IHK Magdeburg verleiht „Forschungspreis 2017“

Otto-von Guericke-Universität Magdeburg

Preisträger: Dr.-Ing. Fabian Duvigneau

Thema der Dissertation:

Ganzheitliche simulationsbasierte Bewertung der Akustik von automobilen Antrieben

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrich Gabbert

Fakultät für Maschinenbau; Institut für Mechanik

Zusammenfassung

Neben der Leistungs- und Verbrauchsoptimierung stellt die Reduktion der Schallemission einen wesentlichen Aspekt bei der Entwicklung von Motoren dar. Ziel dieser Dissertation ist die Entwicklung eines Vorhersagemodells der empfundenen Geräuschqualität von Motorgeräuschen auf Basis auralisierter Simulationsergebnisse. Dazu wird eine ganzheitliche Methodik präsentiert, die aus numerischen und psychoakustischen Analysen besteht und sowohl für elektrische als auch verbrennungsmotorische Antriebe anwendbar ist. Die numerischen Analysen beinhalten die Berechnung der Anregungskräfte, eine nachfolgende Schwingungsanalyse sowie eine abschließende Akustiksimulation, deren Ergebnisse anschließend hörbar und somit bewertbar gemacht werden. Die resultierenden

Zeitsignale werden dazu einem Signalverarbeitungsprozess unterzogen und bilden die Grundlage für die Berechnung der psychoakustischen Grundparameter. Die simulierten Motorgeräusche werden nach der Auralisierung durch Probanden in Hörversuchen individuell bewertet. Schließlich werden die Ergebnisse der Signalanalyse und der Hörversuche anhand von Regressions- und Korrelationsanalysen miteinander verglichen. Für das Prognosemodell werden die objektiven Parameter verwendet, die die beste Korrelation mit der subjektiven Empfindung der Geräuschqualität aufweisen. Die entwickelten Prognosemodelle sowie die Ergebnisse der numerischen Simulationen werden mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen validiert.

Die Besonderheit des hier verfolgten Ansatzes ist, dass für die Hörversuche und die Signalanalyse keine experimentell ermittelten Geräusche bzw. Zeitsignale verwendet werden müssen, sondern auralisierte Simulationsergebnisse zum Einsatz kommen. Diese Vorgehensweise ist schon in einer sehr frühen Phase des Entwicklungsprozesses möglich. Sie hat den immensen Vorteil, dass keinerlei Hardware in Form von Prototypen vorhanden sein muss, um Modifikationen am Motor hinsichtlich akustischer Auswirkungen auf den Menschen bewerten zu können. Somit eignet sich das vorgestellte Konzept für eine rein virtuelle akustische Optimierung hinsichtlich der auditiven Wahrnehmung des Menschen.

In dieser Arbeit wird die vorgestellte ganzheitliche Methodik exemplarisch auf die akustische Bewertung von motornahen Kapselungen angewendet, da mit Hilfe von Motorkapseln eine deutliche Reduktion der Schallemission erreicht werden kann. Mit Hilfe des entwickelten Ansatzes können rechnergestützt unterschiedliche Typen von Dämmmaterialien, deren Materialaufbau, Dicke und die geometrische Form der Kapsel im Hinblick auf die qualitative Wahrnehmung bewertet werden. Zusätzlich wird die Bestimmung der für die Simulation erforderlichen Materialparameter der Kapselmaterialien erörtert. Außerdem werden wichtige Fragestellungen hinsichtlich der Genauigkeit und Effizienz des präsentierten ganzheitlichen Ansatzes, sowie Optimierungspotentiale von Motorkapselungen diskutiert.

Hochschule Magdeburg-Stendal

Preisträger: Dr. Ing. Ronny Stolze

Thema der Dissertation:

Entwicklungen in der Prozesstechnologie und Methoden der Prozessführung für das Planfinishen durch Dreh-Seiten-Querschleifen

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Harald Goldau

Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Industriedesign

Institut für Maschinenbau

Zusammenfassung

Schwerpunkt einer spanenden Feinstbearbeitung ist das Herstellen von technischen Oberflächen, die komplexe Funktionalitäten sicherstellen müssen. Dazu gehören u.a. Gleit- oder Wälzkontakte in der Lager-, Führungs-, Spindel-, Getriebe- und Motorentechnik oder metallisch dichtende Oberflächen in der Armaturenindustrie sowie der Einspritz-, Pumpen- und Ventiltechnik im Motorenbau. Diese Systeme stellen hohe Anforderungen an die Oberflächenrauheit sowie an die Form- und Maßgenauigkeit.

