@inproceedings{15244, author = {{Hagedorn, Oliver Ernst Caspar and Pielsticker, Daniel and Hemsel, Tobias and Sextro, Walter}}, booktitle = {{2. VDI-Fachtagung Schwingungen 2019}}, isbn = {{978-3-18-092366-6}}, publisher = {{VDI Verlag GmbH · Düsseldorf 2019}}, title = {{{Messung hochfrequenter In-Plane-Schwingungen mittels Laservibrometrie in räumlich eingeschränkten Umgebungen}}}, year = {{2019}}, } @book{10002, abstract = {{Dieses Buch beschreibt basierend auf dem gleichnamigen Innovationsprojekt im Spitzencluster it’s OWL die Entwicklung intelligenter Verfahren und Systeme, um auch unter variablen Produktionsbedingungen eine zuverlässige Massenfertigung von Kupferbondverbindungen sicherzustellen.Dabei wird der gesamte Prozess der Ultraschall-Verbindungsbildung modelliert. Dies beinhaltet u. a. ein Reibmodell mit gekoppeltem Anbindungsmodell, den Ultraschall-Erweichungseffekt und den Verschleiß des Bondwerkzeugs. Zudem wird das Konzept einer selbstoptimierenden Bondmaschine vorgestellt, welche Prozessparameter in Abhängigkeit von Störgrößen wie Verschleiß anpasst.Das Ultraschallbonden mit Aluminiumdraht ist ein etabliertes Fertigungsverfahren zur Kontaktierung von Leistungshalbleitern. Zukünftige Leistungshalbleiterchips erfordern jedoch einen Technologiewechsel zu Kupferdraht. Die Prozessparameter unterscheiden sich dabei deutlich von den bekannten Aluminiumprozessen, ihre Wechselwirkungen sind weitestgehend unbekannt.}}, author = {{Sextro, Walter and Brökelmann, Michael}}, keywords = {{Abschlussbericht zum Spitzenclusterprojekt InCuB}}, pages = {{67}}, publisher = {{Springer Verlag}}, title = {{{Intelligente Herstellung zuverlässiger Kupferbondverbindungen}}}, doi = {{10.1007/978-3-662-55146-2}}, volume = {{VIII}}, year = {{2019}}, } @inproceedings{10255, abstract = {{Gummi-Metall-Teile (GM-Teile) werden zur Schwingungsreduktion u. a. in Windenergieanlagen eingesetzt. Mögliche Anwendungen der Teile liegen in Wellen-, Generator- und Getriebelagerungen, Lagern für die Gondel und ihre Komponenten sowie in Drehmomentstützen. Mit dem Ziel eine prädiktive Instandhaltung zu realisieren, soll eine Zustandsüberwachung für die GM-Teile entwickelt werden. Diese Entwicklung basiert auf der Umsetzung diverser Schritte. Neben der funktionalen Betrachtung wird zwingend auch die konstruktive Integration der Sensoren in das überwachte Teil berücksichtigt. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der verwendeten Messgröße Temperatur, die mittels ausgewählter Sensorik detektiert wird. Dabei werden Lebensdauerversuche unter instationären Betriebsbedingungen durchgeführt, um diese Messdaten zu generieren. In der Datenauswertung werden sie hinsichtlich der Degradierung des GM-Teils analysiert und für die Ermittlung der nutzbaren Restlebensdauer verwendet. Rubber-metal-elements are used for isolation of vibrations e. g. in wind turbines. Possible applications of the elements are shaft bearings, generator bearings, gearbox bearings, bearings for the nacelle and its components and torque supports. In order to realize predictive maintenance, an accurate condition monitoring system for rubber-metal-elements should be developed. During that development different aspects have to be implemented. Additionally to the functional analysis, the constructive integration of the sensors into the monitored part is mandatory. The focus of this work is on the measured variable temperature, which is detected by means of appropriate sensors. Thereby lifetime tests are run under non-stationary operating conditions to generate temperature measurements. During data analysis, the measured data is analyzed regarding the degradation of the rubber-metal-elements and remaining useful lifetimes are estimated.