Forschungsprojekte IDE
Funktions- und Verkehrs-Sicherheit für Automatisierte und Vernetzte Mobilität – Nutzen für die Gesellschaft und oekologische Wirkung
Projekttyp: Gefördert durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr
Kurzbeschreibung: SAVeNoW erforscht einen Digitalen Zwilling des urbanen Verkehrs am Bsp. von Ingolstadt, in dem relevante statische (Straßen, Gebäude, Verkehrs-Infrastruktur, Verkehrsregeln) wie dynamische Elemente (Verkehrsteilnehmer) und Rahmenbedingungen (Tageszeit, Wetter) abgebildet werden. Mithilfe dieses Digitalen Zwillings werden Fragestellungen der Domänen Verkehrs-Effizienz, -Sicherheit, -Ökologie und gesellschaftlicher Akzeptanz analysiert und durch Lösungsszenarien mit zugehörigen Maßnahmen beantwortet. Das „Gesamtwerkzeug“ funktioniert in zwei ineinandergreifenden Regelkreisen aus Digitalem (Reale Stadt) und Virtuellem Testfeldes (virtuelles Stadtmodell), die die o.g. Domänen in Form von „Was-wäre-wenn“-Szenarien mit entsprechenden Maßnahmen simuliert und die Maßnahmenwirksamkeit optimiert. Basis ist eine IT-technisch umgesetzte Gesamtarchitektur aus Datenerfassung, Prozessierung, Modellbildung, Simulation, Auswertung, Anwendung und Optimierung. Das Gesamtmodell, das die Regelkreise in Funktion hält und weiterentwickelt, soll gesellschaftlich akzeptiert, betreibbar und wirtschaftlich sein.
Das Teilprojekt des IKTD legt den Fokus auf die Fahrzeuginsassen als Nutzer und deren Einfluss auf das Verkehrsgeschehen sowie die Annahme neuer Mobilitätskonzepte. Auf Basis der Bedürfnisse der Nutzer und der gesellschaftlichen Akzeptanz werden neue Fahrzeug- und Interieurkonzepte für AVF iterativ abgeleitet sowie die Nutzung der unterschiedlichen Mobilitätskonzepte analysiert. Durch die Integration der gewonnenen Daten zum menschlichen Verhalten und zu den bevorzugten Fahrzeugkonzepten in das virtuelle Stadtmodell, wird der Einfluss der zukünftigen Mobilitätskonzepte auf Verkehrs-Effizienz, -Sicherheit und –Ökologie simuliert. Das Ziel ist, im simulierten Verkehrssystem nicht nur die technischen Möglichkeiten von Automatisierung und Vernetzung zu berücksichtigen, sondern auch die Nutzeranforderungen und Akzeptanz an die Fahrzeuggestaltung und insbesondere deren Innenräume im Verkehrssystem mit einzubeziehen.
Forschungsschwerpunkt: Innenraumgestaltung für hochautomatisierte und vernetzte Fahrzeuge
Ansprechpartner: Fabian Schlichtherle
Projektzeitraum: 03/2021 - 06/2023
Projekttyp: Forschungsansatz
Kurzbeschreibung: Durch die steigende Elektrifizierung und Automatisierung ist zu erwarten, dass sich die Grundkonzepte von Fahrzeugen zukünftig stärker differenzieren werden. So benötigt ein Fahrzeug, das zum Pendeln verwendet wird, sicherlich eine geringere Reichweite als ein Fahrzeug, mit dem eine Familie in den Urlaub fährt. In beiden Fällen ergeben sich durch die Automatisierung neue Nutzungsmöglichkeiten, die sich aber je nach Kontext stark unterscheiden. Zuletzt wird im Vergleich zur heutigen Situation eine Verschiebung der Nutzungsart hin zu Shared Mobility prognostiziert.
Damit zukünftige Fahrzeug- und Mobilitätskonzepte erfolgreich sein können, müssen die Produkte die Nutzer- und Nutzungsanforderungen der anvisierten Zielgruppen möglichst exakt erfüllen. Im Vergleich zur heutigen Konzeption müssen daher noch stärker die Persönlichkeitsmerkmale der Nutzer/innen und die individuellen Nutzungsarten bei der Entwicklung der Fahrzeuge und deren Innenräume berücksichtigt werden.
Das Ziel dieses Projekts ist die ganzheitliche Erfassung der Nutzer- und Nutzungsbedürfnisse und die Optimierung der Analyse-, Bewertungs- und Auslegungsverfahren für die Entwicklung neuer Fahrzeug- und Innenraumkonzepte.
Forschungsschwerpunkt: Analyse, Bewertung und Auslegung von Fahrzeuginnenräumen und Cockpits
Ansprechpartner: Philipp Pomiersky
Forschungsprojekte KiLb
Forschungsprojekte PuK
Methodische Produktentwicklung
Das Forschungsprojekt MINGA beschäftigt sich mit der Automatisierung und digitalen Vernetzung des öffentlichen Verkehrs. Im Laufe des Projekts sollen beispielsweise der Betrieb von On-Demand Ridepooling-Angeboten oder der Linienbetrieb von Bus-Platoons mit automatisierten Fahrzeugen getestet werden. Solche Angebote können zum einen zu einer besseren Nutzung des Straßenraums beitragen sowie zum anderen neue Angebote schaffen. Das ist in Zeiten knapper Personalressourcen und Flächenverfügbarkeit ein entscheidender Vorteil.
Das IKTD beschäftigt sich im Themenfokus Datenkommunikation mit der Fragestellung, welche Stakeholder entlang des gesamten Lebenszyklus für den Betrieb eine Rolle spielen, in welcher Wechselbeziehung diese zueinander stehen und wie die damit einhergehenden Informationsflüsse transparent in einem Modell dargestellt werden können, um für alle Beteiligten ein gemeinsames Verständnis über das digitale Ökosystem rund um die autonomen Fahrzeuge zu schaffen. Durch die zentrale Bedeutung von Daten- und Informationsaustausch leistet das IKTD hier gerade für die gemeinsame Anforderungsdefinition und den Aufbau dieser Systeme eine entscheidende Grundlage, denn nur wenn alle Beteiligten im komplexen Netzwerk des ÖPNV richtig zusammenwirken, können solche autonomen Systeme in Zukunft erfolgreich eingesetzt werden.
Das Projekt wird im Rahmen der Förderrichtlinie „Autonomes und vernetztes Fahren in öffentlichen Verkehren“ durch das Bundesministerium für Verkehr (BMV) auf Grund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages mit rund 12,7 Millionen Euro gefördert.
Ansprechpartner:
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: Seit 2023 bis Mitte 2027
Das Forschungsprojekt MINGA beschäftigt sich mit der Automatisierung und digitalen Vernetzung des öffentlichen Verkehrs. Im Laufe des Projekts sollen beispielsweise der Betrieb von On-Demand Ridepooling-Angeboten oder der Linienbetrieb von Bus-Platoons mit automatisierten Fahrzeugen getestet werden. Solche Angebote können zum einen zu einer besseren Nutzung des Straßenraums beitragen sowie zum anderen neue Angebote schaffen. Das ist in Zeiten knapper Personalressourcen und Flächenverfügbarkeit ein entscheidender Vorteil.