Ausgehend von den stetig wachsenden Ansprüchen an eine Funktionsfläche und den daraus resultierenden steigenden Herausforderungen für die Fertigungstechnik befasst sich die wissenschaftliche Arbeit mit der Entwicklung und Erprobung innovativer Strategien für die technologische Auslegung und Regelung von spanenden Feinstbearbeitungsverfahren. Im Mittelpunkt steht das Verfahren "Dreh-Seiten-Querschleifen", ein Finishprozess unter dem Einsatz von rotierenden Schleifscheiben für die Bearbeitung von planen oder sphärischen Formelementen.

Durch innovative Verfahrenstechnologien und Prozessregelstrategien werden die hohen Anforderungen an eine Funktionsoberfläche erfüllt und neue Anwendungen erschlossen.

Diese Technologie- und Regelstrategien wurden im Umfeld heutiger technischer Perspektiven und dem aktuellen Stand der Technik auf den Gebieten der Antriebs- und Steuerungstechnik, der Schleifwerkzeugtechnik sowie der Prozess- und Fertigungsmesstechnik entwickelt.

Dargestellte und beschriebene Ansätze und Methoden für die technologische Auslegung und Regelung von Planfinishprozessen durch Dreh-Seiten-Querschleifen werden auf der Grundlage von Zusammenhängen zwischen den technologischen Stellgrößen, den Prozessgrößen und den Arbeitsergebnissen erarbeitet.

Ergebnisse

1. Erweiterung der Grundlagenkenntnisse zu den technologischen Zusammenhängen zwischen den Stellgrößen (Eingangsgrößen), den Prozessgrößen und den Arbeitsergebnissen (Ausgangsgrößen) speziell für das Planfinishen durch Dreh-Seiten-Querschleifen

2. Einführung von „Technologiekennlinien“, einer Methode für die effektive technologische Auslegung von Finishprozessen: Die Technologiekennlinie ist ein spezieller Prozesszyklus, welcher es ermöglicht, das Schneidverhalten, den technologischen Bereich der Selbstschärfung sowie Verschleiß- und Zerspanungsmechanismen für ein eingesetztes Schleif- oder Honwerkzeug über einen gezielten Versuch abzuleiten, vorherzusagen und auf der Grundlage dieser erhobenen Daten eine gezielte anforderungsgerechte Prozessauslegung vorzunehmen.

3. Innovative Regelstrategien für das Planfinishen: Die Kraftregelung definiert den Stand der Technik für Finishverfahren wie zum Beispiel das Planfinishen. Mit der Einführung der Technologiekennlinie konnten bestehende Regelstrategien wesentlich weiterentwickelt und neuartige Regelstrategien für das Planfinishen eingeführt werden:

• Reaktivierung und Weiterentwicklung der Geschwindigkeitsregelung im technologischen Bereich der Selbstschärfung
• Weiterentwicklung der Kraftregelung mit den Erkenntnissen aus der Technologiekennlinie
• Einführung der Parameterregelung als innovative Prozessregelung für das Planfinishen

Der industrielle Einsatz der Finishverfahren gründet auf einer empirischen Auslegung der Prozesstechnologie. Einerseits werden neue Prozesse aus Erfahrung heraus oder andererseits über die Ausführung umfangreicher Vorversuche technologisch ausgelegt. Die Entwicklung und Einführung der Methode der Technologiekennlinie reduziert diesen empirischen Anteil bei der Prozessauslegung auf ein Minimum. Die Fähigkeit eines Finishprozesses, eine geforderte Werkstückqualität zu erzeugen, kann vorhergesagt werden. Die Vorhersage basiert auf der Tatsache, dass u.a. das Schneidverhalten des Schleifwerkzeuges über die Technologiekennlinie ermittelt werden kann. Durch den Einsatz der Technologiekennlinie in Kombination mit der Umsetzung der innovativen Regelstrategien wird die Prozessfähigkeit wesentlich gesteigert.