}}, author = {{Bender, Amelie and Reinke, Kai and Sextro, Walter}}, booktitle = {{10. VDI-Fachtagung Schwingungen von Windenergieanlagen 2019}}, pages = {{241--248}}, title = {{{Konstruktion und Zustandsüberwachung eines Gummi-Metall-Teils mit integriertem Thermoelement}}}, volume = {{VDI-Berichte 2346}}, year = {{2019}}, } @inproceedings{10257, abstract = {{In der Entwicklung mechatronischer Systeme spielt die Steigerung der Verlässlichkeit und somit auch der Zuverlässigkeit und der funktionalen Sicherheit eine entscheidende Rolle. Die modellbasierte Entwicklung liefert in Kombination mit unterstützender Software einen wichtigen Beitrag zur Absicherung der Verlässlichkeit mechatronischer Systeme in frühen Entwicklungsphasen. In der Nutzungsphase ermöglichen aktuelle Verfahren der Zustandsüberwachung und moderne Methoden der Regelungstechnik eine effektive Absicherung. Modelle aus der Entwicklung mechatronischer Systeme enthalten weitreichende Informationen über die Architektur, das Verhalten und die Verlässlichkeit eines Systems. Diese Modelle können als Grundlage für die Erstellung eines Digitalen Zwillings für die vorausschauende Instandhaltung verwendet und mit Zustandsdaten des realen Systems kombiniert werden. Die Nutzung der Modelle für den Digitalen Zwilling bietet weitreichende Potenziale und vereinfacht dessen Erzeugung. Die Veröffentlichung beschreibt Rahmenbedingungen der Integration und stellt die Potenziale des Digitalen Zwillings zur vorausschauenden Instandhaltung dar.}}, author = {{Kaul, Thorben and Hentze, Julian and Sextro, Walter and Gräßler, Iris}}, booktitle = {{Fachtagung Mechatronik 2019 Paderborn}}, title = {{{Integration von Verlässlichkeitsmodellen der Entwicklung in einen Digitalen Zwilling zur Umsetzung einer vorausschauenden Instandhaltung}}}, year = {{2019}}, } @inproceedings{10258, abstract = {{Für die Zerstäubung hochviskoser Flüssigkeiten werden neben Düsenzerstäubern vor allem UltraschallStehwellenzerstäuber angewendet [1]. Diese ermöglichen ohne weitere Maßnahmen zwar keine gerichtete Zerstäubung, benötigen jedoch im Gegensatz zu Düsenzerstäubern keine hohen Drücke und haben keine hohen Austrittsgeschwindigkeiten. Zur Erzeugung der Ultraschallwellen werden typischerweise piezoelektrische, mit Bolzen verschraubte LangevinWandler verwendet [1-4], die eine starke Schallabstrahlung bei einer elektrischen Eingangsleistung von bis zu einigen Kilowatt erzeugen können. Wie bei jedem anderen schwingenden System emittiert der Ultraschallwandler zunächst eine Wanderwelle. Mit einem Reflektor, der gegenüber der Sonotrode angeordnet ist, wird eine stehende Welle erzeugt. Im Resonanzabstand zwischen Reflektor und Wandler werden abgestrahlte und reflektierte Wellen so überlagert, dass höhere Schalldruckamplituden erzielt werden. Ein einfacher Ansatz zur Maximierung des Schallpegels im Stehwellenfeld ist die Erhöhung der Schwingungsamplituden des Wandlers, die jedoch zu Schäden oder zumindest zu einer Verringerung der Lebensdauer führen kann. Hohe Schalldrücke werden auch bei geringen Abständen zwischen Wandler und Reflektor erreicht. Das Volumen des Schallfeldes ist in diesem Fall jedoch für die meisten Prozesse zu klein. Ein weiterer Ansatz ist die Verwendung zweier entgegengesetzt angeordneter Wandler [5]. In diesem Fall erfordert jedoch die Erzeugung einer stehenden Welle eine genaue Abstimmung von Frequenz und Phase beider Wandler, was eine komplexe Steuerung erfordert. Ebenso ist es möglich, geometrische Randbedingungen des Stehwellensystems zu optimieren, sodass es zu optimaler Interferenz der Wellen kommt. Im Folgenden wird der Anschaulichkeit halber vereinfachend angenommen, dass der Wandler an seiner Sonotrodenoberfläche einzelne Schallstrahlen aussendet, die in Nähe des Wandlers nahezu parallel verlaufen und sich mit zunehmender Entfernung vom Wandler auffächern. Ein einfaches Stehwellensystem, bestehend aus ebener Sonotrode und ebenem Reflektor, erzeugt bei kleinem Abstand zwischen Sonotrode und Reflektor sehr hohe Schallpegel, da nahezu sämtliche ausgesandten Schallstrahlen in Richtung der Sonotrode reflektiert werden positive Interferenz entsteht. Erhöht man jedoch den Abstand zwischen Sonotrode und Reflektor, so nehmen die Verluste durch Schallstrahlen, die den Prozessraum verlassen, zu. Wie Abbildung 1 gezeigt, werden nur Schallstrahlen, die in etwa parallel zur Rotationsachse verlaufen, zum Wandler zurück reflektiert und tragen zum Stehwellenfeld bei. Die Strahlen haben zudem abhängig vom Abstrahlwinkel unterschiedliche Weglängen. Die Stehwellenbedingung ist demnach nur für Strahlen in der Nähe der Rotationsachse exakt erfüllt. Um dies zu vermeiden, müssen die Geometrien von Wandler und Reflektor optimiert werden. In den folgenden Abschnitten wird zunächst ein Optimierungsansatz vorgestellt. Mithilfe eines FiniteElemente-Modells werden die Auswirkungen einer optimierten Geometrie auf den maximalen Schalldruckpegel untersucht. Ergebnisse werden durch Messungen an einem experimentellen Aufbau eines Stehwellensystems validiert. Es wird gezeigt, wie sich die Optimierung der geometrischen Randbedingungen auf die Zerstäubung hochviskoser Flüssigkeiten auswirkt.