Benutzer:RudolfSimon/Institut für Produktentwicklung Karlsruhe

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IPEK – Institut für Produktentwicklung
RudolfSimon/Institut für Produktentwicklung Karlsruhe
Kategorie:	Forschungseinrichtung Karlsruher Institut für Technologie
Standort der Einrichtung:	Kaiserstr. 12, 76131 Karlsruhe
Art der Forschung:	Angewandte Forschung Grundlagenforschung
Fächer:	Ingenieurwissenschaft
Fachgebiete:	Antriebssysteme, Tribologische Systeme, Entwicklungs- und Innovationsmanagement, Kupplungen und Bremsen in Antriebssystemen, Validierung technischer Systeme, Leichtbau, Gestalt-Funktion-Zusammenhänge in der Konstruktion, Produktgenerationsentwicklung, Fahrzeugakustik, Power-Tools
Leitung:	Albert Albers, Sven Matthiesen, Sascha Ott
Mitarbeiter:	ca. 70 Wissenschaftliche Mitarbeiter, 20 Mitarbeiter in Administration und Werkstatt, ca. 350 studentische Hilfskräfte
Homepage:	ipek.kit.edu

Das Institut für Produktentwicklung (IPEK) ist eine Forschungseinrichtung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) auf dem Gebiet der wissenschaftlichen Produktentwicklung und Innovation mit dem Schwerpunkt auf Antriebssystemen, Mobilität und Geräten.

Das grundlegende Forschungskonzept des IPEK ist das parallele Forschen an Methoden und Prozessen der Produktgenerationsentwicklung kombiniert mit der Forschung zur Synthese und Validierung neuer technischer Systeme. Ziel ist es, dieses Konzept durch gemeinsame Leistung umzusetzen und die Ergebnisse kompetenzorientiert durch das KaLeP – Karlsruher Lehrmodell für Produktentwicklung in Lehre und Weiterbildung zu integrieren.

Geschichte

Die Anfänge des IPEK gehen bis in die Mitte des 19. Jahrhunderts zurück. Aus der höheren Gewerbeschule, eine von fünf Fachschulen des damals noch genannten Polytechnikums Karlsruhe, gingen 1847 sowohl eine chemisch-technische Schule, geleitet von Karl Weltzien, als auch eine mechanisch-technische Schule hervor. Maßgeblichen Anteil an der Aufteilung und der daraus entstandenen Fakultät für Maschinenbau hatte Ferdinand Redtenbacher, der den Vorsitz der mechanisch-technischen Schule, später Maschinenbauschule (1859), einnahm und als Begründer des modernen wissenschaftlichen Maschinenbaus gilt. Nach Redtenbacher wurden 1863 sowohl Franz Grashof, der unter anderem für seine Leistungen im Verein Deutscher Ingenieure (VDI) große Anerkennung erlangte, als auch Josef Hart als Professoren an die Schule berufen.

Als Ursprung des IPEK kann die Berufung Karl Kellers als dritten Professor, neben Franz Grashof und Josef Hart, für den neu gegründeten Lehrstuhl Maschinenelemente im Jahr 1869 angesehen werden. Er lehrte in den Fächern Wasserkraftmaschinen, Hebezeuge und die schon von Ferdinand Redtenbacher durchgeführte Veranstaltung „Maschinenelemente“. Karl Keller blieb 39 Jahre Inhaber des Lehrstuhls bis er 1908 von Hans Bonte abgelöst wurde. 1924 wurde Hans Kluge an das „Institut für Maschinenelemente und Kraftwagen“ berufen und übernahm den Lehrstuhl von Hans Bonte. Unter seiner Führung entwickelte sich das Institut rasch weiter und erhielt 1928 speziell für Kraftwagen die ersten Prüfstände.