Ein Fokus des IKTD liegt dabei auf dem Thema Barrierefreiheit. Hier wird untersucht, wie sich der Entfall des Busfahrers bei automatisierten Fahrzeugen auf die Barrierefreiheit und Inklusion auswirkt. Ziel ist hier, eine Nutzerakzeptanz für alle Nutzergruppen zu realisieren, beispielsweise für mobilitätseingeschränkte Personen oder Menschen mit Hör- oder Sehbehinderungen und wie benötigte Interaktionsschnittstellen konzipiert werden müssen. Dabei werden verschiedene Prototypen am IKTD selbst entwickelt und in einer Versuchsumgebung getestet, bevor sie im Realbetrieb zur Validierung in den Einsatz kommen. Dazu wurde am IKTD eigens ein Bus-Mockup aufgebaut, das den Innenraum des automatisierten Solobusses abbildet, sodass bereits vor dem Erprobungen im Realbetrieb Prototypen zur Interaktion installiert und mit Laborstudien untersucht werden können.
Das Projekt wird im Rahmen der Förderrichtlinie „Autonomes und vernetztes Fahren in öffentlichen Verkehren“ durch das Bundesministerium für Verkehr (BMV) auf Grund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages mit rund 12,7 Millionen Euro gefördert.
Ansprechpartner:
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: Seit 2023 bis Mitte 2027
Das IKTD erforscht im Verbundprojekt bi.smart die unzureichende Logik klassischer Produktentwicklung, bei der technologische Machbarkeit im Vordergrund steht, während Kundenbedürfnisse sowie Geschäftsmodelle erst nachgelagert berücksichtigt werden. Für smarte Produkt-Service-Systeme (smart PSS), die physische Produkte mit datengestützten Dienstleistungen kombinieren, greift dieses Vorgehen jedoch zu kurz. Anstatt von einem vorhandenen Datenpool auszugehen, fordert bi.smart ein nutzerzentriertes Entwicklungsparadigma: Daten sollen gezielt auf Basis konkreter Informationsbedarfe des Kunden erhoben werden. Daraus lassen sich datenbasierte Services ableiten und das Produkt – einschließlich Sensorik und IoT-Anbindung – entsprechend gestalten. Es entsteht ein integrativer Designansatz für smart PSS.
Ziel von bi.smart ist es, diese neue Denkweise systematisch in produzierende Unternehmen, insbesondere kleine und mittlere Unternehmen (KMU), zu transferieren. Ein zentrales Vorgehensmodell beschreibt dazu Aufgaben, Prozessschritte und Abhängigkeiten einer integrierten Produkt-Service-Entwicklung. Ergänzt wird dieses durch adaptive Methoden und digitale Werkzeuge – darunter ein Self-Assessment zur Bestimmung des individuellen Einstiegspunkts sowie interaktive Kompetenzmodule für zentrale Aufgaben wie beispielsweise die Geschäftsmodellentwicklung.
Diese Bausteine wurden in der Webanwendung bi.smart Launchpad (https://www.bismart.info/) umgesetzt, die Unternehmen digital dabei unterstützt, F&E-Kompetenzen auszubauen und smart PSS zielgerichtet zu entwickeln. Insgesamt fünf Pilotprojekte validieren das Modell, liefern Referenzlösungen und werden in eine weiterführende Cloudplattform eingebunden. Die Ergebnisse wurden auf nationalen und internationalen Konferenzen breit kommuniziert und publiziert, um eine nachhaltige Verbreitung sicherzustellen. bi.smart befähigt KMU, ihre Wettbewerbsfähigkeit durch datengetriebene Innovationen langfristig zu stärken.
Diese Forschung wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung durch das Forschungsprojekt „bi.smart“ (Förderkennzeichen: 02J19B043) gefördert.
Ansprechpartner:
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: 03.2021 bis 07.2024 | abgeschlossen
Das IKTD entwickelte im Projekt PDrapid Methoden, Vorgehensweisen und digitale Werkzeuge zur additiv fertigungsgerechten Konstruktion von additiv gefertigten Bauteilen. Zentrales Ergebnis ist eine webbasierte Informationsplattform, die strukturierte Inhalte entlang des Produktentwicklungsprozesses bereitstellt. Konstruierende werden durch eine zeitlich gegliederte Bereitstellung relevanter Informationen systematisch bei der Entwicklung unterstützt.
Additive Fertigung unterscheidet sich grundlegend von anderen urformenden Fertigungsverfahren, da Material schichtweise aufgebaut wird. Es sind keine weiteren Werkzeuge notwendig, sodass den Konstruierenden mehr Gestaltungsfreiheit geboten wird. Insbesondere für komplexe Geometrien, geringe Stückzahlen und kleine Volumina bieten sich wirtschaftliche Potenziale. Dennoch bestehen aktuell noch technische Restriktionen und wirtschaftliche Unsicherheiten, etwa durch limitierte Technologien und geringe Standardisierung.
PDrapid adressiert diese Herausforderungen durch die Bereitstellung einer methodischen Unterstützung zur Bauteilkonstruktion. Ziel ist es, die richtigen Anwendungsszenarien einer additiv fertigungsgerechten Konstruktion zu identifizieren, die Potenziale additiver Fertigung gezielt auszuschöpfen und den vollständigen Produktentwicklungsprozess (von der Idee bis zur fertigungsgerechten Bauteilgestalt) informationsseitig zu begleiten.
Im Fokus stehen die Wechselwirkungen zwischen Verfahren, Material und Anwendungsszenario. Durch die Plattform und das begleitende Schulungskonzept wird ein grundlegendes Umdenken in der Konstruktionsmethodik initiiert, um additive Fertigung langfristig wirtschaftlich nutzbar zu machen.
Ansprechpartner:
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: 02/2019 abgeschlossen
Das IKTD beteiligte sich im Forschungsprojekt GrantSLAM mit dem Teilprojekt Design4SLM an der Entwicklung konstruktionsmethodischer Ansätze für das Selective Laser Melting (SLM). Ziel ist es, Konstruierende bei der Nutzung von Funktionsintegration und Leichtbau gezielt zu unterstützen, um die hohen Fertigungskosten durch reduzierte Masse und Bauteilanzahl zu senken. Das Projekt ist eine Kooperation mit der ARENA2036, TRUMPF sowie weiteren Instituten der Universität Stuttgart.
Additive Fertigung unterscheidet sich grundlegend von anderen urformenden Fertigungsverfahren, da Material schichtweise aufgebaut wird. Beim Selective Laser Melting (SLM) wird metallisches Pulver punktuell aufgeschmolzen und vollverschmolzen, wodurch geometrisch komplexe und belastbare Metallbauteile entstehen. Es sind keine weiteren Werkzeuge notwendig, sodass den Konstruierenden mehr Gestaltungsfreiheit geboten wird. Besonders bei funktional integrierten, geometrisch komplexen Strukturen mit geringen Stückzahlen oder kleinen Volumina bietet SLM wirtschaftliche Potenziale. Dennoch bestehen derzeit technologische Einschränkungen, etwa hinsichtlich Bauteilgrößen, Stützstrukturbedarf und Nachbearbeitung, sowie wirtschaftliche Unsicherheiten aufgrund begrenzter Standardisierung und hoher Prozesskosten.
Im Projekt wurden unter anderem Konstruktionskataloge für funktionsintegrierte Lösungen entwickelt, die über einen multidimensionalen Zugriff nutzergerecht aufbereitete Beispiele bereitstellen. Zusätzlich wurde ein KI-gestütztes Werkzeug zur Analyse von Freihandskizzen erarbeitet, das in frühen Entwicklungsphasen Rückmeldung zu kraftflussgerechtem Strukturleichtbau gibt.
Die entwickelten Methoden wurden in Schulungen mit Studierenden und einem Industriepartner evaluiert. Dabei konnten signifikante Einsparungen bei Masse und Bauteilanzahl erzielt werden. Über 88 % der Teilnehmenden bestätigten die Praxistauglichkeit der Methodik für die Entwicklung funktionsintegrierter und leichtbaugerechter SLM-Bauteile.