}}, author = {{Dunst, Paul and Hemsel, Tobias and Bornmann, Peter and Littmann, Walter and Sextro, Walter}}, booktitle = {{DAGA 2019}}, location = {{Rostock}}, title = {{{Modellbasierte und experimentelle Charakterisierung von intensiven Ultraschall-Stehwellenfeldern für die Zerstäubung hochviskoser Flüssigkeiten}}}, year = {{2019}}, } @inproceedings{15475, abstract = {{Die Achse als einzige Verbindung zwischen Fahrzeugaufbau und Rad hat die Hauptaufgabe das Rad auf der Straße zuführen. Kinematisch betrachtet übernimmt die Radaufhängung, als Teil der Achse, die Funktion, zwischen Rad und Fahrzeugaufbaueinen vertikalen Freiheitsgrad zur Aufnahme von Fahrbahnunebenheiten zu realisieren. Die aus der RadhubundElastokinematik resultierenden Radstellungsänderungen bestimmen dabei maßgeblich die Fahrdynamik. Zur objektivenBeurteilung von Radaufhängungen ist eine genaue Charakterisierung der Radhub- und Elastokinematik erforderlich.Daher wurde zur Identifikation der kinematischen, elastokinematischen und dynamischen Radaufhängungseigenschaftenam Lehrstuhl für Dynamik und Mechatronik der Universität Paderborn ein Halbachsprüfstand entwickelt. Bei der Auslegungwurde Wert auf ein möglichst breites Einsatzspektrum gelegt. Es können verschiedene Typen von Einzelradaufhängungenin Serien- oder Prototypenkonfiguration am Prüfstand analysiert werden. Er ermöglicht eine Identifikation derdynamischen Radstellungsänderungen unter verschiedenen fahrdynamischen Lastfällen und regellosen Anregungen.}}, author = {{Schütte, Jan and Sextro, Walter and Kohl, Sergej}}, booktitle = {{Fachtagung Mechatronik 2019}}, location = {{Paderborn}}, publisher = {{Universitätsbibliothek Paderborn, 2019}}, title = {{{Halbachsprüfstand zur kinematischen, elastokinematischen und dynamischen Charakterisierung von Radaufhängungen}}}, doi = {{10.17619/UNIPB/1-777}}, year = {{2019}}, } @phdthesis{10001, abstract = {{Durch die Auslegung eines Fahrwerks werden maßgebend die Fahrsicherheit, der Fahrkomfort, die Effizienz und der Fahrspaß eines Kraftfahrzeugs bestimmt. Daher zählt das Fahrwerk zu den wichtigsten und zugleich komplexesten Systemen in einem Automobil. Aufgrund steigender Kundenanforderungen, Auflagen durch Gesetzgebung sowie Termin- und Kostendruck stellt die Entwicklung des Fahrwerks für die heutigen Automobile stets eine Herausforderung dar. Um die gestellten Anforderungen zu erfüllen, sind oftmals gegenläufige Maßnahmen erforderlich, sodass die Auslegung des Fahrwerks in der Regel nur einen Kompromiss bildet. Entwicklungsziele zur Reduktion der Umweltbelastung und zur Effizienzsteigerung gewinnen hierbei zunehmend an Bedeutung. Damit verbunden müssen die Interaktionen zwischen Fahrwerk und Reifen hinreichend genau erfasst werden, sodass folglich eine Erweiterung bisheriger Simulationsmethoden erforderlich ist. In der vorliegenden Arbeit wird eine Vorgehensweise mit dem Schwerpunkt auf der Abbildung der Wechselwirkungen zwischen der Fahrwerkdynamik am Beispiel einer Mehrlenkerhinterachse und des Reifen-Fahrbahn-Rollkontakts entwickelt, die eine modellbasierte Analyse der Reibvorgänge in der Kontaktzone unter realitätsnahen Bedingungen ermöglicht. Vor allem können dadurch die Auswirkungen der Fahrwerkauslegung auf die Leistungsübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn und den resultierenden Reifenverschleiß effektiv bewertet und bereits in der frühen Entwicklungsphase berücksichtigt werden.