER ET AL. 2016]. Based on customer requirements [BRAESS ET AL. 2013A, S. 12] and alteration impulses [PREUSCHOFF 2010, S. 26 f.] the method deduces connections between technics and design. Essential tools of the approach are matrices which correlate and combine all important aspects of the relevant issues. Initially the procedure points out important technical influences by, e. g. battery compartment, aerodynamics, reduced parking space, etc. All these lead to specifications related to the dimensions of future vehicle exterior bodies (chapter 3.3). After the analysis of feasible vehicle exterior bodies front and rear design types additive (A), cubic (C) and integral (I) are defined. The combined exterior body types were correlated with the specifications above. The final result is a method for predicting vehicle exterior bodies of future vehicles (chapter 3.6). Using this method it is now possible to extract a portfolio of various future vehicle concepts including explicit dimensional specifications (chapter 3.7). Based on this theoretical prediction adaptive 3D-CAD vehicle models were developed (chapter 4). With these stimulus patterns of vehicle illustrations were created. To reach an appropriate level of abstraction, specifications for modelling and pattern generation were defined. Finally 36 models and stimulus patterns were generated for the survey with subjects. These vehicle models were designed with different types of vehicle exterior bodies to represent the complete vehicle concepts portfolio of the previous prediction. In preparation for the survey the test layout and setting were designed and optimized with a pretest (chapter 5). With the results of this pretest CAD-models and stimulus patterns were revised. Within the main survey 36 stimulus patterns were shown to 80 subjects. Six patterns were shown twice as a repeat measurement. The subjects had the task, to assess the appeal of the shown vehicle representations on a seven stage rating scale. During this process the eyes of the subjects were tracked by a remote eye tracker. The evaluation of all test data is described in chapter 6. The values of appeal were visualized with boxplots and analysed with inferential statistical methods (chapter 6.2). The results indicate that modifications of the vehicle exterior body do affect the appeal of a vehicle. The gaze data was analysed with heat maps and areas of interest, called AOIster 6.3). One stimulus pattern included vehicle representations in three different points of view: side, oblique rear and oblique front. The evaluation of view-based AOIs showed that all views were used by the subjects. Furthermore, it appears that there are important parts of a vehicle‟s exterior body, on which the subjects focused independent of the type of exterior body. The evaluation time, analysed in chapter 6.3.4, was found to depend on the appeal level. Strong likes or dislikes led to shorter evaluation times. Finally, the results are interpreted in chapter 7 and related with the outcome of the prognostic method in chapter 3, so that a visualisation within the implemented parking illustration is possible. In this respect critically and mainly positively valued modifications of the vehicle dimensions were also analysed. Very slim vehicles, e.g., are in general assessed negatively throughout all types of exterior bodies. Additionally, the study shows that the appeal of the vehicle illustration with dimensional changes also depends on the type of vehicle exterior body. Within this study the four methodical steps were developed. In summary, it was researched which vehicle exterior bodies received positive values by the subjects. In combination with the prognostic data functional and formal potentials of the analysed vehicle concepts were specified. This study focused on the vehicle exterior body. With the knowledge of valuation and perception of the vehicle exterior body it was elaborated how the vehicle shape could be specifically designed to vanquish the detected problems. The current research study underpins the scientific potential of the interdisciplinary topic of automotive engineering and design. Therefore, functional aspects of vehicle development and formal aspects of design theory were linked by a user-centred approach. Thus it was possible to measure the appeal and perception of vehicles‟ exterior bodies with different kinds of exterior bodies and dimensions. The practical application of these findings is well suited for the early stage of vehicle development, before position and arrangement of the modules are specified. The results of the study also point the way to further research topics in the context of automotive technique and design according to other design properties, e. g. shape, colour with surface, or graphics. Moreover, promising scientific overlaps with other fields of automotive engineering are to be expected, such as car body technology, aerodynamics and interior spatial effects.