Ansprechpartner:
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: 08/2022 abgeschlossen
Das IKTD entwickelte im Projekt „DfAM“ systematische Methoden zur Unterstützung der additiv fertigungsgerechten Konstruktion. Ziel war es, Konstruierende insbesondere in der Konzept- und frühen Entwurfsphase durch geeignete Lösungsprinzipien und eine begleitende Methodik zu befähigen, die Potenziale additiver Fertigung gezielt zu nutzen.
Additive Fertigung unterscheidet sich grundlegend von anderen urformenden Fertigungsverfahren, da Material schichtweise aufgebaut wird. Es sind keine weiteren Werkzeuge notwendig, sodass den Konstruierenden mehr Gestaltungsfreiheit geboten wird. Insbesondere für komplexe Geometrien, geringe Stückzahlen und kleine Volumina bieten sich wirtschaftliche Potenziale. Dennoch bestehen aktuell noch technische Restriktionen und wirtschaftliche Unsicherheiten, etwa durch limitierte Technologien und geringe Standardisierung.
Im Projekt wurden Kriterien zur Beurteilung der additiven Fertigungsgerechtheit entwickelt und in einem Wirknetz verknüpft, um Wechselwirkungen transparenter zu machen. Darauf aufbauend entstanden zwei zentrale Methoden: eine zur Neuentwicklung additiv fertigungsgerechter Lösungsprinzipien sowie eine zur Auswahl und Anpassung vorhandener Lösungsprinzipien. Unterstützt wird der Konstruktionsprozess durch eine digitale Lösungssammlung, die additive Restriktionen und Effektträger berücksichtigt.
Die Methodik wurde in Versuchen mit 48 Studierenden validiert. Dabei konnte eine signifikante Verbesserung der Konstruktionsqualität in Hinblick auf Funktionsintegration und Kompaktheit festgestellt werden. Das Projekt schafft somit eine methodische Grundlage für das Konstruieren im Kontext additiver Fertigung.
Ansprechpartner:
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: 11/2025 abgeschlossen
Das Forschungsprojekt „Datenzentrierte Modellierung und Entwicklung smarter Produkt-Service-Systeme“ adressiert die methodische Unterstützung der systematischen Entwicklung smarter PSS auf Basis datengetriebener Entwicklungskonzepte. Ausgangspunkt ist der zunehmende Bedarf produzierender Unternehmen, nicht nur physische Produkte, sondern auch datenbasierte Dienstleistungen als Teil hybrider Leistungsbündel zu gestalten. Dabei wird ein holistischer Engineering-Ansatz verfolgt, der auf Prinzipien des Systems Engineering und insbesondere des Model-Based Systems Engineering (MBSE) aufbaut.
Im Zentrum steht die datenzentrierte Modellierung von Systembestandteilen sowie deren Daten- und Informationsflüssen. Diese Methodik ermöglicht die explizite Beschreibung sowohl der Datenverfügbarkeiten innerhalb des technischen Systems als auch der externen Datenbedarfe, z. B. aus Nutzungs-, Betriebs- oder Wartungskontexten. Durch diese Transparenz werden Unternehmen befähigt, datenbasierte Services systematisch zu entwickeln und in ergebnisorientierte Geschäftsmodelle zu überführen, um neue Wertschöpfungspotenziale im Kontext digitaler Transformation zu erschließen.
Die entwickelte Modellierungsmethodik basiert auf den Sprachen SysML sowie UML und wird im Open-Source-Tool Arcadia Capella umgesetzt. Capella ermöglicht eine praxisnahe, lizenzfreie und visuell geführte Systemmodellierung, wodurch der Einstieg in MBSE auch für weniger erfahrene Unternehmen erleichtert wird. Ergänzt wird die Methodik durch Leitfäden, Modellierungsvorlagen und domänenspezifische Erweiterungen, die den Einsatz im Kontext smarter PSS adaptiv unterstützen.
Ansprechpartner:
Yevgeni Paliyenko
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: bis 12/2025
Das Forschungsprojekt „Modernes Entwicklungsmanagement“ zielt darauf ab, systematische Ansätze zur Gestaltung zukunftsfähiger Organisations- und Führungsstrukturen im Bereich Forschung & Entwicklung (F&E) innerhalb der Nutzfahrzeugindustrie (NFZ) zu entwickeln.
Im Fokus steht die Frage, wie Aufbau- und Ablauforganisation sowie Governance-Strukturen so gestaltet werden können, dass moderne Entwicklungsansätze – wie agile Methoden, KI-gestützte Prozesse und interdisziplinäre Teams – wirksam integriert und nachhaltig verankert werden. Ziel ist es, Unternehmen methodisch bei der strukturellen Öffnung für Innovation, Flexibilität und Effizienz zu unterstützen.
Zentrale Schwerpunkte sind:
- Die Transformation klassischer Linienorganisationen in adaptive, lernfähige Strukturen.
- Die Entwicklung von Referenzmodellen zur Kopplung von Governance-Mechanismen mit F&E-Prozessen.
- Die Weiterentwicklung der Managementrolle in technologiegetriebenen Entwicklungsumfeldern.
Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern aus der NFZ-Branche durchgeführt, um praxisnahe Anforderungen aufzunehmen und die entwickelten Ansätze in realen Anwendungskontexten zu erproben. Die methodische Grundlage bildet eine Kombination aus Fallstudien, Experteninterviews und strukturierter Modellbildung. Ziel ist es, konkrete und umsetzbare Handlungsempfehlungen für Unternehmen im produzierenden Gewerbe bereitzustellen, die ihre Entwicklungsorganisation zukunftsorientiert aufstellen möchten.
Ansprechpartner:
Oliver Mitschang
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: Bis 12/27
In dem Forschungsprojekt „Umgang mit der Komplexität im Post-Merger Übergang von zwei Produktbaukästen“ werden verschiedene Methoden und Ansätze, primär im Variantenmanagement, erforscht, um den Übergang zu einem neuen Produktbaukasten möglichst effektiv zu gestalten. Der Kontext ist dabei die strategische und operative Produktplanung in der Nutzfahrzeugindustrie.
Die Schwerpunkte des Projekts sind:
- Die Erarbeitung eines Bewertungsmodells über die Leistbarkeit/Machbarkeit eines Baukastenübergangs.
- Die (Weiter-)Entwicklung von Methoden und der dafür notwendigen Werkzeuge zur Variantenreduktion während der Übergangsphase, um die Leistbarkeit und Rentabilität sicherzustellen.
- Entwicklung eines unterstützenden Systemmodells zur Beschreibung und Bewertung des Produktportfolios sowie seines zeitlichen Wandels durch den Baukastenübergang.
Das Forschungsprojekt wird in enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern aus der Nutzfahrzeugbranche durchgeführt. Dadurch können die Forschungsergebnisse in praxisnahen und hochkomplexen Umgebungen validiert werden. Hierfür werden Fallbeispiele zur Demonstration und zur Hochrechnung möglicher Potentiale der Methoden erarbeitet. Die Ergebnisse werden anschließend mit Experten aus der Industrie in Interviews und Workshops diskutiert sowie iterativ verbessert. Das Ziel ist dadurch eine langfristig umsetzbare, skalierbare und wiederverwendbare Methode für das Variantenmanagement im Übergang von Produktbaukästen zu entwickeln.
Aufgrund der thematischen Nähe, wird das Projekt in enger Abstimmung mit dem Forschungsprojekt „Artificial intelligence in complexity management“ durchgeführt.