}}, author = {{Kohl, Sergej}}, keywords = {{Reifenverschleiß, Reibleistung, Reifenlatsch, Reifen-Fahrbahn-Kontakt, Fahrbahnanregung, Mehrlenkerachse, Kinematik, Elastokinematik, Fahrwerkdynamik, Frequenz- und Amplitudenabhängigkeit, Modellierung, Validierung, Mehrkörpersimulation, MKS, ADAMS, FTire}}, publisher = {{Shaker}}, title = {{{Analyse der Reibleistungsverteilung im Reifenlatsch unter Berücksichtigung der Fahrwerkdynamik eines Mehrlenkerachssystems zur Bewertung des Reifenverschleißes}}}, year = {{2019}}, } @phdthesis{10003, abstract = {{Die Bestimmung des Frequenzübertragungsverhaltens von Strukturen mit nichtlinearer Charakteristik ist eine im technischen Bereich vielfach auftretende Aufgabe, z.B. für die genaue Bestimmung dynamischer Eigenschaften in der Entwurfsphase oder bei der Parametrierung von Modellen. Die typisch angewandten Verfahren zur Schwingungsmessung solcher Strukturen legen in der Regel ein lineares Strukturverhalten zu Grunde, oder sie erfordern einen hohen Zeit- und Messaufwand für die Abbildung des nichtlinearen Verhaltens; häufig in Verbindung mit einer starken Belastung der zu testenden Struktur. Die Bestimmung nichtlinearen Strukturverhaltens ist somit oft nicht effizient realisierbar. In der vorliegenden Arbeit wird ein neuer Ansatz zur Schwingungsanalyse nichtlinearer Strukturen mit von der Anregungsamplitude abhängigem Übertragungsverhalten vorgestellt. Dabei liegt ein Schwerpunkt auf der messtechnischen Bestimmung des nichtlinearen Verhaltens bei deutlich reduziertem Zeit- bzw. Messaufwand. Das Verfahren basiert auf einer Messmethode, die eine effiziente Bestimmung des nichtlinearen Kennfeldes der analysierten Struktur mit speziellen multiharmonischen Anregungssignalen ermöglicht. In Kombination mit einem fortschrittlichen Auswertealgorithmus kann eine vollständige Beschreibung des dynamischen Verhaltens in Form eines charakteristischen Diagramms generiert werden. Das Messverfahren wird durch eine Identifikationsroutine ergänzt, die die erforderliche Anzahl an Messungen nochmals reduzieren kann. Es ist als Mess-System auf Hard- und Software implementiert; der Funktionsnachweis erfolgt an verschiedenen Beispielen.}}, author = {{Sprock, Christian}}, keywords = {{Schwingungsanalyse, nichtlineare Strukturdynamik, Multisinus, Duffing-Schwinger, amplitudenabhängige Nichtlinearität, Peakbending, Backbone Curve, Schwingungsmessung, Frequenzverstimmung, Autoregression, Best Linear Approximation}}, publisher = {{Shaker}}, title = {{{Zeiteffiziente messtechnische Analyse glatt-nichtlinearen Schwingverhaltens dynamischer Strukturen}}}, year = {{2019}}, } @phdthesis{10000, abstract = {{Ultraschall wird zur Effizienzsteigerung in verfahrenstechnischen Prozessen eingesetzt. Die Betriebsparamter der Ultraschallsysteme werden empirisch ermittelt, da derzeit keine systematische Analyse der Wechselwirkung zwischen Ultraschallwandler und Schallfeld sowie kein Verfahren zur Messung der Kavitationsaktivität ohne zusätzlichen Sensor existieren. Auf Basis einer experimentellen Analyse des betrachteten sonochemischen Reaktors wird ein Finite-Elemente-Modell aufgebaut, das die Wechselwirkung zwischen Schallfeld und Ultraschallwandler berücksichtigt. Die modellbasierte Analyse zeigt, dass wegen der akustischen Eigenschaften des Autoklavs nur direkt an der Sonotrode Kavitation entsteht. Die Wechselwirkung zwischen Ultraschallwandler und Schallfeld ermöglicht Aussagen über das Schallfeld und die Kavitationsaktivität auf Basis der Rückwirkung auf den Ultraschallwandler. Die lineare Schalldruckverteilung ermöglicht eine Prognose über die Verteilung von Kavitationszonen. Das beschriebene Modell liefert wertvolle Erkenntnisse für die Auslegung, Analyse und Skalierung sonochemischer Reaktoren. Auf Grund der rauen Prozessrandbedingungen ist die Applikation von Sensoren zur Überwachung der Kavitationsaktivität in vielen sonochemischen Prozessen nicht möglich. Zur prozessbegleitenden Messung der Kavitationsaktivität wird ein Verfahren entwickelt, das die Bewertung der Kavitationsaktivität durch Auswertung der Rückwirkung auf den Ultraschallwandler erlaubt. Das Messverfahren ermöglicht eine vorhersagbare und reproduzierbare Durchführung kavitationsbasierter Prozesse und stellt eine wichtige Erweiterung für bestehende und neue Ultraschallsysteme dar.