Aktualisiert: 2023-01-24
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Entwicklung einer modularen Methode zur Bewertung der Mensch-Maschine-Interaktion mit Applikation bei Medizinprodukten

Entwicklung einer modularen Methode zur Bewertung der Mensch-Maschine-Interaktion mit Applikation bei Medizinprodukten von Pfeffer, Stefan
In the field of Industrial Design Engineering (Technisches Design), methods are used to design and assess human-machine-systems. In order to retain the “User Centered Design” [GOULD & LEWIS 1983], these methods are applied throughout the design process [BEIER 2013:65]. The main focus of the present work is the assessment of humanmachine-systems, whereby the main aspects of assessment are the form (“Gestalt”) and use (“Gebrauch”) [SEEGER 2005:4] of products. This distinction can be found in other disciplines like human-computer-interaction. BEVAN [2008] terms these two facets “Interface Usability” and “Usability in Use”. The ISO/IEC standard 25010 differentiates between “product quality” and “quality in use” [ISO/IEC 25010:2011]. Both the “Gestalt” (static) and the “Gebrauch” (dynamic) can be assessed with or without the integration of users. Integrating users is equal to empirical practice or evaluation [BORTZ & DÖRING 2006:96], whereas analysis involves assessment without users. Following the described dimensions, methods for assessing human-machine-systems can be assigned to four groups. The present work is concerned with developing a method for assessing humanmachine-interaction (“Gebrauch”) including users, which is called evaluation of use (“Gebrauchsevaluation”). Owing to known benefits for the design process (chapter 2.6), the development pursues a quantifying approach. Additionally, the method shall offer a versatile application. For this purpose, the method has to be composed modularly. The development of the method is oriented to the domain of medical product design (classes 1, 2a and 2b), whereby a validation of “usability in use” is necessary for admission [GEIS& JOHNER 2015]. In order to implement the aspects specified above, the development utilizes the performance measurement approach of the human-computer-interaction discipline (chapter 2.6) as well as the existing approach for evaluation of use in the field of Industrial Design Engineering [PFEFFER & MAIER 2013B], called the “Workflow Method” (chapter 2.7). The process of development is sub-divided into the conception (chapter 3 and 4) and evaluation (chapter 5) of the method. Prior to the conception, the scope (chapter 3.1.3) and range of key characteristics (chapter 3.1.4) were defined. Furthermore, a requirements list was developed (chapter 3.1.5), whereby requirements were classified into “general” and “specific”. Specific requirements were collected by a descriptive study (interview) in the domain of medical product design. Conception was broken down into five subgoals which comprised the development of: - a modular method structure (chapter 3.2.2), - a metric pool (chapter 3.2.3), - a selection procedure (chapter 3.2.4), - a module for outcome visualization (chapter 3.2.5) and - a methodology for method application within the framework of the design process (chapter 3.2.6). As a result of the conception phase, the “Modular Evaluation Method (MEM)” has been developed. MEM is able to assess the “Quality of Use” (“Gebrauchsqualität”, GBQ) to distinguish it from the “Quality of Form” (“Gestaltqualität”, GSQ). The construct of “Quality of Use” is sub-divided into five factors (effectivity, use efficiency, physical user efficiency, mental user efficiency and satisfaction) and thirteen criteria overall (chapter 3.2.3). The assessment process of MEM comprises three phases: planning, data acquisition and examination as well as interpretation and reporting. Due to its modular structure, MEM can be applied for formative as well as summative purposes, whereby the selection procedure supports the choice of appropriate metrics for each intended use. It is employed in phase 1 (planning). There the 47 metrics of MEM have to be restricted to the specific goal of evaluation. Therefore, MEM differentiates between four types of evaluation (in extension of HOLZ AUF DER HEIDE [1993:160]): - How Good, - Why Bad, - Which Better and - When Safe. The chosen metrics are applied in phase 2 (data acquisition and examination). They are attached to the three modules for empirical data collection: observation, questioning, and measurement (physical and physiological). Consequently, MEM pursues a multiplemeasures approach (in principle) to assess “Quality of Use”. Phase 3 of MEM conduces communicating the evaluation outcome back