Ansprechpartner:
Sean Ryan Mueller
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: 07/2025 - 06/2028
Das Projekt untersucht, wie Künstliche Intelligenz zur verbesserten Wiederverwendung von CAD-Daten in Maschinenbauunternehmen beitragen kann. Obwohl umfangreiche Teile- und Baugruppenbibliotheken vorhanden sind, bleibt deren Potenzial bislang ungenutzt: Inkompatible Datenformate, unvollständige Dokumentationen und fehlende Suchmöglichkeiten führen dazu, dass Konstrukteurinnen und Konstrukteure Bauteile oft neu entwickeln. Ziel ist es, mit maschinellen Lernmodellen neue Wege der semantischen Analyse, Aufbereitung und Suche nach bestehenden Baugruppen zu erforschen.
Erforscht wird eine Pipeline, die CAD-Modelle, Zeichnungen, Stücklisten und Begleitdokumente systematisch verarbeitet. Geeignete KI-Modelle sollen dabei genutzt werden, um technische Inhalte konsistent zusammenzufassen und für Such- und Empfehlungssysteme nutzbar zu machen. Das Projekt legt besonderen Wert auf die Untersuchung der Robustheit aktueller Modelle, der Grenzen automatischer Interpretationen sowie der Transparenz von Unsicherheiten im industriellen Einsatz.
Neben den technologischen Möglichkeiten wird auch das Suchverhalten der Anwendergruppe empirisch erhoben, sodass eine Erkenntnis darüber möglich ist, inwiefern die Repräsentation von gesuchten und historischen Lösungen in einem Wiederverwendungssystem vergleichbar sind.
Das Thema wird in enger Kooperation mit einem Industriepartner aus der Region Stuttgart erarbeitet.
Ansprechpartner:
Jonas Fastabend
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: bis 12/2026
Im Projekt wurde ein webbasiertes Assistenzsystem entwickelt, das Studierende beim Erlernen des technischen Zeichnens unterstützt. Ziel ist es, komplexe Inhalte verständlich zu vermitteln, individuelles Feedback zu beschleunigen und die Lehre effizienter zu gestalten. Grundlage war eine Analyse studentischer Übungsaufgaben, die zeigte, dass die meisten Fehler auf Schwierigkeiten im räumlichen Denken, Flüchtigkeitsfehler und fehlendes Fachwissen zurückzuführen sind. Daraus wurde ein dreiteiliges Konzept entwickelt, das gezielt auf diese Bereiche eingeht.
Das Assistenzsystem bietet verschiedene Funktionen, die den Lernprozess unterstützen. Ein Fragenkatalog mit automatischer Auswahl sorgt dafür, dass Studierende verstärkt mit Inhalten arbeiten, in denen sie noch unsicher sind. Eigenständig erstellte Zeichnungen können hochgeladen und automatisch in 3D-Modelle überführt werden, die sich mit Musterlösungen vergleichen lassen. Zudem ist es möglich, eingescannte Zeichnungen einzureichen, die vom System auf Fehler geprüft werden. Das Feedback wird anschaulich und verständlich aufbereitet, sodass die Studierenden ihre Bearbeitungen verbessern können.
Besonderer Wert wurde auf eine benutzerfreundliche und inklusive Gestaltung gelegt. Die Anwendung ist zweisprachig in Deutsch und Englisch verfügbar, besitzt ein kontrastreiches Design, eine Zoom-Funktion und ein Farbschema, das auch für Personen mit Rot-Grün-Sehschwäche geeignet ist. Die Nutzung erfolgt über persönliche Accounts, Lehrende können Lernfortschritte einsehen, während alle Daten datenschutzkonform auf sicheren Servern gespeichert werden.
Technisch basiert das System auf einer Kombination bewährter Verfahren und moderner KI-Methoden. Während einfache Aufgaben mit klassischen Bildverarbeitungsalgorithmen bearbeitet werden, nutzt die automatisierte Analyse komplexer Zeichnungen ein multimodales KI-Modell, das Bild- und Textinformationen kombiniert.
Ansprechpartner:
Benedikt Müller, Jonas Fastabend
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: 2022 - 2024
Das Projekt befasst sich mit der Effizienzsteigerung in der technischen Produktarchitekturplanung hochvarianter Produktportfolios von Investitionsgütern am Beispiel der Nutzfahrzeugindustrie. Es verfolgt einen systematischen, iterativen Ansatz zur Analyse, Bewertung und Optimierung von Prozessen, Datenstrukturen und Werkzeuglandschaften im Kontext der Variantenplanung und technischer Systeme. Ziel ist es, die Prozesse unter Einsatz künstlicher Intelligenz zukunftsfähig weiterzuentwickeln.
Zentrale Schwerpunkte des Projekts sind:
- Analyse und Dokumentation bestehender Prozesse in der Architektur- und Variantenplanung, inklusive Stakeholder-Mapping und Problemidentifikation.
- Systematisierung der Daten- und Toollandschaft, Konfigurationslogik, Variantenbäume und Freigabekriterien im Hinblick auf den Einsatz von künstlicher Intelligenz.
- Integration von KI-basierten Ansätzen zur Unterstützung und Automatisierung von Prozessen.
- Konzeption und prototypische Umsetzung von IT-gestützten Lösungen und Workflows.
- Validierung entwickelter Konzepte anhand realer Anwendungsfälle und exemplarischer Umsetzungen.
Das Forschungsprojekt wird in enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern aus der Nutzfahrzeugbranche durchgeführt, um praxisnahe Anforderungen aufzunehmen und die entwickelten Ansätze in realen, hochkomplexen Anwendungskontexten zu erproben. Die methodische Grundlage umfasst Fallstudien, Fallbeispiele, Experteninterviews, Workshops und strukturierte Modellbildung,
um mögliche Potenziale zu demonstrieren und hochzurechnen. Die Ergebnisse werden gemeinsam mit Industrieexperten diskutiert und iterativ verbessert. Ziel ist es, konkrete, umsetzbare und skalierbare Handlungsempfehlungen und Methoden bereitzustellen, die Unternehmen im produzierenden Gewerbe unterstützen, ihre Entwicklungsorganisation zukunftsorientiert auszurichten und ein wiederverwendbares Variantenmanagement im Übergang von Produktkästen zu etablieren.
Ansprechpartner:
Fionn Winger
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: Bis 12/27
Kreislaufwirtschaft (engl. Circular Economy) gilt als vielversprechendes Konzept, um als nachhaltige Handlungsweise dem ständig steigenden Druck auf Primärressourcen entgegenzuwirken. Der Schwund verschiedener Materialien wie zum Beispiel seltener Erden erfordert einen Wechsel von einer linearen Wirtschaft (engl. „Cradle to Crave“) zu einem zirkulären Produktlebenszyklus. Die Kreislaufwirtschaft bedient sich des Grundgedankens der Maximierung der Wiederverwendung von Ressourcen und möglichst großen Teilumfängen des Produkts über mehr als ein Produktleben zur Verbesserung der Nachhaltigkeit. Dabei beschreiben unterschiedliche Kreislauf-Strategien („R-Strategien“), in welche Phase des Lebenszyklus Produktkomponenten zurückgeführt werden und geben somit indirekt die Beschaffenheit der dazugehörigen Rückführprozesse vor.
Mit der Festlegung der Produktarchitektur – als Ergebnis der frühen Phasen der frühen Entwicklungsphasen – wird der größte Teil der Kosten, Umweltbelastungen und sozialen Auswirkungen über den gesamten Lebensweg eines Produkts bestimmt. Sie legt mit Produktfunktionen, deren technischer Umsetzung und den benötigten Komponenten schon früh Module und Schnittstellen fest, die die weitere Entwicklung und die Prozesse im Verlauf des Lebenszyklusses stark beeinflussen.