}}, author = {{Bornmann, Peter}}, keywords = {{Sonochemie, Akustische Kavitation, Kavitationsmessung, Kavitationsdetektion, FEM-Simulation Ultraschallwandler, Prozessüberwachung, FEM-Simulation Schallfeld, Self-Sensing, Piezoelektrische Ultraschallwandler, Ultraschallreinigung}}, publisher = {{Shaker}}, title = {{{Modellierung und experimentelle Charakterisierung der Wechselwirkung zwischen Ultraschallwandler und Flüssigkeit in kavitationsbasierten Prozessen}}}, year = {{2019}}, } @inproceedings{15412, abstract = {{ Ultrasonic joining is a common industrial process. To build electrical connections in the electronics industry, uni-axial and torsional ultrasonic vibration have been used to join different types of workpieces for decades. Many influencing factors like ultrasonic power, bond normal force, bond duration and frequency are known to have a high impact on bond quality and reliability. Multi-dimensional bonding has been investigated in the past to increase ultrasonic power and consequently bond strength. This contribution is focused on the comparison of circular, multi-frequency planar and uniaxial vibration trajectories used for ultrasonic bonding of copper pins on copper substrate. Bond quality was analyzed by shear tests, scanning acoustic microscopy and interface cross-sections. }}, author = {{Schemmel, Reinhard and Eacock, Florian and Dymel, Collin and Hemsel, Tobias and Hunstig, Matthias and Brökelmann, Michael and Sextro, Walter}}, booktitle = {{International Symposium on Microelectronics}}, issn = {{2380-4505}}, location = {{Boston}}, pages = {{509--514}}, title = {{{Impact of multi-dimensional vibration trajectories on quality and failure modes in ultrasonic bonding}}}, doi = {{10.4071/2380-4505-2019.1.000509}}, year = {{2019}}, } @article{10334, abstract = {{Ultrasonic joining is a common industrial process. In the electronics industry it is used to form electrical connections, including those of dissimilar materials. Multiple influencing factors in ultrasonic joining are known and extensively investigated; process parameters like ultrasonic power, bond force, and bonding frequency of the ultrasonic vibration are known to have a high impact on a reliable joining process and need to be adapted for each new application with different geometry or materials. This contribution is focused on increasing ultrasonic power transmitted to the interface and keeping mechanical stresses during ultrasonic bonding low by using a multi-dimensional ultrasonic transducer concept. Bonding results for a new designed connector pin in IGBT-modules achieved by multi- and one-dimensional bonding are discussed.}}, author = {{Schemmel, Reinhard and Hemsel, Tobias and Dymel, Collin and Hunstig, Matthias and Brökelmann, Michael and Sextro, Walter}}, issn = {{0924-4247}}, journal = {{Sensors and Actuators A: Physical}}, keywords = {{Ultrasonic bonding, Ultrasonic welding, Multi-dimensional bonding, Complex vibration, Multi-frequent, Two-dimensional friction model}}, pages = {{653 -- 662}}, title = {{{Using complex multi-dimensional vibration trajectories in ultrasonic bonding and welding}}}, doi = {{10.1016/j.sna.2019.04.025}}, volume = {{295}}, year = {{2019}}, } @inproceedings{13460, abstract = {{Remaining useful lifetime (RUL) predictions as part of a condition monitoring system are focused in more and more research and industrial applications. To establish an efficient and precise estimate of the RUL of a technical product, different uncertainties have to be handled. To minimize the uncertainties of the RUL estimation, a reliable and accurate prognostic approach as well as a good failure threshold are important. Regarding the failure threshold, most often an expert sets a fixed failure threshold. However, neither the a priori known failure threshold nor a fixedthreshold value are feasible in every application. Especially in the case of varying characteristics of the monitored system, an adaptive failure threshold is of great importance concerning the accuracy of the RUL estimation. Rubber-metal-elements, which are used in a wide range of applications for vibration and sound isolation, are mon-itored by thermocouples to allow for lifetime predictions. Therefore, the element’s state is described by its temper-ature during its service life. Aiming to establish accurate RUL predictions of a rubber-metal-element, uncertainties due to nonlinear material characteristics and changing operational conditions have to be considered. Consequently, different temperature-based failure threshold definitions are implemented and compared within a particle filtering approach. }}, author = {{Bender, Amelie and Schinke, Lennart and Sextro, Walter}}, booktitle = {{Proceedings of the 29th European Safety and Reliability Conference (ESREL2019)}}, editor = {{Beer, Michael and Zio, Enrico}}, isbn = {{978-981-11-2724-3}}, keywords = {{RUL prediction, adaptive threshold, prognostics, condition monitoring}}, location = {{Hannover}}, number = {{29}}, pages = {{1262--1269}}, title = {{{Remaining useful lifetime prediction based on adaptive failure thresholds}}}, year = {{2019}}, } @inproceedings{13461, abstract = {{As the emerging digitalization of technical systems offers immense opportunities to be exploited by means of bigdata analysis, ubiquitous computing and largely networked systems, the digital twin comes into focus to combineall these aspects to an attendant model of an individual system during design phase as well as during operation.Since state-of-art technical systems are growing increasingly complex due to inherent intelligence and increasingfunctionality, i. e. autonomous behavior so far, it becomes considerably challenging to ensure reliability for thosesystems. Many methods were developed to support a reliability focused design or reliability-by-design approachesto tackle this challenge during design process. In field, data-based methods, i. e. condition monitoring enabled bythe rise of machine learning approaches, are exploited to ensure a reliable operation based on the current conditionof the monitored system. In order to take advantage of existing models of system reliability during design phaseand condition monitoring systems during operation, a method is proposed to combine both approaches in order toset up a digital twin with focus on system reliability. The base model of the digital twin is taken from the systemreliability model from the design phase and is used during operation and therein updated to the current reliabilitybased on the state estimation of the condition monitoring system. The approach is illustrated with a case study of arolling bearing test rig.}}, author = {{Kaul, Thorben and Bender, Amelie and Sextro, Walter}}, booktitle = {{Proceedings of the 29th European Safety and Reliability Conference (ESREL2019)}}, editor = {{Beer, Michael and Zio, Enrico}}, isbn = {{ 978-981-11-2724-3}}, location = {{Hannover}}, number = {{29}}, pages = {{2340--2347}}, title = {{{Digital Twin for Reliability Analysis During Design and Operation of Mechatronic Systems}}}, year = {{2019}}, } @inproceedings{9987, abstract = {{Rubber-metal-elements are used in a wide range of applications for vibration and sound isola- tion. Nowadays it is state of the art to calculate the lifetimes of these elements under mechanical stress prior to their service life. To establish more reliable and safer rubber-metal-elements, continuous monitoring by dif- ferent sensors can be used. Especially prognostics enable a rise in reliability, availability and safety. To estab- lish these advantages, estimating the remaining useful lifetime of rubber-metal-elements should be realized during its service life based on current information on its condition. Therefore a suitable measure to monitor the condition of the element is necessary. This work focuses on temperature signals. This approach allows in- cluding the ambient temperature and thereby involving changing operating conditions. For estimating the RUL of rubber-metal-elements a model-based prognostics approach based on particle filtering is proposed. Its performance is analyzed regarding relevant parameters to enable the best performance for the applied data.}}, author = {{Bender, Amelie and Sextro, Walter}}, booktitle = {{Safety and Reliability – Safe Societies in a Changing World}}, pages = {{1025--1033}}, title = {{{A particle filtering approach for temperature based prognostics}}}, year = {{2018}}, } @article{9990, abstract = {{The handling of fine powders is an important task in modern production processes. However, as fine powders strongly tend to adhesion and agglomeration, their processing with conventional methods is difficult or impossible. Especially when processing small amounts of highly sensitive fine powders, conventional methods reach their technical limits. In process steps such as dosing, transport, and especially mixing of fine powders new methods are required. Apart from the well-known method of manipulating powder properties by adding chemical additives, this contribution aims at improving the handling of dry fine powders by using vibrations at different frequencies. Modules are presented, which enable the continuous dosing, the homogeneous mixing and the transport of dry fine powders. Finally, these modules are combined for the production of a homogeneous mixture of two dry fine powders.