Fertigungstechnik

Das Fab City Hamburg Playbook fasst Erkenntnisse aus dem transdisziplinären Projekt „Fab City: Dezentrale digitale Produktion für die urbane Wertschöpfung“ zusammen, dass unter der Leitung des New Production Institute an der Helmut-Schmidt-Universität durchgeführt wird. Im Rahmen des Projektes wurde seit 2020 ein umfangreiches Reallabor in Hamburg aufgebaut, dass Forschende unterschiedlicher Disziplinen, Institutionen aus dem öffentlichen und privaten Sektor und Nutzerinnen zusammenbringt, um gemeinsam an Lösungen für die produktive Stadt der Zukunft zu arbeiten. Im Fokus steht die Transformation städtischer Produktions- und Konsumptionsmuster hin zu einer urbanen Kreislaufwirtschaft, und die Frage was und wie wir lokal produzieren können, um den Weg zu nachhaltigen und resilienten Produktionssystemen zu ebnen. Das Playbook richtet sich an ein breites Publikum aus Praktikern, Forschenden und interessierten Hamburger Bürgerinnen. Es erzählt und dokumentiert aus dem Projekt erwachsene Stadtgeschichten von erfolgreichen Prototypen und kreativen Köpfen, die als Wegbereitende der Transformation den Wandel gestalten. Es hält konkret und praxisbezogen unsere Erfahrungen im Reallabor Hamburg fest und soll als Informations- und Inspirationsquelle dienen.

Ausgangssituation: Der zunehmende Fachkräftemangel, dessen Intensität durch den demografischen Wandel noch verstärkt wird, übt bereits jetzt einen maßgeblichen Einfluss auf die Produktions- und Fertigungslandschaft in Deutschland aus. Der Mangel an Fachkräften mit entsprechender Ausbildung, die zur Bedienung von Werkzeugmaschinen in der Lage sind, wird immer größer. Als Konsequenz wird vermehrt auf ungelerntes Personal zurückgegriffen. Dies führt zu einer erhöhten Nachfrage nach Maschinen, welche eine einfache und intuitive Bedienbarkeit aufweisen und somit auch durch ungelerntes Personal gehandhabt werden können. Gleichzeitig ist eine fortlaufende Intensivierung von Automatisierung und Digitalisierung auch im Bereich der Werkzeugmaschinen zu beobachten. Der Anteil integrierter Sensorik und Aktorik in Maschinen nimmt zu, sei es zur Überwachung, Steuerung oder Optimierung von Prozessen. Dadurch werden die Maschinen immer komplexer, was sich wiederum auf die Bedienbarkeit auswirkt, die ebenfalls immer anspruchsvoller wird. Einerseits wird also nach einfach bedienbaren Maschinen verlangt, andererseits stellt die Bedienung der immer komplexeren Maschinen wiederum auch höhere Anforderungen an die Nutzer:innen. Diese Entwicklung führt zu einer Diskrepanz, mit der sowohl Entwickler:innen, Nutzer:innen als auch Ausbilder:innen konfrontiert sind. Forschungsbedarf: Für die Zukunft des Fertigungsstandortes Deutschland ist es essenziell, diese Problematiken anzugehen. Dies erfordert jedoch zunächst ein umfassendes Verständnis der Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen. Trotz aktueller Forschungsarbeiten, die auf die Optimierung von Prozessen und die Steigerung der Effizienz von Werkzeugmaschinen und Produktionsprozessen abzielen, fehlt es häufig an einer ganzheitlichen Betrachtung des Phänomens. Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, die Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen aus verschiedenen Perspektiven grundlegend zu untersuchen. Dabei werden die Sichtweisen von Nutzer:innen, Entwickler:innen und Ausbilder:innen einbezogen, um die Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen im Hinblick auf Mensch, Maschine und Organisation zu beleuchten. Methodologie: Im Rahmen dieser Studie wurde ein qualitativer, explorativer Forschungsansatz gewählt. Diese Vorgehensweise erweist sich insbesondere dann als zielführend, wenn Forschungsgegenstände, wie im vorliegenden Fall, von Grund auf erschlossen und erfasst werden