to the design and engineering disciplines in the form of a status report (summative) or activities report (formative). For the purpose of design iterations, the quantified results have to be related to the cause of human-machine-interaction. Therefore, the “Interaction Diagram” can be used (chapter 3.2.5). Other implemented tools for supporting an effective communication of results are the indexes for “design prioritization” and “risk prioritization”. Three kinds of evaluation have been adopted for the MEM requirements verification. Specific requirements were assessed in each verification act. Verification 1 took place as support evaluation during the conception (chapter 3.2.3). Verification 2 was based on an application evaluation of MEM, whereby six evaluation studies were designed and conducted (chapter 5.1). The third kind of evaluation was a success evaluation, for which a flowchart of MEM and questionnaire was given to usability engineering stakeholders of medical product manufacturers, who validated MEM on a theoretical basis (chapter 5.2). Concluding all verification procedures, MEM accomplishes all of the demands (“Forderungen” [FELDHUSEN ET AL. 2013:334FF]) imposed by the requirements list. Wishes (“Wünsche” [FELDHUSEN ET AL. 2013:334FF]) could only be partially fulfilled because the modularity of MEM admits several states. Requirements like “economy of procedure” (“Verfahrensökonomie”) or “relevance for design” (“Gestaltungsrelevanz”) are dependent on the actual configuration of MEM and thus cannot be fulfilled in any case
Aktualisiert: 2023-01-24
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Quantifizierung der visuellen Größenkodierung und des Informationsgehalts zweidimensionaler Objekte auf Basis der Blickinteraktion

Quantifizierung der visuellen Größenkodierung und des Informationsgehalts zweidimensionaler Objekte auf Basis der Blickinteraktion von Botta, Antonio
Due to the currently prevailing worldwide strong desire for innovation and competitiveness, product manufacturers are required to launch technical innovations in short cycles. The computerized society and the global networking, which allow permanent communication and create the desire for a continuous exchange of information, also encourage this rapid development. In the field of communication technology, this constantly progressing introduction and establishment of technical innovations through improved technologies is extremely striking. The eye-gaze interaction, on which this thesis is based, is one of these new communication and interaction technologies. It derives from the niche area of physically disabled people and tries to become more significant as a technical innovation in every day and traditional human-product interactions thanks to the growing computer power. Unlike conventional selection of an object by manual operation of controls or direct touching, in case of eye-gaze interaction it occurs through eye movements, thus by gaze. As described in the literature and in relevant standards, in both general interaction and eye-gaze interaction between the operant and the technical product the user-centered design should have priority at best. Hence, the different user factors, which are structured and detained in standards and policies through defined principles, guidelines, design requirements and design recommendations, should be involved in the design of a new product or in a new interaction technique.The main guideline in this thesis, which is put up for discussion and characterizes the research topic, is the visual feedback of status change. Own preliminary studies as well as other research results prove that the visual feedback of status change requires, particularly for the eye-gaze interaction, the utmost care. For instance, in human-computer-interaction (HCIA) the replacing of the traditional mouse operation by eye-gaze operation has shown that a continuous visual feedback via cursor is disruptive for the eye-gaze based interaction and has an adverse effect on the operation. It is therefore important for the eye-gaze interaction to realize a user-friendly operation with other discreet visual feedback types, which clearly transmit the required status change. The visual feedback of status change by size coding, on which the focus of this thesis lies, is of enormous significance in the ergonomic and user-centered design of an eye-gaze based user interface. Compared to others, size coding is the easiest and the least design interfering coding type. It is advantageous not only for rapid and precise identification of the required status change, but – with the related increasing interaction area especially for