}}, author = {{Dunst, Paul and Bornmann, Peter and Hemsel, Tobias and Littmann, Walter. and Sextro, Walter}}, journal = {{ACTUATOR 2018; 16th International Conference on New Actuators}}, pages = {{142--145}}, title = {{{Vibration Assisted Dosing, Mixing and Transport of Dry Fine Powders}}}, year = {{2018}}, } @article{9991, abstract = {{Abstract:Since fine powders tend strongly to adhesion and agglomeration, their processing withconventional methods is difficult or impossible. Typically, in order to enable the handling of finepowders, chemicals are added to increase the flowability and reduce adhesion. This contributionshows that instead of additives also vibrations can be used to increase the flowability, to reduceadhesion and cohesion, and thus to enable or improve processes such as precision dosing, mixing,and transport of very fine powders. The methods for manipulating powder properties are describedin detail and prototypes for experimental studies are presented. It is shown that the handling of finepowders can be improved by using low-frequency, high-frequency or a combination of low- andhigh-frequency vibration.}}, author = {{Dunst, Paul and Bornmann, Peter and Hemsel, Tobias and Sextro, Walter}}, journal = {{Actuators 2018, 7(2).}}, keywords = {{powder handling, flowability, dosing, transport, mixing, dispersion, piezoelectricactuators, vibrations}}, pages = {{1--11}}, title = {{{Vibration-Assisted Handling of Dry Fine Powders}}}, doi = {{10.3390/act7020018}}, year = {{2018}}, } @inproceedings{9992, abstract = {{State-of-the-art industrial compact high power electronic packages require copper-copper interconnections with larger cross sections made by ultrasonic bonding. In comparison to aluminium-copper, copper-copper interconnections require increased normal forces and ultrasonic power, which might lead to substrate damage due to increased mechanical stresses. One option to raise friction energy without increasing vibration amplitude between wire and substrate or bonding force is the use of two-dimensional vibration. The first part of this contribution reports on the development of a novel bonding system that executes two-dimensional vibrations of a tool-tip to bond a nail- like pin onto a copper substrate. Since intermetallic bonds only form properly when surfaces are clean, oxide free and activated, the geometries of tool-tip and pin were optimised using finite element analysis. To maximize the area of the bonded annulus the distribution of normal pressure was optimized by varying the convexity of the bottom side of the pin. Second, a statistical model obtained from an experimental parameter study shows the influence of different bonding parameters on the bond result. To find bonding parameters with the minimum number of tests, the experiments have been planned using a D-optimal experimental design approach.}}, author = {{Dymel, Collin and Eichwald, Paul and Schemmel, Reinhard and Hemsel, Tobias and Brökelmann, Michael and Hunstig, Matthias and Sextro, Walter}}, booktitle = {{(Proceedings of 7th Electronics System-Integration Technology Conference, Dresden, Germany)}}, keywords = {{ultrasonic wire-bonding, bond-tool design, parameter identification, statistical engineering}}, pages = {{1--6}}, title = {{{Numerical and statistical investigation of weld formation in a novel two-dimensional copper-copper bonding process}}}, year = {{2018}}, } @inproceedings{9993, abstract = {{Ultrasonic bonding and welding are common friction based approaches in the assembly of power electronics. Interconnections with cross-sections of 0.3 mm² up to 12 mm² made from copper are well suited in high power applications. For increasing friction energy, which is responsible for bond formation, a two-dimensional vibration approach is applied to newly developed interconnection pins. Using two-dimensional vibration for bonding requires identification of suitable bonding parameters. Even though simulation models of wire bonding processes exist, parameters for the two-dimensional pin-bonding process cannot be derived accurately yet. Within this contribution, a methodology and workflow for experimental studies identifying a suitable bond parameter space are presented. The results of a pre-study are