sollen. Diese Forschungsarbeit wurde unter Anwendung der Grounded Theory Methodologie nach Glaser und Strauss konzipiert und durchgeführt. In diesem Kontext wurden semi-strukturierte Interviews mit Entwickler:innen und Ausbilder:innen von Werkzeugmaschinen sowohl aus der Industrie, als auch dem Open-Source Bereich durchgeführt. Zusätzlich wurden teilnehmende Beobachtungen bei den Anwendern:innen während der Benutzung der Werkzeugmaschinen durchgeführt. Auf diese Weise wurde eine umfangreiche Primärdatenbasis generiert, die anschließend mittels der Grounded Theory Methodologie einer systematischen Analyse unterzogen wurde. Erkenntnisse: Auf Basis dieser Analyse konnten weiterführende, holistische Erkenntnisse hinsichtlich der Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen abgeleitet werden. In einem ersten Schritt wurde das Konstrukt der Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen als mehrdimensionales Phänomen mit einer physischen, einer kognitiven und einer affektiven Dimension erarbeitet. Darauf aufbauend wurde der Regelkreis der Bedienbarkeit erarbeitet sowie ein dynamisches Modell entworfen, das Nutzer:innen in den Fokus der Betrachtung stellt. In der Folge wurden zudem praxisorientierte Handlungsfelder identifiziert und definiert, welche in einer Maßnahmensystematik, die bewusst offen gestaltet wurde, kategorisiert und systematisiert wurden. Eine zentrale Erkenntnis dieser Untersuchung ist, dass die Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen als ein Konstrukt aufgefasst wird, das sich aus verschiedenen Dimensionen zusammensetzt: der affektiven, der kognitiven und der physischen Dimension. Eine weitere grundlegende Erkenntnis ist, dass jegliche Interaktion mit der Maschine stets durch die Nutzer:innen definiert wird. Die Bedienbarkeit einer Werkzeugmaschine ist daher maßgeblich davon abhängig, ob es gelingt, die Nutzer:innen und deren Bedürfnisse hinreichend zu verstehen und sie zur Handhabung der Maschine zu befähigen. In dieser Arbeit konnte somit die Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen mit Hilfe der entwickelten grundlegenden Modelle eingehend erfasst und dargestellt werden. Ausblick: In der vorliegenden Arbeit wird die Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen grundlegend erforscht und beschrieben und trägt dazu bei, das wenig deterministische Feld der Bedienbarkeit technischer Produktionseinrichtungen greifbar und beherrschbar zu gestalten und entsprechende Modellierungsmethoden und Systematiken vorzustellen. Die präsentierten Ansätze und Modelle haben zum Ziel, das Phänomen der Bedienbarkeit von Werkzeugmaschinen in seiner Ganzheit zu erfassen. Daraus folgend werden praxisorientierte Maßnahmen erörtert, die für Fachkräfte von Nutzen sein können. Diese Arbeit bildet somit eine fundierte Grundlage für die weitere wissenschaftliche Auseinandersetzung mit dem Thema. Eine Weiterentwicklung und Vertiefung der hier vorgestellten theoretischen Ansätze ist insbesondere im Rahmen quantitativer Forschungsdesigns zu empfehlen, um die hier vorgestellten qualitativen Ansätze zu verfeinern.

Support systems for humans are becoming an important aspect in today's workplace due to the increasing workload and need for productive tasks. For this purpose, industrial exoskeletons are a promising approach, especially for physically demanding tasks. To develop, evaluate, and optimize assistive systems, it is necessary to build a comprehensive understanding of these systems by investigating their dynamics and kinematics. This can be achieved by simulating all interacting components, including the task, the human, and the robotic system. This paper describes a synergy of various elements to overcome the challenges while researching and developing exoskeletons.