eye-gaze interaction – also decisive for an increasing operating accuracy. A research work and analysis of standards and policies about the exact definition of visual feedback as well as an additional evaluation of an analytical expert rating show that size coding is inadequate and only partially quantified. Until this day, there is no literature fully quantifying size coding. For this reason, the aim is to achieve full quantification of size coding by a basic-oriented research study and to give general recommendations for the ideal design of visual feedback by size coding. For the visual size coding increases the security of use by improving the distinctiveness and reduces the operating time. The basic-oriented research study is based on the visual difference detection of geometrical objects with standardized graded object sizes. Thereby the difference thresholds are recorded at appropriate scaling direction (decrease / increase), presentation variant (parallel / serial), varying object size (10 mm / 15 mm / 25 mm), achromatic form-background -contrast (white / black) and varying presentation distance (600 mm / 1000 mm / 1400 mm) of individual object gestalts (circle / square / triangle / pentagon) under laboratory conditions with voluntary test persons. The statistical analysis and interpretation of the results show that the difference threshold is independent of the scaling direction. However, the threshold clearly depends on the presentation variant. At parallel presentation, the difference threshold is greater than the threshold at serial presentation. In addition, the difference threshold depends on the object size, which means the greater the initial object, the smaller the applicable size coding factor to detect a significant size difference. The achromatic form-background-contrast doesn’t affect the difference threshold anymore. After the summary of the difference thresholds to arithmetical averaged values for the purpose of the argued hypotheses, the statement of varying presentation distance is, that the greater the distance between the viewer and the object, the greater the enlargement or reduction factor for the size coding. At last for the different object gestalts, different size coding factors arise, too. Summed up, depending on the object and initial object size, different size coding factors from 1,148 to 1,191 apply for the parallel presentation variant and from 1,067 to 1,098 for the serial presentation variant. This means that an expansion or reduction of 14,8 % up to 19,1 % should take place for visual feedback of status change (parallel) and an expansion or reduction of 6,7 % up to 9,8 % for visual position/pointing or selection feedback (serial). Thus, recommendations are given on the one hand in terms of quantified factors, on the other hand in terms of quantified equations. These are also illustrated in charts which can be used for extraction and calculation of the size coding factors for the respective operating scenario. The obtained result of different size coding factors for each object gestalt has induced to answer the question of what caused this effect. It seems reasonable to suppose that during the detection of a size difference between two object gestalts depending on the object gestalt itself, a different amount of information and conspicuousness are transmitted, which are relevant to the visual difference detection and at last to the size coding factor. To approve this assumption, an evaluation method of statistical-syntactic information and corresponding conspicuousness measure of the used object gestalts is also presented in this thesis. The statement is made, that an object gestalt with its different geometrical elements and elements of order therefore has its own conspicuousness. In relation to the presented quantification of the size coding, the conspicuousness plays an important role for the difference detection. Compared to the other three object gestalts, with 12,8 % the object circle has the lowest conspicuousness, whereof a larger size coding factor results. This means that the object gestalt has an influence on the difference detection and furthermore that the more statistically-syntactic conspicuousness an object gestalt has, the faster the difference detection occurs and the smaller the size coding factor is.
Aktualisiert: 2023-01-24
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Methodik zum leichtbaugerechten Konzipieren

Methodik zum leichtbaugerechten Konzipieren von Posner, Benedikt