Die Idee des Forschungsprojekts ist, die Aspekte, die unterschiedliche R-Strategien ausmachen, als Leitfaden und integrierte Entscheidungsmethode im Zusammenkommen der funktionalen Aspekte eines neuen zirkulären Produkts (Anforderungen, Funktionen, …) und dessen Baustruktur (technische Prinzipien, Bauteile, mögliche Modularität vis-à-vis der R-Strategien, …) zusammenzubringen. Die Ziele des Forschungsvorhabens sind die Erkenntnis darüber, wie das Grundlagenwissen, das heute vorliegt, sich konkret auf die Schritte der Entwicklung, insbes. die Gestaltung von Architekturen und begleitenden Konzeptentscheidungen in den frühen Phasen auswirkt sowie die Entwicklung einer darauf aufbauenden Methodik zur Gestaltung kreislaufgerechter Produktarchitekturen.
Ansprechpartner:
Merlin Stölzle
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: Bis 12/27
Zusammen mit COALAXY führte das IKTD in der ersten Jahreshälfte 2024 eine umfassende Studie zum Thema kreislaufgerechte Produkte mit dem Schwerpunkt auf deren Architekturen durch.
Bereits in der Produktplanungs-, Konzeptionierungs- und Entwurfsphase, als frühe Phasen der Produktentwicklung bezeichnet, wird der größte Teil der Kosten, Umweltbelastungen und sozialen Auswirkungen über den gesamten Lebensweg eines Produkts bestimmt. Deshalb birgt die Entwicklungsphase ein besonders großes Potenzial zur Steigerung von Wohlbefinden und Ressourceneffizienz sowie zur Senkung von Treibhausgasemissionen.
Die Produktarchitektur und ihre unterschiedlichen Perspektiven auf das Produkt, wie beispielsweise die Material-, Prozess- und IT-Sicht, spielt insbesondere in der Geburtsstunde von Produkten eine zentrale Rolle bei der Festlegung späterer Umweltauswirkungen.
Ziel der Studie war es, wesentliche Stellhebel zu identifizieren, um zukünftige Produktarchitekturen kreislaufgerecht zu gestalten. Innerhalb von 35 Interviews wurde zusammen mit den Interviewpartnern aus mittlerem und hohem Management aus verschiedensten produzierenden Unternehmen erörtert, welche Herausforderungen momentan bei der Entwicklung kreislauffähiger Produkte bestehen.
Kernfragen der Studie waren:
- Was sind die größten Herausforderungen bei der Entwicklung kreislaufgerechter Produkte?
- Was sind die wesentlichen Erfolgsfaktoren und Stellhebel für kreislaufgerechte Produktentwicklung?
- Welche Gestaltungsmerkmale einer Produktarchitektur sind entscheidend für Kreislaufgerechtheit?
Entstanden ist ein ausführlicher Studienbericht, der die wichtigsten Wertströme und Erfolgsfaktoren einer resilienten Produktentwicklung detailliert beleuchtet und einen Einblick in die aktuelle Praxis der Entwicklung kreislaufgerechter Produkte erlaubt.
Ansprechpartner:
Matthias Kreimeyer
Merlin Stölzle
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: 08/2024 abgeschlossen
Das IKTD forscht im Rahmen von S-TEC zusammen mit weiteren Instituten der Universität Stuttgart am Zentrum für biointelligente Wertschöpfung (The Biointelligence Engine). Die am Zentrum durchgeführte Forschung soll zur Stärkung des Wirtschaftsstandorts Baden-Württemberg beitragen und zielt darauf ab, eine erfolgreiche Transformation zu einer nachhaltigen industriellen Wertschöpfung zu bewirken. Ein Aspekt dieser Transformation ist die systematische Entwicklung biointelligenter Systeme.
Biointelligente Systeme zeichnen sich durch die Interaktion von biologischen, technischen und informationstechnischen Komponenten aus und manifestieren sich als eine vielversprechende Innovationsrichtung. Ziel dieser Integration ist die nachhaltige, effiziente und intelligente Gestaltung von Produkt- und Produktionssystemen. Die hohe Dynamik und die variierenden Lebenszyklen biologischer Systeme machen es evident, dass konventionelle Entwicklungsstrategien nicht in der Lage sind, den Entwicklungs- und Produktlebenszyklus gänzlich abzudecken.
Im Rahmen des Forschungsprojekts ist es daher von essentieller Bedeutung, eine methodische Vorgehensweise für die Entwicklung von biointelligenten Produkten und Produktionssystemen zu ermitteln. Die Identifizierung der dabei entstehenden Herausforderungen stellt einen wesentlichen Aspekt des Projekts dar. Das Ziel besteht in der Erarbeitung von Methodiken, die darauf abzielen, die entsprechenden Herausforderungen zu überwinden und die interdisziplinäre Entwicklung biointelligenter Systeme in Zukunft zu erleichtern.
Gefördert wird das Projekt vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus des Landes Baden-Württemberg und kofinanziert von der Europäischen Union.
Ansprechpartner:
Carl Simon, Yevgeni Paliyenko
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: 07/2025 - 12/2027
Die Einführung Künstlicher Intelligenz (KI) in der Produktentwicklung bietet enormes Potenzial, wird in der Praxis jedoch durch fehlende Ressourcen, KI-Expertise und handhabbare Vorgehensmodelle erschwert. Gerade in den frühen Phasen der KI-Systementwicklung - von der Ideenfindung bis zur Umsetzung erster Anwendungsfälle - besteht ein hoher Bedarf an strukturierten Vorgehensweisen und industrietauglichen Unterstützungsmethoden.Unsere Forschung adressiert diesen Bedarf durch die Entwicklung praxistauglicher Methoden entlang des gesamten KI-Systementwicklungszyklus, die es auch Nicht-KI-Experten ermöglichen, KI-Vorhaben fundiert vorzubereiten:
- AI Idea Sheet (TRL 1 – Grundprinzipien und Vision): unterstützt die strukturierte Erfassung und erste Bewertung früher KI-Ideen.
- Anwendungsdomänen-Karte (problem-orientierte Perspektive auf KI-Anwendungsfälle, ab TRL 2 – spezifisches Umsetzungskonzept): dokumentiert systematisch Herausforderungen, Prozesse und Kontexte innerhalb der Anwendungsdomäne des geplanten KI-Systems.
- Daten-Karte (daten-orientierte Perspektive, ab TRL 2): schafft Transparenz über verfügbare Daten, deren Qualität und Eignung für die KI-Systementwicklung.
- KI-Anwendungsfall-Karte (technologie-orientierte Perspektive, aufbauend auf den problem- und daten-orientierten Perspektiven, ab TRL 2): ermöglicht die konsistente Beschreibung, Bewertung und Vergleichbarkeit von KI-Anwendungsfällen.
Auf Basis der Methoden können Roadmaps für Umsetzungsprojekte detailliert und belastbar abgeleitet werden, welche die Erfolgswahrscheinlichkeit der KI-Initiativen positiv beeinflussen.
Die Methoden fördern den Wissensaustausch zwischen Domänen-und KI-Experten, reduzieren Kommunikationsbarrieren und schaffen eine nachvollziehbare Entscheidungsbasis für die Priorisierung und Planung von KI-Initiativen.