Produktion und Konsum leisten einen hohen Beitrag an den vom Menschen verursachten Umweltschäden und strapazieren so die planetaren Grenzen. Aus diesem Grund wurden sie in den Fokus internationaler Bemühungen um mehr Nachhaltigkeit gerückt und als eine der 17 Nachhaltigkeitsziele der UN aufgenommen. Produktion und Konsum verursachen zahlreiche Schäden sowohl an der Umwelt als auch an den Menschen und strapazieren so die planetaren Grenzen. Daher wird versucht Stoffkreisläufe zu etablieren, durch die Materialien und Ressourcen möglichst lange wiederverwendet werden können. Dabei wird sich auf die Etablierung und Schließung von Kreisläufen konzentriert. Gleichzeitig wird die industrielle Wertschöpfung als Ausgangspunkt betrachtet. Dadurch wird jedoch übersehen, dass die konsequente Verkleinerung von Kreisläufen notwendig ist, um den Effekt der Schließung von Kreisläufen noch zu verstärken. Die Verkleinerung der Kreisläufe kann z. B. durch die Reduktion der Wertschöpfungsstufen und die Dislozierung der wertschöpfenden Akteure erreicht werden. Dieser Beitrag stellt zwei Möglichkeiten vor, dies zu erreichen: Die lokale Produktion und die Einbeziehung der Nutzer*innen in die Wertschöpfung.

Die Modellfabrik des dtec Labors für intelligente Leichtbauproduktion (LaiLa) hat sich in den letzten drei Jahren als Digitalisierungslabor für intelligente Leichtbauproduktion etabliert und den Wissenstransfer zwischen Grundlagenforschung, anwendungsnaher Forschung und industrieller Anwendung in der Luftfahrt vorangetrieben. Durch die Implementierung und Optimierung von Technologien wie energieoptimierter Produktionsplanung und -steuerung, robotergestütztem kontinuierlichem Ultraschallschweißen und digitalen Zwillingen konnten signifikante Fortschritte in Bezug auf Qualitätssteigerung, individualisierte Fertigung, Ressourceneffizienz und Transparenz erzielt werden. Der vorliegende Beitrag präsentiert die gewonnenen Erkenntnisse und zeigt auf, wie die dargestellte Digitalisierung der Modellfabrik dazu beiträgt, Nachhaltigkeit und Effizienz in der Leichtbauproduktion durch intelligente Vernetzung, automatisierte Produktionssysteme, Echtzeit-Abbildung, Überwachung und Steuerung sowie flexibles Produktionsdesign zu erreichen. Darüber hinaus werden die Potenziale für die Weiterentwicklung und Skalierung der erprobten Lösungen in der industriellen Anwendung diskutiert, um den Weg für eine zukunftsorientierte und wettbewerbsfähige Leichtbauproduktion in der Luftfahrtindustrie und darüber hinaus zu ebnen. Im Einklang mit den übergeordneten Zielen von LaiLa und dtec trägt die Modellfabrik dazu bei, die Digitalisierung in der Leichtbauproduktion voranzutreiben und die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Luftfahrtindustrie zu stärken. Durch die enge Zusammenarbeit von Partnern aus Industrie und Wissenschaft fördert LaiLa den Technologietransfer und die Entwicklung innovativer Lösungen.

Today’s production sector is shaped by global supply chains and the division of labour. However, in light of recent crises showcasing the vulnerabilities of these global supply chains, a new research interest in local production has been sparked. Local value chains make it possible for the customer to be closer to where their goods are produced, which may increase people’s awareness of manufacturing circumstances. For that reason, the project Production Next Door (ProNeD) introduced the idea for the customer to be able to choose between different sustainability criteria that are used to determine the value chain through which their product will be manufactured. That way the customer is involved in the entire value creation process and may participate more actively in sustainable choices. This paper addresses the challenge of forming criteria that are relevant and meaningful to the customer but also applicable to small and medium-sized Enterprises (SME), as well as founded in standards and thus measurable. To this end, a consumer survey as well as literature on sustainability reporting is analysed to systematise key indicators for assessing sustainability within a company that meet the requirements of the European Union and its directives. This general approach is intended to also familiarise small and medium-sized enterprises (SME) with the upcoming European sustainability directives.