In der vorliegenden Arbeit wurde ein Methoden-Baukasten erarbeitet, um Leichtbaupotenziale zu analysieren und bereits in der Konzeptphase Leichtbau-Lösungen zu entwickeln. Aus der Leichtbau-Produktentwicklung sind verschiedene Leichtbau-Strategien bekannt, wie z. B. der Werkstoffleichtbau. Durch eine Zuordnung dieser Strategien zum generischen Produktentwicklungsprozess ergeben sich Lücken in der Methodik der Leichtbau-Produktentwicklung. Leichtbau wird in der von verschiedenen Autoren als wesentlich hervorgehobenen Konzeptphase kaum methodisch unterstützt. Der in der vorliegenden Arbeit entwickelte Methoden-Baukasten zum leichtbaugerechten Konzipieren schließt diese Lücke. Dieser kann durch seinen modularen Aufbau den unterschiedlichen Schwerpunkten der unternehmens- und projektspezifischen Produktentwicklungsprozesse angepasst werden. Die Funktionsmassenanalyse stellt das erste Methoden-Modul des Methoden-Baukastens dar. Mit ihr kann der Konstrukteur systematisch ein umfassendes Grundverständnis für die Funktionszusammenhänge und die im Produkt verbauten Massen entwickeln. Dabei werden zum einen die Wichtigkeit der Funktionen für die Erfüllung der Kundenanforderungen analysiert und zum anderen die Massen untersucht, die für die Umsetzung der Funktionen aufgebracht werden. Daraus lassen sich Massenziele sowie Leichtbaupotenziale ableiten. Anschließend wird mit dem resultierenden Wissen das Produkt auf das für den Kunde Wesentliche reduziert. Um die identifizierten Leichtbau-Potenziale auszuschöpfen, müssen Leichtbau-Lösungen gefunden werden. Die vorliegende Arbeit setzt dabei den Fokus auf alle Abstraktionsebenen der Konzeptphase, d. h. Funktions-, Wirk- und Gestaltebene. Die für die Erarbeitung dieser Lösungen entstandenen Methoden-Module basieren auf Grundsätzen zur systematischen Leichtbau-Lösungsentwicklung, diese wurden aufgestellt. Die Idee dieser Grundsätze ist es, zunächst den Informationsgehalt des Modells zu analysieren, das in der jeweiligen Abstraktionsebene der Lösungsbeschreibung eingesetzt wird. Ein Beispiel eines solchen Modells ist die Funktionsstruktur. Danach werden die Variationsmöglichkeiten erweitert. Dies geschieht basierend auf dem Ansatz, den das Contact & Channel - Model zur Lösungsvariation vorschlägt. Daraufhin werden die Variationsmöglichkeiten überprüft, ob sie für die Entwicklung einer Leichtbau-Lösung zweckmäßig sind. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn sie das Umsetzen einer bestimmten Leichtbau-Strategie begünstigen. Um aus der entstandenen Lösungsvielfalt diejenigen mit einem größeren Leichtbaupotenzial auszuwählen, wird in der vorliegenden Arbeit ein zielführendes Vorgehen präsentiert. Die resultierenden Methoden werden in den sogenannten Funktions-, Wirk- und Gestalt-Leichtbau-Modulen beschrieben. Besonders auf Gestaltebene ist es wichtig, Lösungen abstrahieren zu können, um sich nicht auf diese zu fixieren. Das Gestalt-Leichtbau-Modul, welches auch als Leichtbau-Denkwerkzeuge bezeichnet wird, unterstützt dies. Außerdem umfasst dieses Methoden-Modul eine schrittweise Variation und eine vollständige, systematische Entwicklung von Leichtbau-Lösungen. Aus der Erweiterung der Leichtbau-Denkwerkzeuge unter Nutzung der bionischen Methoden entstand das Struktur-Leichtbau-Modul. Dieses hilft Konstrukteuren bereits ab der abstrakten Ebene der Wirkstruktur bei der Entwicklung von Strukturen unter Leichtbauaspekten. Die einfachen Regeln des Modells können bereits auf abstraktem Niveau für die Leichtbau-Strukturentwicklung angewendet werden. Die Regeln wurden dabei beispielsweise zur Berücksichtigung von Bauraumbeschränkungen und bewegten Bauteilen ergänzt. Eine Herausforderung des Leichtbaus beim Konzipieren ist es außerdem, dass die Masse von verschiedenen Funktionsstrukturen, Wirkprinzipien und Wirkstrukturen erst nach Festlegung des Volumens jedes Bauteils sowie des Werkstoffs bzw. dessen Dichte bekannt ist. Die Funktionsmasseneinschätzung, als weiteres Methoden-Modul, dient der Abschätzung des Leichtbau-Potenzials verschiedener Lösungen auf dem abstrakten Niveau der Funktions- und Wirkebene. Dazu werden systematisch Lösungen in Teillösungen zerlegt sowie andere Produkte mit teilweise ähnlicher Umsetzung dieser Teillösung analysiert. Basierend darauf kann eine Aussage über das Leichtbaupotenzial der abstrakten Lösungen getroffen und diese bezüglich Leichtbaukriterien ausgewählt werden. Der Methoden-Baukasten wurde in verschiedenen Industrieprojekten angewendet. Die resultierenden Evaluationsergebnisse waren ausnahmslos positiv. Als besonderer Vorteil zeigte sich, dass die Methoden-Module ohne weitere Softwareimplementierung mit einfachen Hilfsmitteln und in moderierten Workshops mit Entwicklern angewendet wurden. Dadurch konnten systematisch Leichtbau-Lösungen mittels des Methoden-Baukastens entwickelt werden.