Damit tragen die Ergebnisse unserer Forschung zu mehr Transparenz, Nachvollziehbarkeit und Akzeptanz bei der Einführung von KI-Systemen bei - und ebnen den Weg von ersten Ideen hin zu integrierten, industrienahen KI-Lösungen in der Produktentwicklung. Anwendungen sind bereits erfolgreich in unterschiedlichen Industrieprojekten und Workshopformaten erfolgt. Schulungsformate im Forschungsfeld werden zudem angeboten.
Ansprechpartner:
Benedikt Müller
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: Bis 2026
Das Forschungsprojekt widmet sich der Frage, wie Methoden der Künstlichen Intelligenz dazu beitragen können, die zunehmende Komplexität in der industriellen Produktion beherrschbarer zu machen und gezielt zu reduzieren. Ausgangspunkt ist die Untersuchung des Variantenmanagements in der Nutzfahrzeugindustrie, wo eine stetig wachsende Produktvielfalt zu organisatorischen, technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen führt.
Im Zentrum steht die systematische Analyse und Modellierung von Prozessen, Datenstrukturen und Entscheidungsmechanismen, die mit der Entstehung und Steuerung von Varianten verbunden sind. Dabei werden bestehende Methoden, Werkzeuge und Best Practices erfasst, bewertet und in einen übergreifenden Kontext eingeordnet. Ziel ist es, Kriterien und Mechanismen zu entwickeln, mit denen die Komplexität messbar gemacht und deren Auswirkungen auf Produktion und Kosten transparent dargestellt werden können.
Besonderes Augenmerk liegt auf der Anwendung von KI-gestützten Ansätzen, um Muster in Daten zu erkennen, Entscheidungsprozesse zu unterstützen und Potenziale zur Variantenreduktion aufzuzeigen. Auf dieser Basis wird ein Kostenmodell auf Ebene einzelner Produktvarianten entwickelt, das die Hauptkostentreiber identifiziert und eine fundierte Abwägung ermöglicht: Welche Komplexität ist wertschöpfend und sollte erhalten bleiben, und wo lohnt sich eine gezielte Reduktion?
Durch die enge Zusammenarbeit mit Industriepartnern der Nutzfahrzeugbranche werden die Konzepte praxisnah validiert und hinsichtlich ihrer Umsetzbarkeit überprüft. So entsteht ein wissenschaftlich fundierter und zugleich anwendungsorientierter Beitrag zum Komplexitätsmanagement in der Produktion.
Ansprechpartner:
Havvanur Sirin
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: Bis 03/2028
Antriebstechnik und Rechnerunterstützte Produktentwicklung
Das Bauwesen trägt signifikant zur globalen Treibhausgasemission bei. Die Herstellung von Zement für Beton trägt mit einem Anteil von 6 bis 10 % zu den Treibhausgasemissionen bei. Der Effekt von Einsparmaßnahmen in diesem Bereich ist entsprechend hoch. Flächige Bauteile, insbesondere Plattentragwerke, stellen einen bedeutenden Anteil des Betons in Gebäuden dar und bieten daher ein erhebliches Potenzial zur Einsparung grauer Energie und Material durch Aktuierung.
Durch den Einsatz von adaptiven Tragwerken kann die Ressourcennutzung reduziert und die Lebensdauer verlängert werden. Die Kombination von Tragwerken mit Aktoren, Sensoren und Regelungseinheiten ermöglicht eine Reaktion auf Belastungen. Dadurch kann der Lastabtrag optimiert und Verformungen und Schwingungen reduziert werden, indem gezielt Spannungen und Verformungen eingebracht werden. Dies ermöglicht eine Auslegung des Tragwerks mit geringerem Materialeinsatz. Dadurch können die Emissionen über den gesamten Lebenszyklus des Bauwerks reduziert werden.
Die Aktoren müssen die spezifischen Anforderungen des Bauwesens erfüllen: u. a. hohe Kräfte, kleine Stellwege bei hoher Zuverlässigkeit. Am IKTD wurden Aktoren zur Integration in Stabtragwerke entwickelt und im realmaßstäblichen Demonstratorhochhaus des SFB 1244 umgesetzt. Weitere Entwicklungen befassen sich mit Aktoren in biegebeanspruchten Bauteilen wie Platten und Balken. Gemeinsam mit dem ILEK wurden hierfür Akutierungs- und Aktorkonzepte untersucht. Beispielsweise wurden für Platten Aktoren entwickelt, die Kräfte in mehrere Raumrichtungen einleiten können. Diese wurden an 2 m × 2 m großen Platten getestet. In einem größeren Prototyp mit 10 m × 6 m Platten wird mittels linearer Aktoren eine adaptive Vorspannung über Stahlseile erzeugt. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Entwicklungsmethoden für adaptive Tragwerkskomponenten ein.
Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) – Projektnummer 279064222 – SFB 1244.
Ansprechpartner:
Matthias Bosch
Matthias Bachmann
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: 01.2017 bis 12.2025 | abgeschlossen
Beveloidräder besitzen aufgrund einer veränderlichen Profilverschiebung entlang der Zahnbreite eine konische Zahnform mit evolventischer Stirnschnittgeometrie. So können Getriebekonzepte mit kleinem Achswinkel umgesetzt werden. Insbesondere eine windschiefe Achslage bietet den Vorteil, dass Konzepte mit optimaler Bauraumnutzung, Gewichts- und Kosteneinsparung ermöglicht werden. Bei nicht paralleler Achslage sind jedoch die Grundzylinder zueinander verkippt und besitzen keine gemeinsame Eingriffsebene. Dies führt zu einem punktförmigen Flankenkontakt an einer Breitenposition.
Ziel der Untersuchungen war die Herleitung einer Berechnungsmethode, die den Getriebeentwickler bei der Auslegung und Optimierung von Beveloidradpaarungen in beliebiger Achslage unterstützt. Diese basiert auf der lokalen Anpassung der Verzahnungsdaten, wodurch ein konjugierter Eingriff angenähert wird. Durch mithilfe dieser Methode ausgelegten Beveloidradpaarungen wurde in theoretischen und experimentellen Untersuchungen zum Übertragungsverhalten deren Wirksamkeit nachgewiesen. Darüber hinaus wurde die Herstellbarkeit von so ausgelegten Beveloidrädern mit konventionellen Verzahnungsmaschinen durch eine Fertigungssimulation beurteilt und eine Übertragbarkeit der Methode auf andere evolventische Verzahnungen geprüft.
Die Berechnungsmethode basiert auf einem analytischen Ansatz, so dass diese mit einer beliebigen mathematischen Software umsetzbar ist. Im Rahmen der Untersuchungen wurde zur Berechnung ein Matlab-Skript und zur Übergabe der Eingabegrößen und Visualisierung der Ergebnisse die institutseigene Software SimKoS verwendet.
Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) –Förderkennzeichen BI 746/35-1
Ansprechpartner:
Matthias Bachmann
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: 07.2019 bis 06.2021 | abgeschlossen 2022
https://elib.uni-stuttgart.de/items/ac4e4050-57be-44d0-97e7-3180d19c2548
In einer Forschungskooperation mit der Elektror airsystems gmbh wurden die Systembelastungen von schnell drehenden Hochdruck-Radialventilatoren analysiert und optimiert. Die durch systematische Vorgehensweise gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen den Einsatz hoher Drehzahlen in Kombination mit der in der Ventilatorenbranche bewährten und kostengünstigen Blechbauweise von Laufrad und Gehäuse. Dies führt zu neuen und wirtschaftlichen Ventilatorentypen, die hinsichtlich ihrer Effizienz und ihrer Betriebspunkte bisher nicht verfügbar sind. Dadurch wird eine Marktlücke geschlossen, da herkömmliche Blechbauweise-Ventilatoren bei diesen Betriebspunkten meist ineffizient und Ventilatoren mit Freiformlaufrädern teurer in der Herstellung sind.