Deutsch: In der modernen industriellen Fertigung lässt sich trotz hoher Stückzahlen eine zunehmende Individualisierung der Produkte beobachten. Die Digitalisierung, insbesondere im Kontext von Industrie 4.0 und 5.0, bietet großes Potenzial, diesen Trend zu beschleunigen und Marktbedürfnisse zielgerichteter zu befriedigen. Digital Twins (DTs) spielen dabei eine zentrale Rolle, indem sie Transparenz schaffen und zuvor isolierte Unternehmensbereiche verknüpfen. Trotz intensiver Forschungsbemühungen weisen DT-Projekte in der Industrie im Jahr 2024 noch einen geringen Reifegrad auf. Diese Dissertation untersucht anhand umfangreicher empirischer Studien die Gründe für den niedrigen Reifegrad von DTs in Fertigungsunternehmen und identifiziert dabei technische, organisatorische und methodische Herausforderungen. Der Fokus liegt besonders auf organisatorischen und methodischen Faktoren wie der Kostenbewertung, der Benutzerakzeptanz und der Zielsetzung, die zentrale Hürden darstellen. Zur Bewältigung dieser Handlungsfelder wurde ein neuartiges Framework entwickelt, das die Entwicklung und Implementierung von DTs systematisiert und die Erfolgsaussichten solcher Projekte erhöht. Das Kober Digital Twin Framework (KDTF) umfasst fünf neu entwickelte Modelle: 1. Digital Twin Stakeholder Communication Model (DT-SCM): Ein ganzheitliches Modell, das die Kommunikation zwischen den Stakeholdern durch eindeutig definierte Dimensionen verbessert. 2. Digital Twin Fidelity Requirements Model (DT-FRM): Ein strukturiertes Modell zur präzisen Zielsetzung und Priorisierung von Einflussfaktoren. 3. Digital Twin Benefit Curves (DT-BC): Grafische Darstellungen der Beziehung zwischen DT-Fidelity, Mehrkosten und Einsparpotenzialen. 4. Digital Twin Fidelity Calculation Model (DT-FCM): Ein methodischer Ansatz zur Berechnung der optimalen DT-Fidelity. 5. Digital Twin Cost-Benefit Framework (DT-CBF): Ein systematisches Modell zur Identifizierung und Bewertung der Potenziale und Kosten von DTs. Es wurde mithilfe der Design Science Research (DSR) Methodik entwickelt und validiert, welche eine flexible, iterative Entwicklung und kontinuierliche Verbesserung ermöglichte. Die übergeordnete Validierung des gesamten Frameworks erfolgte anhand eines fortschrittlichen Fallbeispiels aus der industriellen Praxis eines innovativen Sägewerks. Es wurde deutlich, dass das Framework die Entwicklung und Implementierung wirtschaftlich erfolgreicher und technisch komplexer DTs ermöglicht. Fertigungsunternehmen werden dabei unterstützt, ein optimales Kosten-Nutzen-Verhältnis bei der Entwicklung und Implementierung von DTs zu realisieren und informierte Entscheidungen der verantwortlichen Stakeholder zu fördern. Abschließend stellt das in dieser Dissertation entwickelte Framework eine wesentliche Innovation dar, die sowohl wissenschaftlich fundiert ist als auch praktische Anwendung findet. Es trägt dazu bei, die Verbreitung von DTs in der Fertigung zu fördern und sichert somit die nachhaltige Relevanz dieses Forschungsfeldes.