Aktualisiert: 2023-01-24
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Methodik zur Identifizierung der erfolgversprechendsten Produktideen in den frühen Phasen des Produktentwicklungsprozesses

Methodik zur Identifizierung der erfolgversprechendsten Produktideen in den frühen Phasen des Produktentwicklungsprozesses von Messerle, Mathias
In der vorliegenden Arbeit wurde ein generischer Ideenprozess einschließlich der dazugehörigen Methoden mit dem Ziel der Identifikation der erfolgversprechendsten Produktideen in den frühen Phasen des Produktentwicklungsprozesses erarbeitet. Die Analyse des Stands der Forschung zeigt zunächst, dass sich viele Autoren bereits mit Ideenprozessen auseinandergesetzt haben. Trotzdem sind in der Unternehmenspraxis zahlreiche Probleme bei der Anwendung eines Ideenprozesses und dazugehöriger Methoden festzustellen. So sind vorhandene Methoden zur Ideendetaillierung, -bewertung und -selektion inklusive ihrer Bestandteile oft nicht ausreichend anwendbar gestaltet, so dass eine direkte und effiziente Nutzung im Unternehmen erschwert wird. Darüber hinaus werden sie nicht ausreichend an die spezifischen Randbedingungen in den jeweiligen Unternehmen angepasst. Diese Anpassung wird darüber hinaus nicht ausreichend unterstützt. Es stellt sich somit die Frage, welches Vorgehen eine in der Praxis anwendbare und für das spezifische Unternehmen angepasste Identifikation der erfolgversprechendsten Produktideen ermöglicht. Unter Produktideen werden im Rahmen dieser Arbeit Produktmodelle des zukünftigen Produkts während der Planungsphase des Entwicklungsprozesses verstanden, bevor beispielsweise ein konkretes Lastenheft erstellt wird. Aufgrund der verschiedenen, kleinteiligen und anwendungsnahen Probleme wird deutlich, dass die Problemstellung nicht mit Hilfe einer einzelnen, speziellen und isoliert betrachteten Methode zur Ideenbewertung, gelöst werden kann. Stattdessen sollte ein umfassenderer Teil des Ideenprozesses mitsamt den verschiedenen Prozessschritten und den darin angewandten Methoden Beachtung finden. Für die Schritte der Ideenerfassung und -detaillierung sowie die verschiedenen Bewertungs- und Selektionsschritte wurden Methoden, Werkzeuge und Hinweise zur Einbindung der Mitarbeiter erarbeitet. Insbesondere die Bewertungsmethode, die Bewertungskriterien sowie die Selektionsmethode standen dabei im Fokus. So wurden neben einer detailliert ausgearbeiteten Bewertungsmethode insbesondere die zu verwendenden Bewertungskriterien umfangreich hergeleitet, so dass ein möglichst umfassendes und zugleich möglichst anwendungsnahes Kriterien-Set in verschiedenen Abstraktionsniveaus für verschiedene Bewertungsschritte zur Verfügung steht. Für die Ideenselektion werden einerseits Methoden vorgestellt, mit deren Hilfe neben den reinen Zahlenwertergebnissen der Bewertung, die in der frühen Phase des Entwicklungsprozesses noch einer gewissen Unsicherheit unterliegen, auch weitere Erkenntnisse einer Bewertung berücksichtigt werden können. Andererseits wird aufgezeigt, wie Produktideen identifiziert werden können, die das Potenzial aufweisen, zu radikalen oder disruptiven Innovationen weiterentwickelt zu werden. Bei der Entwicklung der zuvor genannten Inhalte lag das Ziel in einer in der Unternehmenspraxis funktionsfähigen und anwendbaren Lösung. Um dies umzusetzen, wurden neben einer anwendbaren und zugleich anpassbaren Gestaltung des generischen Ideenprozesses Hinweise zu möglichen Anpassungen an die spezifischen Rahmenbedingungen von Unternehmen gegeben sowie ein Prozess zur Einführung des Ideenprozesses in Unternehmen entwickelt. Mit Hilfe dieses Prozesses einschließlich der in diesem Zusammenhang erarbeiteten Prozessschritte und Werkzeuge wird eine systematische Einführung und Anpassung des generischen Ideenprozesses in bzw. an ein spezifisches Unternehmen ermöglicht. Ob die Problemstellung tatsächlich gelöst werden konnte, wurde im Rahmen einer breiten Evaluation bei mehreren Unternehmen