Finishverfahren wie das Planfinishen verlieren damit den Status eines Sonderverfahrens, welche bisher nur auf Sondermaschinen eingesetzt werden konnten. Die Entwicklungen haben dazu beigetragen, dass die Finishtechnologie allgemein zugänglich, transparent, beherrschbar und auf Standardmaschinen einsetzbar ist. Die Entwicklungen sind auf andere Finishtechnologien übertragbar. Weiterhin ergeben sich Einsatzgebiete abseits der Massen- und Serienfertigung. Die Finishtechnologien können ab einer Stückzahl von eins prozesssicher und wirtschaftlich eingesetzt werden. Durch die Integration der Finishtechnologie entstehen neue Prozesse und die Technologiekennlinie ist ein Produkt, welches hard- und softwaretechnisch nachrüstbar ist.

Hochschule Harz

Preisträgerin: Theresa Vitera

Thema der Forschungsarbeit:

Digital Empathy

Betreuer: Prof. Dr. Ulrike Starker

Fachbereich Wirtschaftswissenschaften

Zusammenfassung

Die digitale Welt verändert unser Kommunikationsverhalten. Textbasierter Austausch über digitale Kommunikationskanäle hat sich längst im Alltag der Menschen etabliert. Wir greifen auf ein schnelles und bequemes Kommunikationsmedium zurück, um mit Familie und Freunden aber auch Geschäftspartnern und Kunden in Kontakt zu treten. Die textbasierte digitale Kommunikation hinterlässt jedoch auf Sender- als auch Empfängerseite viel Interpretationsspielraum. Auf diese Weise können Stereotypen und Erwartungshaltungen geschaffen werden, die die eigentliche Bedeutung einer Botschaft verdrehen, was zu Missverständnissen führen kann. Entgegen der analogen Kommunikation, welche traditionell durch Übermittlung akustischer als auch optischer Inhalte erfolgt, charakterisiert sich die digitale Kommunikation durch fehlende emotional-stimulierende verbale und nonverbale Indikatoren.

Beim schriftlichen Ausdruck von Emotionen fehlen Gestik als auch Mimik. An dieser Stelle lässt sich festhalten, dass die digitale textbasierte Kommunikation im Informationsgehalt hinter der analogen Kommunikation steht. Die digitale Welt hält jedoch einige Lösungen dafür bereit. Mimik und Gestik können durch Smileys und Emoticons substituiert werden. Doch, wie wirksam ist dieser digitale Ersatz? Können kleine Icons und Symbole mit echten Emotionen schritthalten? Sicherlich ist der

Mensch in der Lage, Emotionen im digitalen Raum auch über den Textinhalt oder Icons auszudrücken, jedoch gibt es keinerlei Erkenntnisse über das Verständnis oder die Gefühlsintensität beim Empfänger. Die Forschungsarbeit „Digital Empathy“ untersucht genau diese Fragestellungen.

Die Erkenntnisse der Forschungsarbeit sind für Industrie und Handwerk von Signifikanz, als das regionale Anbieter auch in Zukunft mit Kundenanfragen, über immer wieder neue digitale Kanäle, konfrontiert werden. Die Zukunft der digitalen Unternehmenskommunikation sollte auf Kundenbedürfnisse eingehen und Kundenwünsche erfüllen. Die Erkenntnisse der Forschungsarbeit sind wichtig, da ein unreflektierter und unbedarfter Umgang mit Kundenbedürfnissen in digitalen Kommunikationsmedien dramatische Auswirkungen auf die Qualität von Kundenkontakten und -beziehungen haben kann.

Hintergrund: Seit dem Jahr 2002 schreibt die IHK Magdeburg jährlich einen Forschungspreis für die Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg sowie die Hochschulen Magdeburg-Stendal und Harz aus, der mit jeweils 2.000 Euro dotiert ist. Mit diesem Preis sollen wissenschaftliche und anwendungsorientierte Arbeiten ausgezeichnet werden, die einen Beitrag zur zukünftigen Entwicklung der gewerblichen Wirtschaft leisten. Ziel ist es, herausragende technisch-technologische sowie betriebs- oder volkswirtschaftliche Untersuchungen und Konzepte vornehmlich des wissenschaftlichen Nachwuchses zu prämieren, die Lösungsansätze für eine nachhaltige Wirtschaftsentwicklung aufzeigen.