used to set up an extensive statistical parameter study, which gives insights about the bond strength change due to bond process parameter variation. By evaluation of electrical data captured during bonding, errors biasing the resulting shear forces are identified. All data obtained during the experimental study is used to build a statistical regression model suitable for predicting shear forces. The accuracy of the regression model’s predictions is determined and the applicability to predict process parameters or validate simulation models is assessed. Finally, the influence of the tool trajectory on the bond formation is determined, comparing one dimensional, elliptic and circular trajectories.}}, author = {{Dymel, Collin and Schemmel, Reinhard and Hemsel, Tobias and Sextro, Walter and Brökelmann, Michael and Hunstig, Matthias}}, booktitle = {{(Proceedings of 8th Electronics IEEE CPMT Symposium Japan (ICSJ 2018), Kyoto, Japan)}}, keywords = {{ultrasonic two-dimensional bonding, electrical interconnection, process parameters}}, pages = {{41--44}}, title = {{{Experimental investigations on the impact of bond process parameters in two-dimensional ultrasonic copper bonding}}}, year = {{2018}}, } @book{9995, abstract = {{Selbstoptimierung bietet die Möglichkeit der autonomen Anpassung des Systemverhaltens an veränderliche Ziele. Dabei ist vor allem der Aspekt Zuverlässigkeit von maßgeblicher Bedeutung, da über einen an die aktuelle Systemzuverlässigkeit angepassten Betriebspunkt die Leistungsfähigkeit verbessert wird, während das Ausfallverhalten besser vorhersehbar wird. Zur Anpassung des Systemverhaltens an die aktuelle Zuverlässigkeit mittels Selbstoptimierung müssen die ersten beiden Schritte des Selbstoptimierungsprozesses unterstützt werden. Für die Analyse der Ist-Situation ist eine Erkennung des aktuellen Degradationszustands mittels Condition Monitoring notwendig. Zur Auswahl geeigneter Verfahren werden bestehende Ansätze hinsichtlich ihrer Eignung klassifiziert. Der zweite Schritt, die Bestimmung der Systemziele, wird durch eine strukturierte Methode zum Finden verlässlichkeitsrelevanter Zielfunktionen ergänzt. Dabei werden kritische Komponenten identifiziert, Optimierungsparameter festgelegt und die Verlässlichkeit in Abhängigkeit des Systemverhaltens quantifiziert. Entwickler selbstoptimierender Systeme werden somit durch geeignete Mittel bei der Implementierung beider Schritte unterstützt. Abschließend wird der praktische Einsatz der vorgestellten Methoden anhand zweier Beispiele gezeigt.}}, author = {{Meyer, Tobias and Kaul, Thorben and Kimotho, James Kuria and Sextro, Walter}}, pages = {{193--213}}, publisher = {{Springer Nature Switzerland AG. Part of Springer Nature.}}, title = {{{Steigerung der Intelligenz mechatronischer Systeme}}}, volume = {{Steigerung der Verlässlichkeit technischer Systeme}}, year = {{2018}}, } @inproceedings{9997, abstract = {{Ultrasonic wire bonding is used to connect the electrical terminals of semiconductor modules in power electronics. Mul- tiple influencing factors in wedge/wedge bonding are known and extensively investigated. A constructively settable but rarely examined parameter is the bonding frequency. In case of bonding on challenging substrates, e.g. supple substruc- tures, a high influence of the working frequency is observed. The choice of the working frequency is typically based on experimental investigations for a certain component or substrate and needs to be evaluated anew for new applications. A profound understanding of the influence of the working frequency is required to achieve a reliable bond process and a short process development. Here a generalized model for the numerical simulation of the bond formation with respect to the dynamics of the substructure is presented. The simulation results are compared to experiments using 300 µm copper wire at different working frequencies and geometries of the substructure.}}, author = {{Schemmel, Reinhard and Althoff, Simon and Sextro, Walter and Unger, Andreas and Brökelmann, Michael and Hunstig, Matthias}}, booktitle = {{CIPS 2018 - 10th International Conference on Integrated Power Electronics Systems (CIPS 2018)}}, pages = {{230--235}}, title = {{{Effects of different working frequencies on the joint formation in copper wire bonding}}}, year = {{2018}}, }