unterschiedlicher Größe aus verschiedenen Industriezweigen überprüft. Die einzelnen Bestandteile des Ideenprozesses wurden dabei in Zusammenarbeit mit den Mitarbeitern der Unternehmen angepasst und teilweise über einen Zeitraum von über einem Jahr angewendet. Die Ergebnisse zeigen in der Summe ein sehr positives Gesamtbild vom Ideen- und dem dazugehörigen Einführungsprozess. Insbesondere die Ziele eines anwendbaren, flexiblen und an praktische Randbedingungen anpassbaren Ideenprozesses konnten erreicht werden. Durch die Evaluation konnte aufgezeigt werden, dass durch die Anwendung des Ideenprozesses die erfolgversprechendsten Produktideen besser identifiziert und potenzielle Hindernisse und Probleme bei der späteren Entwicklung der Produktideen besser und früher erkannt werden können. Darüber hinaus wurde teilweise das Potenzial für eine Verkürzung der Entwicklungszeit bestätigt. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich hauptsächlich auf die Bewertung von und den Umgang mit Produktideen bezüglich sachlicher Güter. Im Rahmen kurzer Analysen, die sich mit Dienstleistungsideen und Ideen für Produkt-Service-Systeme auseinandersetzen, hat sich gezeigt, dass die entwickelten Inhalte mit kleinen Anpassungen auch für derartige Produktarten Verwendung finden können. Eine diesbezügliche Erprobung erfolgte jedoch nicht.
Aktualisiert: 2023-01-24
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Hybride Intelligente Konstruktionselemente (HIKE) – Abschlusskolloquium der DFG-Forschergruppe 981

Hybride Intelligente Konstruktionselemente (HIKE) – Abschlusskolloquium der DFG-Forschergruppe 981 von Binz, Hansgeorg
Die Forschergruppe hat die Ergebnisse der zweiten Förderperiode anlässlich eines Abschlusskolloquiums am 10.11.2015 in der Universität Stuttgart vor Gästen aus Industrie und Wissenschaft präsentiert. Dabei wurden die Ergebnisse der Teilprojekte in Vorträgen präsentiert, Prototypen in Form von kleineren Funktionsmus-tern vorgestellt sowie das Zusammenwirken der HIKE im Gesamtdemonstrator „Schalentragwerk“ vorgeführt. Der vorliegende Sammelband enthält jeweils kurze Zusammenfassungen der Teilprojekte, in denen die Ziele, das Vorgehen und die wesentlichen Ergebnisse vorgestellt werden, sowie die Präsentationsfolien der einzelnen Teilprojektvorträge samt einer Einleitung und Zusammenfassung des Sprechers der Forschergruppe.
Aktualisiert: 2023-01-24
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Entwicklung einer schnell schaltenden Bremse und Kupplung für Linearbewegungen zum Überlastschutz in Werkzeugmaschinen

Entwicklung einer schnell schaltenden Bremse und Kupplung für Linearbewegungen zum Überlastschutz in Werkzeugmaschinen von Dennig, Hans-Jörg
The requirements regarding productivity and quality of highly efficient machine tools are rising continuously. A reliable process safety, along with high machining speeds and accuracy, is an essential property. Thus, collisions between moving and non-moving objects in the workspace are a critical problem [WECK01, P. 111; PILLAND86]. These collisions generally lead to high repair costs up to 23.000 € and long downtimes [KOENEN01; WECK01, P. 375]. Damages of the machine components, such as main spindle and spindle-nut drive-system, are the consequences.
Aktualisiert: 2023-01-24
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Der Einfluss der Ölzuführungsstelle auf das Betriebsverhalten instationär belasteter hydrodynamischer Gleitlager

Der Einfluss der Ölzuführungsstelle auf das Betriebsverhalten instationär belasteter hydrodynamischer Gleitlager von Widmann, Peter
Der Einfluss der Ölzuführungsstelle auf das Betriebsverhalten instationär belasteter hydrodynamischer Gleitlager wird untersucht.
Aktualisiert: 2022-12-07
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Qualität bei Verlagen wie zum Beispiel bei Universität Stuttgart Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design

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