Megatrends wie die Neo-Ökologie, Urbanisierung und Individualisierung führen gegenwärtig zu neuen Wertschöpfungsansätzen. Einer dieser Ansätze ist das Städtenetzwerk Fab City, wel-ches darauf abzielt, zukünftig nahezu alles, was in einer Stadt konsumiert wird, auch dort zu produzieren. Die Bekanntheit dieses Ansatzes wurde durch jüngere Ereignisse wie die COVID-19 Pandemie oder den russischen Angriffskrieg in der Ukraine deutlich erhöht, da er aufgrund des überwiegenden Anteils an Eigenproduktion verspricht, resiliente und lokale Produktions-netzwerke mit kurzen Lieferketten sowie geringe Abhängigkeiten zu schaffen. Um diese Po-tenziale auszuschöpfen und das Ziel von Fab City zukünftig zu erreichen, bedarf es einer an diesen Anwendungsfall angepassten Produktionsplanung und -steuerung, die gegenwärtig noch nicht existiert. Ziel dieser Arbeit ist daher die ganzheitliche Modellierung dieser Produktionsplanung und steuerung für dezentrale, vernetzte und offene Produktionswerkstätten am Fallbeispiel Hamburg. Hierfür werden zunächst die Anforderungserhebung in einer Einzelfallstudie durch halbstrukturierte Experteninterviews sowie offene und direkte Beobachtungen in unterschiedli-chen Produktionswerkstätten durchgeführt. Die anschließende Modellierung erfolgt in Anleh-nung an das House of Quality auf Grundlage des Aachener PPS-Modells. Zu diesem Zweck werden die erhobenen Anforderungen aus der Marktsicht systematisch mit Leistungsmerkma-len des Aachener PPS-Modells aus der Prozesssicht verbunden. Als Ergebnis bietet das Open PPS Modell sowohl auf der Netzwerkebene als auch auf der lo-kalen Ebene elementare Neuerungen. Einen wesentlichen Paradigmenwechsel stellt der Fo-kus auf die Planung von Maschinenfunktionen statt von Produkten oder Produktfamilien dar, wodurch das Netzwerk gleichzeitig standardisiert und flexibilisiert wird. Außerdem sind alle Ak-teure untereinander gleichberechtigt. Hierfür sieht das Modell mit den Nutzern, Betreibern und Kunden drei heterarchische Rollen vor. Open PPS ist darüber hinaus als Planungs- und Steue-rungssystem für ein öffentlich nutzbares Netzwerk konzipiert, an das die gesamte Bevölkerung Produktionsanfragen melden kann. Die Vergabe dieser Anfragen an den jeweiligen Produzen-ten erfolgt durch ein neues und eigens entwickeltes Steuerungs- und Prioritätssystem, das die Anfragen anhand der Parameter Komplexität und Liegezeit bewertet. Neben der klassischen Form der Materialbeschaffung über Einzelbestellungen stehen auf der lokalen Ebene ferner neue und standardisierte Beschaffungswege durch die Bestellung in Kontingenten und den Materialaustausch zwischen den einzelnen offenen Produktionswerkstätten zur Verfügung, was zu einem geringeren Aufwand für die einzelnen Produzenten und zu kürzeren Lieferketten innerhalb der Stadt führt. Einen Mehrwert bietet Open PPS als interdisziplinäres Modell grundsätzlich allen Akteuren, die ein lokales und kollaboratives Netzwerk für die urbane Produktion mit mehreren Partnern anstreben. Ein Beispiel hierfür sind die einzelnen Fab Cities, die mit ihren offenen Produktionswerkstätten ein solches Netzwerk verwirklichen wollen. Die Nutzer und Betreiber profitieren dabei von der Organisationsstruktur des Netzwerks und den klaren und standardisierten Abläufen. Die Kunden erhalten bedarfsorientiert hochgradig individualisierte Produkte und profitieren von einer zunehmenden Preisreduzierung durch das kontinuierliche Teilen von Fertigungsdaten im gesamten Netzwerk. Open PPS unterstützt damit den Fab City Ansatz in unternehmerischer Hinsicht durch die Professionalisierung der Produktion und in Hinblick auf die Forschung durch die Möglichkeit der individuellen Herstellung von Prototypen und Demonstratoren. Zudem können KMUs und große Unternehmen gleichermaßen von dem Modell profitieren. Damit leistet diese Forschungsarbeit einen wesentlichen Beitrag zur Produktionsplanung und steuerung in regionalen Netzwerken, wodurch zukünftig kurze Lieferketten und regionale Resilienz sichergestellt werden sollen. Für die Implementierung sind als nächste Schritte die Entwicklung des User Interfaces sowie die technische Entwicklung der Schnittstellen notwendig. Anschließend kann das Open PPS-Modell testweise implementiert werden. Weiteren Forschungsbedarf wird es dann hinsichtlich der Interaktionen mit dem Modell und der tatsächlichen Anwendbarkeit geben. Außerdem wird der Abgleich der im Rahmen der vorliegenden Arbeit im Kontext Hamburg erhobenen Anforde-rungen mit Anforderungen in anderen Fab Cities und Produktionsnetzwerken Aufschluss über die Anwendbarkeit der Open PPS in anderen urbanen Räumen liefern. Nicht zuletzt ermöglicht Open PPS neue Formen kollaborativer Wertschöpfung, weshalb die Entwicklung neuer Ge-schäftsmodelle ein eigenes Forschungsfeld bilden kann. Es liegt nun an den jeweiligen Netz-werk- und Fab City Akteuren, die Ergebnisse dieser Arbeit zu nutzen, um eine Produktionspla-nung und -steuerung für ihren städtischen Raum umzusetzen.

Bereits in den 80er-Jahren wurde deutlich, dass physische menschliche Arbeit auch mit beträchtlichem Aufwand nicht komplett durch Automatisierung zu ersetzten ist. Wenngleich sich die Fähigkeiten der Maschinen in den letzten dreißig Jahren deutlich erweitert haben und viele repetitive Tätigkeiten heute durch Maschinen ausgeführt werden, wird der Mensch als physisch agierende Arbeitskraft in vielen Bereich der Produktion weiterhin benötigt und kann sich nicht allein auf eine überwachende Rolle zurückziehen. Mit physischer Arbeit einher geht eine Belastung des Muskelskelettsystems, die insbesondere für Zwangshaltungen wie Tätigkeiten in und über Kopfhöhe mit dem Auftreten arbeitsbedingter Muskelskeletterkrankungen (wMSD) verbunden ist. Während dies in früherer Zeit toleriert wurde, steigt mit dem demographischen Wandel der Druck, die Risiken durch physische Belastung am Arbeitsplatz zu reduzieren. Gemäß Arbeitsschutzgesetz sind Arbeitgeber verpflichtet hierbei ursächlich vorzugehen und zunächst die Arbeitsplätze umzugestalten. Oftmals ist dies jedoch praktisch unmöglich oder wirtschaftlich nicht tragbar. Um auch in diesen Fällen die Belastung zu reduzieren, werden seit einigen Jahren Exoskelette mit dem Ziel getestet, die Belastung durch bspw. Zwangshaltungen zu reduzieren und physisch anstrengende Arbeit angenehmer zu gestalten. Bisher entwickelte Exoskelette für die Arbeitswelt sind in erster Linie passiv und daher nur bedingt auf die Tätigkeit abstimmbar. Aktuell bestehende aktive Exoskelette sind oftmals schwer und basieren technologisch auf Komponenten aus der industriellen Robotik. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher untersucht, welche Anforderungen für aktive Exoskelette zur Unterstützung des Hebens, Haltens und Tragens insbesondere im Bereich des Antriebs und der Steuerung zu berücksichtigen sind und wie diese beispielhaft für ein aktives Exoskelett zur Unterstützung von Tätigkeiten in und über Kopfhöhe umgesetzt werden können. Neben der aktiven Antriebs- und Steuerungstechnologie wurde auch eine morphologische Struktur des Exoskeletts entwickelt, um die Eigenschaften des aktiven Antriebs zu berücksichtigen. Dabei hat sich gezeigt, dass nah am Körper verlaufende Strukturen vorteilhaft sind, da diese sowohl bei Haupt- als auch bei Nebentätigkeiten weniger stören als ausladende nicht-anthropomorphe Kinematiken. Trotz körpernahem Verlauf der Struktur konnte diese so gestaltet werden, dass ein aktiver Antrieb je Seite ausreicht und die restlichen Freiheitsgrade freilaufend ohne Antrieb ausgeführt werden können. Als Antrieb hat sich für die Anwendung beim Heben, Halten und Tragen im Vergleich mit elektrischen Antrieben der pneumatische Antrieb als überlegen hinsichtlich Gewicht, Trägheit und autonomer Laufzeit herausgestellt. Dieser wurde daher für die praktische Umsetzung ausgewählt. Aufbauend auf Erkenntnissen der Kognitionspsychologie zur physischen Interaktion von Menschen wurde ein durch den Nutzer während der Tätigkeit beeinflussbares aktives Steuerungskonzept entwickelt und mit unterschiedlichen während der Aufgabe konstant unterstützenden passiven Modi verglichen. In qualitativen Untersuchungen mit 8 Probanden hat sich gezeigt, dass durch einen aktiven Unterstützungsmodus der wahrgenommene Widerstand beim Senken der Arme reduziert werden kann. In quantitativen Messungen der Muskelaktivität mittels Oberflächen-Elektromyographie (sEMG) konnte dieser Vorteil des aktiven Modus gegenüber dem passiven Modus bisher nicht durch eine verringerte Aktivität der zum Senken des Arms notwendigen Muskulatur bestätigt werden. Gleichsam zeigen sEMGMessungen eine Reduktion der Muskelaktivität im Bereich der Schulter und des Rückens und somit eine Entlastung dieser Bereiche an. Insgesamt konnte das Potenzial aktiver Exoskelette zur Unterstützung beim Heben, Halten und Tragen gegenüber passiven Exoskeletten bestätigt werden. Insbesondere bei hohen und wechselnden Lastgewichten sind aktive gegenüber passiven Exoskeletten vorteilhaft. Aus methodischer Sicht konnte zudem dargestellt werden, dass sich die im Rahmen der Entwicklung von Exoskeletten auftretenden Prozesse an Hand wiederkehrender Handlungsmuster strukturieren lassen. Durch Orientierung an diesen wiederkehrenden Handlungsmustern konnte die Entwicklung über verschiedene technische Domänen (Mechanik, Antriebstechnik und Software) methodisch angeglichen werden und ein Transfer von Funktionen zwischen den Domänen erleichtert werden. Neben dieser übergeordneten methodischen Ausrichtung wurde zudem demonstriert, welchen Beitrag eine ganzheitliche, an den Bedürfnissen der Nutzer ausgerichtete, Entwicklung von Exoskeletten und dabei insbesondere die Berücksichtigung von Erkenntnissen der Kognitionspsychologie und Biomechanik auf die Anforderungsklärung haben kann.

Das Feld der additiven Fertigung hat in den vergangenen Jahren stark an Relevanz gewonnen. Eine besondere Bedeutung kommt hierbei jenen Verfahren zu, welche die additive Herstellung metallischer Bauteile, üblicherweise im Schmelzverfahren, ermöglichen. Die vorliegende Arbeit befasst sich daher mit der additiven Fertigung kleiner metallischer Strukturen unter Nutzung galvanischer Depositionsmechanismen als alternativem Ansatz. Dabei hebt sich die Arbeit durch den vergrößerten Versuchsmaßstab und die folglich veränderte technische Umsetzung von vorangegangenen Arbeiten ab. Neben dem umfangreichen Stand der Technik und der Forschung der additiven Fertigung behandelt diese Arbeit ausführlich die im hiesigen Kontext relevanten Grundlagen der galvanischen Stoffabscheidung. Aus diesen wird der Lösungsansatz der lokalen Begrenzung der Stoffabscheidung mittels einer düsenartigen Vorrichtung abgeleitet. Randbedingungen, welche sich aus dem gewählten Lösungsansatz ergeben, werden dabei ebenfalls betrachtet sowie die resultierenden Effekte im Rahmen einer physikalischen Modellbildung postuliert. Ferner behandelt diese Arbeit die zur Validierung des Lösungsansatzes durchgeführten iterativen Versuche und deren Versuchsaufbauten. Hierbei werden auch die gewonnenen Erkenntnisse zu möglichen Einfluss- bzw. Störfaktoren innerhalb der Versuche und die entwickelten Verbesserungen zu deren Behebung bzw. Kompensation erläutert. Ein besonderes Augenmerk dieser Arbeit liegt in diesem Zusammenhang auf der Darlegung der Notwendigkeit und der Umsetzung einer aktiven Prozessführung in Form einer Schichtdickenregelung. Schließlich werden die im Zuge der Versuche erzeugten metallischen Strukturen präsentiert und die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen hinsichtlich der getroffenen fertigungstechnischen Annahmen, der Oberflächencharakteristik und der Defektvolumen erläutert. Abschließend wird die Validität der entwickelten Fertigungstechnik an einem Demonstratorbauteil nachgewiesen.