Die systematische Vorgehensweise für den Optimierungsprozess wurde mit Hilfe zweier entwickelter schnell drehender Hochdruck-Radialventilatoren mit 12.000 1/min und 15.000 1/min evaluiert, deren Systembelastungen ganzheitlich optimiert wurden. Der Vergleich mit Ventilatoren verschiedener Hersteller belegt einen bis zu 30 % höheren Luftwirkungsgrad in Kombination mit einem kompakten kostengünstigen Design in Blechbauweise und bestätigt damit die Vorgehensweise. Ein Leitfaden, der die systematische Analyse und Optimierung der Systembelastungen beschreibt, rundet die Arbeit ab.
Ansprechpartner:
Matthias Bachmann
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: 05.2009 bis 12.2014 | abgeschlossen 2023
https://elib.uni-stuttgart.de/items/02eb35c9-0fec-43e5-af6f-080731107e69
Gefördert durch die Margarete Müller-Bull Stiftung
Aufgrund steigender Anforderungen durch Umweltauflagen und die Elektrifizierung der Automobilindustrie besteht ein zunehmender Bedarf an effizienteren, kompakteren und leichteren Elektromotoren. Fortschritte in der Leistungselektronik ermöglichen zudem erweiterte Einsatzbereiche, wie Drehzahlen bis zu 50 000 min⁻¹, Energierückgewinnung beim Bremsen und weitere Funktionen, die über den Betrieb konventioneller stationärer Elektromotoren hinausgehen. Diese Entwicklungen führen zu erhöhten Leistungsdichten und stellen zusätzliche Anforderungen an Bauteile und deren Verbindungen, insbesondere an Rotorkerne bzw. Blechpakete in Rotoreinheiten.
Ein zentraler mechanischer Aspekt ist die Drehmomentübertragung in der Welle-Nabe-Verbindung zwischen Rotorwelle und Rotorblechpaket. Formschlüssige Verbindungen sind bei stoßartigen Belastungen in modernen Elektromotoren nur bedingt geeignet. Als technisch und wirtschaftlich günstigste Lösung gilt die kraftschlüssige Pressverbindung.
Ziel der Forschung ist die Untersuchung des Verbesserungspotenzials der Drehmomentübertragbarkeit durch höhere Übermaße und eine elastisch-plastische Auslegung der Verbindung.
Hierzu werden numerische Simulationen und experimentelle Prüfungen kombiniert, um das mechanische Verhalten der Verbindung unter hohen Drehzahlen und variierenden Fugendrücken zu analysieren. Auf Basis der Ergebnisse werden Belastbarkeit, Versagensverhalten sowie Auslegungskriterien – einschließlich des Einflusses des Trainiereffekts – und die Designlimits elastisch-plastisch ausgelegter Pressverbindungen für Blechpakete in Abhängigkeit von Geometrie und Materialparametern bestimmt und dokumentiert.
Die gewonnenen Erkenntnisse tragen zur Entwicklung leistungsdichterer und mechanisch sichererer Rotoren für zukünftige Hochleistungs-Elektromaschinen bei.
Ansprechpartner:
Emre Baris Yildiz
Markus Wagner
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: 09.2022 bis 03.2025
https://www.themis-wissen.de/#/portal/project/229026/Pressverb-nde-in-hochdrehenden-E-Maschinen
Reibschlüssige WNV werden in der Antriebstechnik häufig zur Übertragung von Kräften und Momenten bei Wellen und Achsen eingesetzt, wobei die notwendige Reibkraft zur Erfüllung der Primärfunktion maßgeblich vom Fugendruck bestimmt wird. Dessen Höhe und Verlauf können aktuell nicht direkt gemessen werden, sondern werden indirekt über analytische, simulative oder experimentelle Untersuchungen angenähert.
Die analytische Auslegung ist weitestgehend standardisiert und eine rein elastische Auslegung ist zuverlässig möglich. Durch Steifigkeitssprünge an den Nabenkanten tritt jedoch ein ungleichmäßiger Fugendruckverlauf mit Spannungsüberhöhungen auf, die in der DIN 7190 nicht erfasst werden. Folglich sind erhebliche Abweichungen zu erwarten, welche in hohe Unsicherheiten bei der Auslegung resultieren und in Form von großen Sicherheitsfaktoren berücksichtigt werden.
Die WNV wird überdimensioniert, was im Widerspruch zum aktuellen Bestreben der Industrie nach hoher Materialausnutzung und großer Gewichtseinsparung steht.
Im Rahmen des Projektvorhabens soll ein multisensorisches Dünnschichtsystem für die Integration in einem zylindrischen Pressverband zur Ermittlung von Zustands- und Prozessdaten mit hoher Informationsqualität entwickelt und untersucht werden. Damit wird erstmals eine direkte Messung der mechanischen Spannungen, Dehnungen und Temperaturen in der Hauptbelastungszone (in-situ) ohne signifikante Beeinflussung der Primärfunktion des Maschinenelements (MEs) angestrebt, und der zylindrische Pressverband wird zu einem sensorintegrierten Maschinenelement.
Die von der Sensorik erfassten Betriebsdaten ermöglichen eine Echtzeitzustandsüberwachung und bilden die Grundlage für fortschreitende Digitalisierung im Rahmen der Industrie 4.0.
Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) – Projektnummer 511576481
Ansprechpartner:
Charlotte Breuning
Projektlaufzeit/Abschluss-Jahr: 11.2023 bis 01.2026
Hochleistungskeramiken werden aufgrund ihrer vorteilhaften Werkstoffeigenschaften wie beispielsweise der hohen Härte, der guten Verschleißfestigkeit, ihrer chemischen Beständigkeit etc. zunehmend für anspruchsvolle Einsatzbereiche mit schwierigen Umgebungsbedingungen gefordert, wo konventionelle Werkstoffe wie Metall oder Kunststoff häufig nicht mehr eingesetzt werden können. Für einen wirtschaftlichen Einsatz teurer keramischer Werkstoffe ist es vorteilhaft, diese nur dort einzusetzen, wo ihre Hochleistungseigenschaften gefordert sind. Um die keramischen Komponenten an die restliche Struktur anzubinden, sind in der Regel Welle-Nabe-Verbindungen erforderlich. Hierunter stellen Querpressverbände die keramikgerechteste Art der Verbindung dar, weil diese frei von geometrischen Kerben sind und die Krafteinleitung in einem großen Bereich erfolgt.
Aufgrund eines Steifigkeitssprunges entstehen bei Querpressverbänden am Nabenanfang und -ende Spannungsspitzen, die besonders bei spröden Nabenmaterialien zu einem sofortigen Versagen der Verbindung führen können. Für einen sicheren Einsatz hybrider Pressverbände müssen diese Spannungsspitzen vermieden werden.
Durch eine lokale Reduzierung des Übermaßes über eine Konturierung der Stahlwelle kann der Fugendruck in der Verbindung und damit einhergehend die versagenskritische Zugspannung in der Keramiknabe gezielt eingestellt werden. Die erforderliche Konturierung wird durch komplexe numerische Analysen bestimmt.
Mit der am Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design entwickelten Auslegungsrichtlinie ist eine dauerfeste Auslegung von Querpressverbänden mit Naben aus monolithischer Keramik möglich.
Für technische Einsatzgebiete wurde dieses Auslegungsverfahren erstmals für Pumpenlaufräder von Tauchmotorpumpen angewendet. In Versuchen konnte die enorme Erhöhung der Standzeit keramischer Laufräder nachgewiesen werden. Im Vergleich zum teilweise massiven Verschleiß an Metalllaufrädern zeigten Keramiklaufräder nur minimale Verschleißspuren.