Nach dem Wiederaufbau des im Zweiten Weltkrieg zerstörten Instituts wurde Karl Kollmann 1951 berufen und änderte den Namen des Instituts ein Jahr später in „Institut für Maschinenkonstruktionslehre und Kraftfahrzeugbau“ und damit einhergehend auch den Lehrstuhl in „Maschinenkonstruktionslehre“. Um der immer größer werdenden Anzahl von Studierenden gerecht zu werden wurde 1967 ein zweiter Lehrstuhl mit der Bezeichnung „Allgemeine Maschinenkonstruktionslehre“ gegründet, auf den Herman Reuter berufen wurde. Auf Karl Kollmann folgte 1973 Rudolf Haller, der sowohl den Lehrstuhl als auch den Institutsvorsitz übernahm. Für Herman Reuter wurde 1977 Peter Kuhn berufen. Der Lehrstuhl „Allgemeine Maschinenkonstruktionslehre“ wurde nach der Pensionierung von Peter Kuhn 1997 infolge der Sparmaßnahmen durch den Solidarpakt nicht wiederbesetzt.

Von 1996 an übernahm Albert Albers den Institutsvorsitz und den neu benannten Lehrstuhl für Produktentwicklung und Antriebstechnik, ehemals Lehrstuhl für Maschinenkonstruktionslehre, von Rudolf Haller. 2004 erfolgte auch die Umbenennung in Institut für Produktentwicklung (IPEK) um den Namen den Forschungsschwerpunkten anzupassen. Aufgrund des doppelten Abiturjahrgangs durch das G8 und der damit verbundenen steigenden Studierendenzahl wurde ein zweiter Lehrstuhl initiiert. 2010 wurde Sven Matthiesen auf den Lehrstuhl für Gerätekonstruktion und Maschinenelemente berufen.

Forschung

Die Forschung des Instituts untergliedert sich in zehn Forschungsfelder. Im Mittelpunkt der Forschungsaktivitäten stehen Antriebssysteme und Mobilität, sowie Methoden und Prozesse der Produktentwicklung.

Forschungsfelder

Antriebssysteme

Im Fokus der Forschung stehen Methoden zur Entwicklung und Validierung konventioneller, hybrider und elektrischer Antriebssysteme. Auf Basis des IPEK-X-in-the-Loop-Ansatzes wird an Simulations- und Prüfumgebungen geforscht, um ein Systemverständnis zu komplexen Vorgängen im Antriebssystem aufzubauen.

Entwicklungs- und Innovationsmanagement

Dieses Forschungsfeld forscht an Prozessen, Methoden und Tools zur Analyse zukünftiger Marktbedürfnisse und beleuchten gleichzeitig den erforderlichen agilen Innovationsprozess durch Agile Systems Design mit Schwerpunkt auf der Profilfindung, Ideengenerierung und Validierung. Die agilen Methoden und Prozesse werden vor dem Hintergrund individueller und organisatorischer Akzeptanz entwickelt.

Gestalt-Funktion-Zusammenhänge in der Konstruktion

Seit mehr als 20 Jahren forscht das IPEK unter dem Begriff Contact&Channel-Approach (C&C²-A) an Modellen zur Abbildung des Zusammenhangs von Gestalt und Funktion in technischen Systemen. Ziel ist es, die Analyse- und Synthese-Prozesse in der Konstruktion methodisch zu unterstützen um damit effektiver und effizienter innovative Produktlösungen zu entwickeln.

Kupplungen und Bremsen in Antriebssystemen

Das IPEK versteht Kupplungen und Bremsen als mechatronische und mechanische Stellglieder. Hierbei fokussiert das IPEK auf fundamentale Systemeigenschaften, beispielsweise das dynamische Verhalten, Verschleißverhalten, Reibungskoeffizient sowie Schleppverluste, welche die Auslegung und Integration des Kupplungs- und Bremsaggregats betreffen.

Leichtbau

Im Forschungsfeld Leichtbau wird an Methoden geforscht, die den Leichtbauentwicklungsprozess unterstützen. Schwerpunkt der Forschung bilden Methoden zur Analyse von Leichtbaupotentialen im Gesamtsystem, die Systemsynthese mittels Multi-Material-Design sowie Methoden zur Gestaltsynthese und Strukturoptimierung isotroper und anisotroper Werkstoffe.

Noise Vibration Harshness (NVH) und Fahrzeugakustik

Das Forschungsfeld befasst sich mit der Methodenentwicklung sowie dem Aufbau von Validierungsumgebungen im Bereich Akustik des Gesamtsystems Fahrzeug, dessen Subsystemen (Komponenten) sowie der Objektivierung des Fahrkomforts. Im Fokus sind dabei Hybridfahrzeuge, batterieelektrische Fahrzeuge sowie Brennstoffzellenfahrzeuge.

Validierung technischer Systeme

Im Verständnis des IPEK stellt die Validierung die zentrale Aktivität der Produktentstehung dar. Daher wird an effizienten Systemen, Methoden und Prozessen geforscht, die eine ganzheitliche und prozessbegleitende Validierung realisieren. Forschungsschwerpunkte dieses Forschungsfeldes sind:

• IPEK-X-in-the-Loop-Ansatz (IPEK-XiL-Ansatz) zur ganzheitlichen und durchgängigen Validierung
• (Verteilte) Validierungsumgebungen in einem Unternehmen und über Unternehmensgrenzen hinweg
• System- und funktionsorientierte Integration physischer und virtueller Modelle von (Teil-)Systemen
• (Model-Based) Systems Engineering zur Unterstützung der Validierung
• Modellbasierte und manöverbasierte Ansätze zur Formalisierung der Validierung
• Individuelle und organisatorische Akzeptanz der erforschten Methoden und Prozesse

Produktgenerationsentwicklung (PGE)

Dieses Forschungsfeld baut auf dem gleichnamigen Modell auf, das grundlegende Phänomene von Entwicklungsprojekten abbildet. Demnach basiert jede Produktentwicklung auf bereits vorhandenen technischen Lösungen und setzt sich ausgehend davon aus den Aktivitäten Übernahme-, Gestalt- und Prinzipvariation zusammen.

Power-Tools

Im Forschungsfeld Power-Tools werden Methoden zur Unterstützung des Entwicklungsprozesses von Power-Tools erforscht. Unter dem Begriff Power-Tool wird dabei das System bestehend aus handgehaltenem Gerät (elektropneumatischer Bohrhammer, Winkelschleifer etc.), Werkzeug (Bohrer, Schleifscheibe etc.) und Consumable (Dübel, Schraube etc.) verstanden. Der Fokus liegt dabei auf der Entwicklung von Mess-, Modellierungs- und Validierungsmethoden unter Einbezug des systemübergreifenden IPEK-X-in-the-Loop Ansatzes. Forschungsschwerpunkte des Forschungsfeldes Power-Tools sind:

• Untersuchung der Interaktion von Anwender und handgehaltenem Gerät
• Validierungsumgebungen für Power-Tools und deren Komponenten
• Erforschung und Entwicklung von Untergrundersatzsystemen
• Untersuchung von schlagenden Anzugsverfahren
• Machine Learning und Industrie 4.0 im Umfeld von handgehaltenen Geräten

Tribologische Systeme

Im Fokus der Forschung am IPEK stehen Methoden zur numerischen und experimentellen Modellbildung tribologischer Systeme und deren Validierung unter Berücksichtigung multiphysikalischer und multiskaliger Phänomene. Mit Schwerpunkt auf Gleit-, Friktions- und Wälzkontakte werden geeignete Validierungsmethoden und Simulationsmodelle entwickelt und hieraus optimierte tribologische Systeme abgeleitet.

Lehre – Karlsruher Lehrmodell für Produktentwicklung

Der Maschinenbau der Universität Karlsruhe (TH) hat eine lange Tradition, weswegen Persönlichkeiten die Lehre und Forschung im Bereich des Maschinenbaus maßgeblich geprägt und weitergeführt haben. Dieser Tradition folgend, wurde am Institut für Produktentwicklung ein didaktisches Konzept entwickelt, das die Vermittlung der notwendigen Kenntnisse für einen Ingenieur unter den Randbedingungen der fortschreitenden Globalisierung und den daraus folgenden veränderten Anforderungen ermöglicht. Dieses Konzept ist das Karlsruher Lehrmodell für Produktentwicklung (KaLeP). Es ist ein durchgängiges Ausbildungssystem, das sich am Entwicklungsprozess der Praxis orientiert. Das Ziel des Lehrmodells ist es, die Kompetenz zur selbstständigen Lösung neuer Fragestellungen durch beispielsweise das am Institut entwickelte Framework S.P.A.L.T.E.N. zu vermitteln. Dies erfolgt durch selbstständiges, begleitendes Lernen in einem wissenschaftlichen Arbeitsumfeld. Es umfasst vor allem die Art und Weise des Lernangebots, der Lernumgebung und den Erwerb von Schlüsselqualifikationen. Der Lernprozess des Ingenieurs soll auf unterschiedlichen Wegen begleitet werden:

• Vorlesungen dienen dazu, den Wissenserwerb zielgerichtet zu gestalten und zu fördern, um eine Basis für die anderen beiden Bausteine zu bilden.
• Semesterübergreifende Übungen sollen die Reflexion des Lernprozesses anregen, um das Wissen praktisch in verschiedenen Problemstellungen anzuwenden.
• Projektarbeit soll den Transfer und die Anwendung des Wissens in die Industrie ermöglichen, um speziell in kleinen Projektgruppen das erlernte Wissen in simulierten realen Arbeitsbedingungen anzuwenden und weitere Kompetenzfelder (Sozialkompetenz, Methodenkompetenz etc.) weiterzuentwickeln.

Im Jahr 2013 wurde die Fakultät für Maschinenbau am KIT mit dem VDMA-Preis Bestes Maschinenhaus für Lehrkonzept und Umsetzung geehrt, in dem das Karlsruher Lehrmodell für Produktentwicklung (KaLeP) eine zentrale Rolle einnimmt.

Internationale Lehre

Global Engineering Alliance for Research and Education (GEARE)

Das GEARE Programm ist ein weltweit vernetztes Austauschprogramm, an dem Studierende des Maschinenbaus am Karlsruher Institut für Technologie teilnehmen können. Hierbei verbringen die Studierenden ihr fünftes Semester entweder an der Purdue University (Indiana, USA) oder an der Shanghai Jiao Tong University (China). Dieser Aufenthalt ist mit der Absolvierung eines dreimonatigen Praktikums im jeweiligen Land verbunden. Entwickelt und geleitet wird das Projekt am KIT von Albert Albers und das von ihm geleitete IPEK in Zusammenarbeit mit den beiden Gastuniversitäten.

Doppelmasterproramm in Deutschland und China (KIT – Tongji University)

Das Doppelmasterprogramm bietet einen Masterstudiengang an, der teilweise am KIT und an der Tongji Universität (Shanghai, VR China) zu absolvieren ist. Der Studiengang Fahrzeugtechnik richtet sich an Maschinenbaustudierende, die durch das Studium Auslanderfahrung in China erwerben wollen . Durch Beteiligung an diesem Doppelmasterprogramm trägt das IPEK zur soliden Partnerschaft zwischen KIT und der Tongji University bei.

Weblinks

• Website des Instituts
• Karlsruher Lehrmodell für Produktentwicklung (KaLeP)

Einzelnachweise

49.0094878.414332

Normdaten (Körperschaft): GND: 10089885-3 | VIAF: 128806380

Produktentwicklung Kategorie:Technisch orientiertes Forschungsinstitut