Ansprechpartner:
Markus Wagner
Projektarchiv:
Forschungsprojekte TD
Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Optimierung der Informationsübertragung zwischen Mensch und Maschine in Abhängigkeit des Alters und der sensomotorischen und kognitiven Leistungsfähigkeit (siehe Abbildung 1). Hierbei soll durch die nutzerzentrierte Gestaltung des ultraschallbasierten Feedbacks der audiovisuelle Wahrnehmungskanal, insbesondere älterer Menschen bei der Interaktion mit berührungslosen Mensch-Maschine-Schnittstellen (Gestensteuerung) durch unterstützende taktile Informationsübermittlung entlastet werden. Im Alter auftretende kognitive und sensomotorische Verluste hinsichtlich der taktilen Wahrnehmung, sollen dabei kompensiert werden. Im Rahmen von vier Studien werden jeweils jüngere (18-54 Jahre) und eine ältere Studienteilnehmende (55-85 Jahre) verglichen. Basierend auf den Studienergebnissen Ergebnis sollen kontextabhängige Gestaltungsrichtlinien für das ultraschallbasierte Feedback eines Sliders im Raum abgeleitet werden. Im Fokus steht dabei die Ermittlung konkreter taktiler Feedbackeigenschaften in Form der Intensität, Modulationsfrequenz, Feedbackdurchmesser, Feedbackort, Skalenabstand, Darstellung charakteristischer Feedbackpunkte in Abhängigkeit des Alters und der sensomotorischen und kognitiven Leistung der Nutzer.
RUMBA hat sich zum Ziel gesetzt, eine positive User- und Customer Experience für automatisiertes Fahren zu realisieren. Im Fokus steht ein hohes Sicherheits- und Komfortempfinden sowie ein positives Raumgefühl bei unterschiedlichen Automatisierungslevels, Sitzpositionen und Nutzerkonfigurationen an. Der Fahrkomfort soll durch ein sicheres und komfortables automatisiertes Fahrverhalten verbessert werden, das die Interaktion zwischen Fahrer- und Nutzerverhalten berücksichtigt. Zudem werden benutzerfreundliche Bedienelemente entwickelt, die eine ergonomische Bedienung während der Fahrt ermöglichen und die Insassen in ihrer neu gewonnen Freiheit nicht einschränken. Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung einer Nutzerzustandserkennung zur Schätzung von Fahrkomfort, Motion Sickness, Übernahmebereitschaft und Fahrsicherheit. Schließlich definierte RUMBA neue Methoden zur Evaluierung von Innenräumen und abgestimmtem Fahrverhalten im Kontext des vollautomatisierten Fahrens.
Im Konsortium mit elf Partnern untersucht das IKTD ergonomische Aspekte alternativer Bedienelemente in unserem Fahrzeugergonomie-Prüfstand und die Sitzdrehung im Fahrzeug mittels digitaler Modelle und in Probandenstudien. Mit Hilfe des neuen VR-Fahrsimulators wird die User Experience mit Fokus auf Sicherheitsempfinden und Raumwirkung in neu entwickelten Innenraumdesigns evaluiert. Die psychologischen Erkenntnisse zu Nutzerbedürfnissen werden in konkrete Anforderungen hinsichtlich Innenraumgestaltung und Interaktionskonzepte überführt. Die partnerübergreifende Konzeption der visionären Fahrzeuginnenräume wird zudem methodisch entlang des gesamten des Designprozesses begleitet und in Form eines Entwicklungsframeworks dokumentiert.
Das Projekt untersucht in welchem Maß Produkte, insbesondere Fahrzeuge, im zeitlichen Kontext wahrgenommen werden. Der Methodik der Conjoint Analyse folgend wird in Nutzerstudien untersucht, welche Designmerkmale für die Wahrnehmung von Alter ausschlaggebend sind und ob es Nutzerpräferenzen gibt. Die Beeinflussung verschiedener Merkmale kann dazu beitragen Produkte gezielt retro oder futuristische wirken zu lassen, sowie dabei helfen nur wenige Bauteile unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit zu updaten und den Kaufanreiz zu erhalten (klassisches Pkw- Facelift).
Die Form und Gestaltung eines Fahrzeugs vermitteln technische Eigenschaften. Dieses Projekt untersucht, mit Nutzerstudien im Fahrzeugergonomie-Prüfstand, wie unterschiedliche Innenraumgeometrien die Wahrnehmung der Nutzer beeinflussen und wie der Innenraum größer, freier, sicherer und komfortabler wirken kann. Ein neues Komfortmodell der Raumwirkung ergänzt bestehende Anforderungen durch Schutz- und Kontrollbedürfnisse. Das Modell abstrahiert den Innenraum in geschlossene Körper und Freiräume, denen unterschiedliche Komfortbedürfnisse zugeordnet sind, und beschreibt Zielkonflikte bei der Gestaltung.
Die Probandenevaluationen zeigen, dass größere Innenräume mehr Freiheit und Schutz vermitteln, jedoch ab einer bestimmten Größe keine weitere Schutzwirkung bieten. Die Position der Windschutzscheibe hat entscheidenden Einfluss: Eine nach vorn versetzte Scheibe erzeugt ein ähnliches Raumgefühl wie eine größere Fahrzeugbreite. Flache Windschutzscheiben wirken sportlich, während extreme Geometrien polarisieren. Die Ergebnisse fließen in das Komfortmodell ein und zeigen, dass die Innenraumgeometrie die Raumwirkung signifikant beeinflussen und so die Fahrezugwirkung gezielt gestaltet werden kann, um den Komfort zu erhöhen.
Das Forschungsprojekt SALSA (Smarte, Adaptive und Lernbare Systeme für Alle) hat das Ziel, die Sicherheit und Akzeptanz automatisierter Fahrzeuge im komplexen Mischverkehr zu verbessern. Durch nachvollziehbares Verhalten und klare Kommunikation soll sowohl das Vertrauen von Personen im Fahrzeug als auch außerhalb des Fahrzeugs gestärkt werden. Dazu wird in SALSA die Anpassung der Technik an den Nutzer untersucht und dabei eine Brücke vom Interieur zum Exterieur geschlagen. Zusammen mit 14 weiteren Partnern aus Industrie und Wissenschaft behandelt das IKTD in SALSA die Anpassung von Fahrverhalten, Fahrzeuggestalt und Interaktionsmodellen bei automatisierten Fahrzeugen. Alle Entwicklungen in SALSA orientieren sich am nutzerzentrierten Entwicklungsprozess. Sowohl bei der Nutzerzustandserkennung, der Adaption und Wissensvermittlung im Innenraum als auch bei der externen Kommunikation – bei SALSA stehen alle Nutzer im Fokus.
Die Schwerpunkte des IKTD liegen im Fahrzeuginneren auf der Entwicklung adaptiver Innenräume mit neuartigen, morphenden Anzeige- und Bedienkonzepten. Und auf der Gestaltung des Innenraums für ergonomisches Schlafen. Auch die Unterstützung einer optimalen Wiederübernahme der Fahraufgabe wird untersucht. Im Exterieur fokussiert sich das IKTD auf die Untersuchung und Optimierung der externen Kommunikation automatisierter Fahrzeuge mit umgebenden menschlichen Verkehrsteilnehmern. Externe Mensch-Maschine Schnittstellen (eHMI) sollen dafür in die Fahrzeuggestalt integriert werden und das Fahrzeug-Design in die Entwicklung einbeziehen.
Projektarchiv: