Mechatronic Machine Elements and System Reliability

Academic Staff

Frank Bremer, M. Sc.	Felix Leitenberger, M. Sc.
Matthias Dörr, M. Sc.	Julian Peters, M. Sc.
Tobias Kretschmer, M. Sc.	Sebastian Zimprich, M. Sc.

Topics and Focus

Our research focus is the mechatronization of machine elements and the development of test methods for the evaluation of system reliability. We enable the digitalization and connectivity of technical products and the derivation of design target variables for product development. The results of our research are measurement-, modeling-, and test-methods to analyze and describe the entire system down to the technical detail.

The topics in our research group are

analysis methods for the functional design of mechatronic machine elements,
cross-domain modeling for the control of drive systems in the system context and for representation in digital twins,
development of measuring technology and in-situ sensor systems for the acquisition of the relevant system variables,
test and validation methods for the evaluation of system reliability and performance,
methods for the derivation of design target variables.

Our goal is the research of methods and processes to support product development of mechatronic systems. In this way we create the basis for innovations for our corporate partners.

Selected contributions of our research:

Service Offer

As your partner we strengthen you in the competition for innovation. We specialize in the fields of aerospace, power tools, fastening and drive technology.

We offer

theoretical and experimental investigation of mechatronic systems,
development of test methods and X-in-the-Loop test benches for drive systems,
control and prediction models for mechatronic drive systems,
measurement and simulation of vibration and impact excitations,
measurement, analysis and prediction methods for hand-held power tools with focus on vibration and impact with consideration of the user,
system analysis of machine elements and systems of fastening technologies,
utilization and adaptation of digitalization tools (IoT, machine learning, AI, ...) for product development.

Equipment

Test benches

Automated power tool test bench for robot-controlled reliability and performance testing
Component test bench for powertrain testing and system tuning
Scaled-Components-in-the-Loop test bench for component analysis and experimental modeling on different performance scales
Screw tribology test bench for analysis of impact-tightened screw connections and derivation of prediction models
Substrate replacement test bench for concrete-free testing of hammer drills

Measurement technology

Various force, torque and acceleration measurement technology
Miniature measurement technology
Laser vibrometer for vibration analysis
Mobile data acquisition systems and miniature data loggers for the acquisition of measurement data in the field
3D scanner for system integration of fast prototypes
Fiber optic measuring equipment for the spatially resolved recording of component loads and temperatures
Dust sensor for detection of application-related emissions
Universal testing machine for tensile and compression tests
Digital microscope with high sharpness depth

Further equipment of the institute can be found here.

Theses

Current theses of the research group can be found here.

Contact

Dr.-Ing. Frank Bremer
Chief Engineer

+49 721 608-48245frank bremer ∂does-not-exist.kit edu81110.23 Campus Süd

Felix Benjamin Leitenberger, M. Sc.
Research Associate

+49 721 608-41871felix leitenberger ∂does-not-exist.kit edu10350.33 Campus Süd

Selected Publications

2022

Schwingungsreduzierendes Lagersitzdesign durch gezielte Abstimmung der Gestaltparameter am Beispiel eines Winkelschleifers [Vibration-reducing Bearing Seat Design through Systematic Selection of the Design Parameters Using the Example of an Angle Grinder]
Sturm, C.; Hoelz, K.; Geyer, L. D.; Matthiesen, S.; Gwosch, T.
2022. Konstruktion, 74 (11-12), 72–77. doi:10.37544/0720-5953-2022-11-12-72

Effect of high level grip-and push force and elevated arm posture on the zh-axis hand-arm impedance
Lindenmann, A.; Schröder, T.; Germann, R.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2022. International Journal of Industrial Ergonomics, 92, Art.Nr. 103375. doi:10.1016/j.ergon.2022.103375

Analysis of the influence of feed and lateral force on productivity and hand-arm vibration in interaction with drill bit wear and concrete strength
Uhl, M.; Gauch, M.; Robens, J.-H.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2022. International Journal of Industrial Ergonomics, 92, Art.-Nr.: 103347. doi:10.1016/j.ergon.2022.103347

Ermittlung von Erfolgsfaktoren für die Bildung quantitativer Gestalt-Funktion-Zusammenhang-Modelle in der Gestaltung anhand einer Fallstudie zu Sichelmessern = Derivation of Success Factors for Quantitative Modelling of Embodiment Function Relations in Embodiment Design - A Case Study on Involute Blades. PhD dissertation
Bremer, F.
2022, July 27. Karlsruher Institut für Technologie (KIT). doi:10.5445/IR/1000148909

Does the User Behavior effect the Productivity of Hammer Drilling? : Analysis of the Influences of Feed and Lateral Force
Uhl, M.; Robens, J. H.; Gauch, M.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2022. Karlsruher Institut für Technologie (KIT). doi:10.5445/IR/1000148105

Analyse und Modellierung der Zusammenhänge zwischen der Tragfähigkeit und den Gewindeparametern von Holzschrauben durch die Entwicklung von Analysetechniken = Analysis and Modeling of the Relations between Load-Bearing Capacity and Thread Parameters of Wood Screw Connections through the Development of Analysis Techniques. PhD dissertation
Hölz, K. S.
2022, January 20. Karlsruher Institut für Technologie (KIT). doi:10.5445/IR/1000142041

Research Data on the Influence of Thread Parameters on the Withdrawal Capacity of Wood Screws
Hoelz, K.; Hohlweg, J.; Matthiesen, S.
2022, January 18. doi:10.5445/IR/1000141497

Evaluation of Active Shoulder Exoskeleton Support to Deduce Application-Oriented Optimization Potentials for Overhead Work
Sänger, J.; Yao, Z.; Schubert, T.; Wolf, A.; Molz, C.; Miehling, J.; Wartzack, S.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.; Weidner, R.
2022. Applied Sciences (Switzerland), 12 (21), Art.-Nr.: 10805. doi:10.3390/app122110805

Ein selbstlernender Tangential-Schlagschrauber-Regelalgorithmus zur Reduktion der Vorspannnkraftstreuung
Kretschmer, T.; Wettstein, A.; Liewerenz, O.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2022. 7. VDI-Fachtagung Schraubenverbindungen, 08. und 09. November 2022, Berlin

Untersuchung der Ausziehtragfähigkeit von gewindeoptimierten Holzschrauben
Hölz, K.; Bremer, F.; Giebel, M.; Matthiesen, S.
2022. Bautechnik, 99 (S2), 48–55. doi:10.1002/bate.202200044

Hydro-mechanical Dampers for Testing high Cyclic Shock Loads in Preventive Health Protection
Zimprich, S.; Anstotz, B.; Matthiesen, S.
2022. IHIET 2022: 8th International Conference on Human Interaction & Emerging Technologies, 22nd - 24th August 2022, Université Côte d’Azur, Nice, France, AHFE International. doi:10.54941/ahfe1002793

Activity Recognition With Machine Learning in Manual Grinding
Dörr, M.; Spoden, F.; Matthiesen, S.; Gwosch, T.
2022. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 144 (9), Art.-Nr.: 094504. doi:10.1115/1.4054905

Tandem Outlier Detectors for Decentralized Data
Heyden, M.; Wilwer, J.; Fouché, E.; Thoma, S.; Matthiesen, S.; Gwosch, T.
2022. Proceedings of the 34th International Conference on Scientific and Statistical Database Management, Article: 25, Association for Computing Machinery (ACM). doi:10.1145/3538712.3538748

Gaining insights through qualitative modelling - industrial project analysis with focus on derived hypotheses based on the contact and channel approach
Grauberger, P.; Bremer, F.; Pfaff, F.; Tröster, P.; Nelius, T.; Eisenmann, M.; Stöberl, T.; Albers, A.; Matthiesen, S.
2022. 32nd CIRP Design Conference (CIRP Design 2022) - Design in a changing world. Ed.: N. Anwer, 478–483, Elsevier. doi:10.1016/j.procir.2022.05.281

A Musculoskeletal Human Model-Based Approach for Evaluating Support Concepts of Exoskeletons for Selected Use Cases
Molz, C.; Yao, Z.; Sänger, J.; Gwosch, T.; Weidner, R.; Matthiesen, S.; Wartzack, S.; Miehling, J.
2022. Proceedings of the Design Society, 2, 515–524. doi:10.1017/pds.2022.53

Wasserstoff als Energieversorgung in mobilen Anwendungen am Beispiel eines Power-Tools
Zimprich, S.; Matthiesen, S.; Gwosch, T.
2022. Konstruktion, 74 (04), 65–69. doi:10.37544/0720-5953-2022-04-65

Functional Investigation of Geometrically Scaled Drive Components by X-in-the-Loop Testing with Scaled Prototypes
Steck, M.; Matthiesen, S.; Gwosch, T.
2022. Machines, 10 (3). doi:10.3390/machines10030165

Influence of thread parameters on the withdrawal capacity of wood screws to optimize the thread geometry
Hoelz, K.; Dörner, P.-T.; Hohlweg, J.; Matthiesen, S.
2022. European Journal of Wood and Wood Products. doi:10.1007/s00107-022-01792-9

Sensor-integrating gears: wear detection by in-situ MEMS acceleration sensors [Sensorintegrierende Zahnräder: Verschleißdetektion durch In-situ MEMS Beschleunigungssensoren]
Peters, J.; Ott, L.; Dörr, M.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2022. Forschung im Ingenieurwesen/Engineering Research, 86, 421–432. doi:10.1007/s10010-021-00575-7

User-centered design of power tools: a generic process for evaluation of usability aspects [Die Nutzerzentrierte Produktentwicklung von Power-Tools: Ein generischer Prozess zur Untersuchung von Usability-Aspekten]
Helmstetter, S.; Dörr, M.; Germann, R.; Matthiesen, S.
2022. Forschung im Ingenieurwesen/Engineering Research, 86, 93–104. doi:10.1007/s10010-021-00546-y

2021

Torque-Time series
Mangold, S.; Gerlitz, E.; Zimprich, S.
2021, December 27. doi:10.5445/IR/1000141534

Analyse und Simulation tangential-schlagender Anziehprozesse : Ein tribologisches Simulationsmodell zur Beschreibung von Schraubenanziehverfahren = Analysis and Simulation of Impact Tightening Processes : A Tribological Simulation Model to Describe Bolt Tightening Processes. PhD dissertation
Wettstein, A.
2021, December 3. Karlsruher Institut für Technologie (KIT). doi:10.5445/IR/1000140478

Theoretische Modelle zum Verbundtragverhalten von Holzschrauben für die Schraubengestaltung
Hölz, K.; Ayoubi, M.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2021. Bautechnik, 98 (S2), 86–94. doi:10.1002/bate.202100003

Vorrichtung zum Reinigen eines Bohrlochs, Verfahren und Anordnung [DE-Patent]
Trojan, K.; Hölz, K.; Matthiesen, S.; Wäldele, M.; Müßig, M.; Wied, E.; Wieland, A.
2021, September 23

Simulationsmodell eines in einem Polymergehäuse und Elastomerring gelagerten Antriebsstrangs mit Kegelradgetriebe
Sturm, C.
2021, August 11. doi:10.5445/IR/1000136218

Creation of Digital Twins - Key Characteristics of Physical to Virtual Twinning in Mechatronic Product Development
Sturm, C.; Steck, M.; Bremer, F.; Revfi, S.; Nelius, T.; Gwosch, T.; Albers, A.; Matthiesen, S.
2021. Proceedings of the Design Society, 1, 781–790. doi:10.1017/pds.2021.78

Entwicklung eines sensorintegrierten Verbundankers zur Überwachung der Befestigungssituation
Horn, S.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2021. Beton- und Stahlbetonbau, 116 (6), 460–467. doi:10.1002/best.202000105

A New Dynamical Test Bench for Multi-Axial Loading of Angle Grinders
Dörr, M.; Mertens, J.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2021. Karlsruher Institut für Technologie (KIT). doi:10.5445/IR/1000130022

Simulationsmodell des tangential-schlagenden Anziehprozesses von Schraubenverbindungen
Wettstein, A.
2021, January 11. doi:10.5445/IR/1000127887

Approach to Automated Testing by Combining Simulations and Bench Tests Conducted on an Electrohydraulic Actuator
Dörr, M.; Karam, M.; Wolter, K.; Leitenberger, F.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2021. NAFEMS World Congress (NWC 2021)

Untersuchung des Einflusses von Schmierzuständen auf die Reibwerte beim schlagenden Anziehen von Schraubenverbindungen
Kretschmer, T.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2021. 62. Tribologie-Fachtagung Reibung, Schmierung und Verschleiß, 157–160, Gesellschaft für Tribologie e.V. (GfT)

Investigations to Consider Thermal Interactions Between Spatially Separated Subsystems: Concept of a Thermal Coupling System for X-in-the-Loop Test Benches
Leitenberger, F.; Steck, M.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2021. Proceedings of ASME 2021 International Mechanical Engineering Congress and Exposition (IMECE 2021) : November 1-5, 2021, virtual, online, Article: V011T11A085, The American Society of Mechanical Engineers (ASME). doi:10.1115/IMECE2021-69159

Approach to Support Frontloading in Product Development by Cross-Domain Simulation Models for the Prediction of System Performance under Consideration of Relevant Thermal Effects
Leitenberger, F.; Knecht, S.; Gwosch, T.; Albers, A.; Matthiesen, S.
2021. NAFEMS World Congress 2021

Approach for modelling the dynamic transmission behavior of grinding discs using transfer functions
Dörr, M.; Dürkopp, A.; Zimprich, S.; Gwosch, T.; Gittel, H.-J.; Pelshenke, C.; Dültgen, P.; Matthiesen, S.
2021. Proceedings of ASME 2021 International Mechanical Engineering Congress and Exposition (IMECE2021): Volume 7B ; November 1-5, 2021, Virtual, Online, The American Society of Mechanical Engineers (ASME). doi:10.1115/IMECE2021-69393

Modeling of Human-Machine Systems for System Reliability Testing: Investigation of the User Impact on the Load of the Machine [Modellierung des Mensch-Maschine-Systems für Systemzuverlässigkeitstests: Ermittlung des Anwendereinflusses auf die Belastung der Maschine]
Gwosch, T.; Dörr, M.; Matthiesen, S.
2021. 2021 Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung, SSP 2021, 20. Mai 2021, online, 1–10, Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO

Wertstromkinematik – Produktionssysteme neu gedacht – Interdisziplinäres Forscherteam arbeitet an der Produktionstechnik der Zukunft (Teil 1)
Mühlbeier, E.; Oexle, F.; Gönnheimer, P.; Fleischer, J.; Ye, X.; Hohmann, S.; Mamaev, I.; Bertram, T.; Bryg, M.; Kotschenreuther, J.; Kipfmüller, M.; Bremer, F.; Matthiesen, S.; Arndt, T.; Schulze, V.
2021. Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 116 (11), 847–851. doi:10.1515/zwf-2021-0179

Prediction of tool forces in manual grinding using consumer-grade sensors and machine learning
Dörr, M.; Ott, L.; Matthiesen, S.; Gwosch, T.
2021. Sensors, 21 (21), 7147. doi:10.3390/s21217147

An adjustable bearing seat stiffness element for targeted vibration influencing
Sturm, C.; Lindenmann, A.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2021. INTER-NOISE and NOISE-CON Congress and Conference Proceedings, InterNoise21: Washington, D.C., USA. Ed.: T. Dare. Ed.: T. Dare, 757–766, Institute of Noise Control Engineering of the USA (INCE-USA). doi:10.3397/IN-2021-1642

Use of data-driven design for the development of knob-shaped handles in the context of impedance measurements
Schröder, T.; Lindenmann, A.; Hehmann, S.; Wettstein, A.; Germann, R.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2021. Applied ergonomics, 98, Article no: 103575. doi:10.1016/j.apergo.2021.103575

Development of a Cause-Effect Relationship Model to Identify Influences on Load Conditions that Cause Bearing Damage
Sturm, C.; Gwosch, T.; Zimprich, S.; Matthiesen, S.
2021. Proceedings of the 31st European Safety and Reliability Conference (ESREL 2021). Ed.: B. Castanier, 2924–2929, Research Publishing. doi:10.3850/978-981-18-2016-8_483-cd

Architecture of the Digital Twin in Product Validation for the Application in Virtual-Physical Testing to Investigate System Reliability
Leitenberger, F.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2021. Proceedings of the 32nd Symposium Design for X (DFX 2021), The Design Society. doi:10.35199/dfx2021.10

Analyse des Versagens mittels Bilderkennung für die Gestaltung von Holzschrauben
Hoelz, K.; Dörner, P.-T.; Matthiesen, S.
2021. Konstruktion, 73 (01-02), 64–69. doi:10.37544/0720-5953-2021-01-02-64

Compensation of mass-based effects in component scaling on a hardware-in-the-loop test bench by virtual inertia
Steck, M.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2021. Mechatronics, 78, Art.-Nr.: 102622. doi:10.1016/j.mechatronics.2021.102622

Modellierung des Mensch-Maschine-Systems für Systemzuverlässigkeitstests: Ermittlung des Anwendereinflusses auf die Belastung der Maschine = Modeling of Human-Machine Systems for System ReliabilityTesting: Investigation of the User Impact on the Load of the Machine
Gwosch, T.; Dörr, M.; Matthiesen, S.
2021. Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung (SSP 2021), 20. Mai 2021, Stuttgart, 1–10, Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO

AI-Based knowledge extraction for automatic design proposals using design-related patterns
Krahe, C.; Kalaidov, M.; Doellken, M.; Gwosch, T.; Kuhnle, A.; Lanza, G.; Matthiesen, S.
2021. Procedia CIRP, 100, 397–402. doi:10.1016/j.procir.2021.05.093

Design of sensor integrating gears: methodical development, integration and verification of an in-Situ MEMS sensor system
Peters, J.; Ott, L.; Dörr, M.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2021. Procedia CIRP, 100, 672–677. doi:10.1016/j.procir.2021.05.142

Analyzing iterations in mechanical design processes – a method for data acquisition in meso-level studies
Bremer, F.; Heimberger, F.; Reichard, J.; Matthiesen, S.
2021. Procedia CIRP, 100, 756–761. doi:10.1016/j.procir.2021.05.048

The influence of human interaction on the vibration of hand-held human-machine systems – The effect of body posture, feed force, and gripping forces on the vibration of hammer drills
Lindenmann, A.; Uhl, M.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2021. Applied Ergonomics, 95, Art.-Nr.: 103430. doi:10.1016/j.apergo.2021.103430

Universitäre Ausbildung von Konstrukteurinnen und Konstrukteuren im Kontext des industriellen Wandels
Matthiesen, S.; Hölz, K.; Drechsler, S.; Bruchmüller, T.
2021. CSR und Digitalisierung : Der digitale Wandel als Chance und Herausforderung für Wirtschaft und Gesellschaft. Ed.: A. Hildebrandt, 151–173, Springer Verlag. doi:10.1007/978-3-662-61836-3_10

Wood screw design: influence of thread parameters on the withdrawal capacity
Hoelz, K.; Kleinhans, L.; Matthiesen, S.
2021. European journal of wood and wood products, 79 (4), 773–784. doi:10.1007/s00107-021-01668-4

Simulation Model of a Torque-Limiting Clutch with Adjustable Design Parameters to Investigate the Release Behavior
Steck, M.; Paland, D.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2021. X. Liu-Henke & U. Durak (Eds.), Tagungsband ASIM Workshop STS/GMMS/EDU 2021 - Virtueller Workshop der ASIM Fachgruppen STS (Simulation Technischer Systeme), GMMS (Grundlagen und Methoden in Modellbildung und Simulation) und EDU (Edukation und Simulation) am 11. und 12. März 2021. Ed.: X. Liu-Henke

Modeling dynamic mechanical system behavior using sequence modeling of embodiment function relations: case study on a hammer mechanism
Wettstein, A.; Grauberger, P.; Matthiesen, S.
2021. SN Applied Sciences, 3 (1), Art.-Nr.: 128. doi:10.1007/s42452-021-04149-8

High-speed cutting with involute blades: Experimental research on cutting forces
Bremer, F.; Matthiesen, S.
2021. Journal of food engineering, (293). doi:10.1016/j.jfoodeng.2020.110380

Data-Driven Analysis of Human-Machine Systems – A Data Logger and Possible Use Cases for Field Studies with Cordless Power Tools
Dörr, M.; Peters, J.; Matthiesen, S.
2021. Human Interaction, Emerging Technologies and Future Applications III. Ed.: T. Ahram, 56–62, Springer International Publishing. doi:10.1007/978-3-030-55307-4_9

An Objective Rating Approach for Vibration Discomfort Evaluation in Power Tool Ergonomics – Examination of Higher Frequency Components
Zimprich, S.; Germann, R.; Helmstetter, S.; Saurbier, S.; Matthiesen, S.
2021. Human Interaction, Emerging Technologies and Future Applications III. Ed.: T. Ahram, 84–90, Springer International Publishing. doi:10.1007/978-3-030-55307-4_13

2020

Requirements for Sensor Integrating Machine Elements : A Review of Wear and Vibration Characteristics of Gears
Peters, J.; Ott, L.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2020. Karlsruher Institut für Technologie (KIT). doi:10.5445/IR/1000127139

Vorrichtung zum Reinigen eines Bohrlochs, Verfahren und Anordnung [EU-Patent]
Trojan, K.; Hölz, K.; Matthiesen, S.; Wäldele, M.; Wieland, A.; Müßig, M.; Wied, E.
2020, November 25

Scaling of Rotational Quantities for Simultaneous Testing of Powertrain Subsystems with Different Scaling on a X-in-the-Loop Test Bench
Steck, M.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2020. Mechatronics, 71, Article: 102425. doi:10.1016/j.mechatronics.2020.102425

Ermittlung eines Designraums zur Mechatronisierung von Befestigungsmitteln am Beispiel von Verbundankern = Detection of a design space to mechatronize fastening elements by the example of chemical anchors
Horn, S.; Zimprich, S.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2020. Beton- und Stahlbetonbau, 115 (11), 878–886. doi:10.1002/best.202000022

Methodical support for the investigation of system behaviour with analysis techniques - Overcoming the non-transparency in embodiment design
Hoelz, K.; Grauberger, P.; Matthiesen, S.
2020, September 23. doi:10.5445/IR/1000123853

Algorithmus zur objektiven Analyse des Einflusses von Gewindeparametern von Holzschrauben auf die Rissbildung - Algorithm for an objective analysis of the influence of thread parameters of wood screws on crack formation
Hoelz, K.; Dörner, P.-T.; Matthiesen, S.
2020, July 29. doi:10.5445/IR/1000122036

Investigation of dynamic friction during impact tightening of bolted joints
Wettstein, A.; Kretschmer, T.; Matthiesen, S.
2020. Tribology international, 146, 106251. doi:10.1016/j.triboint.2020.106251

Qualitative Modelling in Embodiment Design - Investigating the Contact and Channel Approach Through Analysis of Projects
Grauberger, P.; Bremer, F.; Sturm, C.; Hoelz, K.; Wessels, H.; Gwosch, T.; Wagner, R.; Lanza, G.; Albers, A.; Matthiesen, S.
2020. Proceedings of the Design Society: DESIGN Conference, 1, 897–906. doi:10.1017/dsd.2020.260

Realitätsnahe und reproduzierbare Randbedingungen in der Vibrationsanalyse - Ein Ersatzuntergrund für elektropneumatische Bohrhämmer = Realistic and Reproducible Boundary Conditions in Vibration Analysis - A Substitute Workpiece for Electro-pneumatic Hammer Drills. PhD dissertation
Bruchmüller, T.
2020, March 10. Karlsruher Institut für Technologie (KIT). doi:10.5445/IR/1000117558

Classification and examples of next generation machine elements = Klassifizierung und Beispiele der nächsten Generation von Maschinenelementen
Vorwerk-Handing, G.; Gwosch, T.; Schork, S.; Kirchner, E.; Matthiesen, S.
2020. Forschung im Ingenieurwesen, 84 (1), 21–32. doi:10.1007/s10010-019-00382-1

Investigation of the thread coefficient of friction when impact tightening bolted joints
Wettstein, A.; Matthiesen, S.
2020. Forschung im Ingenieurwesen, 84 (1), 55–63. doi:10.1007/s10010-019-00392-z

A review of research relating to food slicing in industrial applications
Bremer, F.; Matthiesen, S.
2020. Journal of food engineering, 268, 109735. doi:10.1016/j.jfoodeng.2019.109735

A Method of Determining the Separation Plane of a Knob-Shaped Measuring Handle for the Measurement of Hand-Arm-Impedances
Schröder, T.; Lindenmann, A.; Hehmann, S.; Uhl, M.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2020. Humanschwingungen 2020 : Vibrations- und Schwingungseinwirkungen auf den Menschen., 131–140, VDI Verlag. doi:10.51202/9783181023709-131

Untersuchung des dynamischen Reibverhaltens beim schlagenden Anziehen von Schraubenverbindungen
Wettstein, A.; Kretschmer, T.; Matthiesen, S.
2020. 61.Tribologie-Fachtagung 2020

A modeling approach to identify the influences of relevant system parameters on drive train vibrations
Sturm, C.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2020. Proceeding of 2020 International Congress on Noise Control Engineering (Internoise 2020). Ed.: J. Y. Jeon

Methodical support for investigation of system behaviour by means of analysis techniques - overcoming non-transparency in embodiment design
Hölz, K.; Grauberger, P.; Matthiesen, S.
2020. Forschung im Ingenieurwesen, 84 (4), 323–331. doi:10.1007/s10010-020-00417-y

Herausforderungen bei der Verknüpfung von Gestaltungs- und Toleranzdomäne zur Robustheitsbewertung von Produkt- konzepten
Grauberger, P.; Bremer, F.; Matthiesen, S.; Goetz, S.; Schleich, B.; Wartzack, S.
2020. Summer School Toleranzmanagement : Beiträge zur 4. Summer School - September 2020. Hrsg.: S. Wartzack, 69–74, Ernst Vögel GmbH

Investigation of Failure Behavior in the Thread Contact of Wood Screws during the Pull-Out Process
Hoelz, K.; Grauberger, P.; Matthiesen, S.
2020. Journal of structural engineering, 146 (10), Art.-Nr.: 04020211. doi:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0002784

A Conceptual Model Combination for the Unification of Design and Tolerancing in Robust Design
Grauberger, P.; Goetz, S.; Schleich, B.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.; Wartzack, S.
2020. Proceedings of the Design Society: DESIGN Conference, 1, 157–166. doi:10.1017/dsd.2020.12

Comparison of Parameterization Methods for Real-time Battery Simulation Used in Mechatronic Powertrain Test Benches
Schroeder, T.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2020. IEEE access, 8, 87517–87528. doi:10.1109/ACCESS.2020.2989724

Frontloading in Aircraft Development Process by Integration of a new Validation Method
Gwosch, T.; Steck, M.; Dörr, M.; Matthiesen, S.
2020. Karlsruher Institut für Technologie (KIT). doi:10.5445/IR/1000117783

2019

Product models in embodiment design: an investigation of challenges and opportunities
Matthiesen, S.; Grauberger, P.; Bremer, F.; Nowoseltschenko, K.
2019. SN Applied Sciences, 1 (9), 1078. doi:10.1007/s42452-019-1115-y

Modelling of Tool Workpiece Interactions—Coefficient of Restitution for Hammer Drilling of Concrete
Bruchmueller, T.; Huegel, N.; Wacker, S.; Matthiesen, S.
2019. Forschung im Ingenieurwesen, 83 (1), 21–30. doi:10.1007/s10010-018-00293-7

Test device for drilling hammer : EU-Patent [Patent]
Bruchmueller, T.; Dörr, M.; Neugebauer, W.; Steck, M.; Matthiesen, S.
2019

Design for Vibration Reduction – An Overview of Models for Product Development with Focus on Excitation and Transmission of Vibrations of Technical Systems
Sturm, C.; Bremer, F.; Matthiesen, S.
2019. Procedia CIRP, 84, 662–666. doi:10.1016/j.procir.2019.03.254

Experimental analysis of user forces by test bench and manual hammer drill experiments with regard to vibrations and productivity
Uhl, M.; Bruchmüller, T.; Matthiesen, S.
2019. International journal of industrial ergonomics, 72, 398–407. doi:10.1016/j.ergon.2019.06.016

Antriebsstrangprüfstände zur Ableitung von Konstruktionszielgrößen in der Produktentwicklung handgehaltener Power-Tools. PhD dissertation
Gwosch, T.
2019. Karlsruher Institut für Technologie (KIT). doi:10.5445/IR/1000096256

Frontloading in der Produktentwicklung handgehaltener Power-Tools – Lastmodelle für den Einsatz in Antriebsstrangprüfständen
Steck, M.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2019. Konstruktion, (05-19), 83–90

Recognizing Product Application based on Integrated Consumer Grade Sensors: A Case Study with Handheld Power Tools
Dörr, M.; Ries, M.; Gwosch, T.; Matthiesen, S.
2019. 29th CIRP Design Conference: open design and design as exponential technology, Póvoa de Varzim, Portugal, 8th to 10th May 2019

Experimental Abrasive Contact Analysis – Dynamic Forces between Grinding Discs and Steel for common Angle Grinder Applications
Dörr, M.; Zimprich, S.; Dürkopp, A.; Bruchmüller, T.; Gittel, H.-J.; Matthiesen, S.; Pelshenke, C.; Dültgen, P.
2019. 11th TOOLING 2019 conference & exhibition, Aachen, Germany, 12 - 16 May 2019

Experimentelle Untersuchung von Versagensvorgängen
Horn, S.; Hoelz, K.; Schwabe, M.; Matthiesen, S.
2019. Beton- und Stahlbetonbau, 99 (7), 561. doi:10.1002/best.201900013

Virtual Coupling of Powertrain Components: New Applications in Testing
Gwosch, T.; Steck, M.; Matthiesen, S.
2019. ASIM – Simulation technischer Systeme, Braunschweig, 21. Februar 2019 - 22. Februar 2019. Hrsg.: Umut Durak, Christina Deatcu, Jan Hettwer, 163–168, ARGESIM

Product Models in Embodiment Design – an Investigation of Challenges and Possibilities
Matthiesen, S.; Grauberger, P.; Bremer, F.; Nowoseltschenko, K.
2019. doi:10.5445/IR/1000089686

2018

IPEK-XiL-Approach and IPEK-XiL-Framework for Power Tools
Matthiesen, S.; Behrendt, M.; Gwosch, T.; Bruchmueller, T.; Schaefer, T.
2018. doi:10.5445/IR/1000081598

IPEK-XiL-Ansatz und IPEK-XiL-Framework für Power-Tools
Matthiesen, S.; Behrendt, M.; Gwosch, T.; Bruchmueller, T.; Schaefer, T.
2018. doi:10.5445/IR/1000080086

Junge Menschen für Technikberufe begeistern - Deutschlands Ingenieurstärke sichern
Matthiesen, S.; Hoelz, K.; Eisenmann, M.
2018. 13. Ingenieurpädagogische Regionaltagung 2018 - Diversität und Kulturelle Vielfalt - differenzieren, individualisieren - oder integrieren? Wege zu technischer Bildung, Bochum, 7. - 9. Juni 2018, IPW

Natural science and technology: pupils oriented analysis and synthesis using bearing arrangements
Matthiesen, S.; Hölz, K.; Schaffner, T.
2018. 13. Ingenieurpädagogische Regionaltagung 2018 - Diversität und Kulturelle Vielfalt - differenzieren, individualisieren oder integrieren, Bochum, 7.6.2018 - 9.6.2018, IPW

Eine qualitative Untersuchung der Reibungsverhältnisse und des Oberflächenverschleißes in schlagend angezogenen Schraubenverbindungen
Matthiesen, S.; Wettstein, A.; Sturm, C.
2018. Schraubenverbindungen 2018 - 6. VDI-Tagung, Würzburg, 21. - 22. November 2018, VDI Verlag

Analysis of dynamic system behaviour using sequence modelling with the C&C $^{2}$ -Approach - a case study on a power tool hammer mechanism
Matthiesen, S.; Wettstein, A.; Grauberger, P.
2018. Proceedings of NordDesign: Design in the Era of Digitalization, NordDesign 2018, The Design Society

Experiencing and teaching technology – Integrating STEM teaching-students in interdisciplinary design teams
Matthiesen, S.; Eisenmann, M.; Hoelz, K.; Six, O.
2018. 20th International Conference on Engineering & Product Design Education, London, UK, September 6-7, 2018

PGE – Product generation engineering in engineering education: Real-world problems for beginners in student projects
Albers, A.; Matthiesen, S.; Rapp, S.; Hoelz, K.; Bursac, N.
2018. 20th International Conference on Engineering and Product Design Education (E&PDE 2018), London, UK, September 6-7, 2018

Research Results: "Product Models in Embodiment Design - An Investigation of Challenges and Possibilities"
Matthiesen, S.; Grauberger, P.; Bremer, F.; Nowoseltschenko, K.
2018. doi:10.5445/IR/1000086190

Adjustable impedance elements for testing and validation of system components
Heyden, E.; Lindenmann, A.; Oltmann, J.; Bruchmueller, T.; Krause, D.; Matthiesen, S.
2018. Book of Abstracts. Symposium Lightweight Design in Product Development (LWD-PD18), Zurich, CH, June 14-15, 2018. Ed.: Paolo Ermanni, 44–46, Laboratory of Composite Materials and Adaptive Structures (CMASLab)

Analysis of dynamic system behaviour using sequence modelling with the C&C-Approach – a case study on a power tool hammer mechanism
Matthiesen, S.; Wettstein, A.; Grauberger, P.
2018. Proceedings of NordDesign 2018, Linköping, S, August, 14-17, 2018

Untersuchung des Einflusses der Lagerung auf Funktion und Eigenschaften eines Kegelradgetriebes in Power-Tools
Matthiesen, S.; Gwosch, T.
2018

Anforderungen an ein Messsystem zur Ermittlung der Rotationsimpedanz von Hand-Arm Systemen
Matthiesen, S.; Lindenmann, A.; Bruchmüller, T.
2018. 7. VDI-Tagung Humanschwingungen 2018, Würzburg, 24.-25. April 2018, 91–106, VDI Verlag

From Reality to Simulation – Using the C&C²-Approach to Support the Modelling of a Dynamic System
Matthiesen, S.; Grauberger, P.; Sturm, C.; Steck, M.
2018. Procedia CIRP, 70, 475–480. doi:10.1016/j.procir.2018.03.039

The influence of variating passive user interactions on power tools in the context of product development
Matthiesen, S.; Mangold, S.; Bruchmueller, T.
2018. Forschung im Ingenieurwesen. doi:10.1007/s10010-018-0269-x

Modellbildung mit dem C&C²-Ansatz in der Gestaltung - Techniken zur Analyse und Synthese
Matthiesen, S.; Grauberger, P.; Hölz, K.; Nelius, T.; Bremer, F.; Wettstein, A.; Gessinger, A.; Pflegler, B.; Nowoseltschenko, K.; Voß, K.
2018. Karlsruher Institut für Technologie (KIT). doi:10.5445/IR/1000080744

2017

Technikaktivitäten – Herausforderungen in der Ausbildung und vielversprechende Lösungsansätze
Matthiesen, S.; Hoelz, K.; Fox, D.; Eisenmann, M.
2017. Digitalisierung in der Techniklehre – ihr Beitrag zum Profil technischer Bildung : 12. Ingenieurpädagogische Regionaltagung, Ilmenau, 11. – 13. Mai 2017, IPW

Systemverständnis durch Analysemethoden
Matthiesen, S.; Hölz, K.; Grauberger, P.
2017. DFX 2017: Proceedings of the 28th Symposium Design for X, Bamberg, Germany, 4-5 October 2017. Hrsg.: D. Krause, 263–274, The Design Society

Experimentelle Identifikation von Schwingungsursachen in Antriebssträngen von Power-Tools
Matthiesen, S.; Gwosch, T.; Bruchmueller, T.
2017. VDI Fachtagung Schwingungen 2017: Berechnung, Überwachung, Anwendung, Nürtingen, 10. - 11. Oktober 2017, 311–322, VDI Verlag

Chancen und Herausforderungen beim Führen von interdisziplinären Teams
Matthiesen, S.; Klink, K.; Hoelz, K.; Berg, J.; Schmidt, S.
2017. Digitalisierung in der Techniklehre – ihr Beitrag zum Profil technischer Bildung, 12. Ingenieurpädagogische Regionaltagung, Ilmenau, 11. - 13. Mai 2017, IPW

Technik vermitteln und erleben im Naturwissenschaft und Technik-Unterricht
Matthiesen, S.; Woll, A.; Hoelz, K.; Eisenmann, M.; Schmidt, S.; Hansjosten, I.; Wegmann, K.; Hoffman, M.; Schnur, A.
2017. Digitalisierung in der Techniklehre – ihr Beitrag zum Profil technischer Bildung - 12. Ingenieurpädagogische Regionaltagung, Ilmenau, 11. - 13. Mai 2017, IPW

Realitätsnahe Komponententests zur Unterstützung der Produktentwicklung bei der Validierung von Power-Tools
Matthiesen, S.; Gwosch, T.; Mangold, S.; Dultgen, P.; Pelshenke, C.; Gittel, H.-J.
2017. Konstruktion, 69 (7-8), 76–81

Universitäre Ausbildung zum Konstrukteur im Kontext des industriellen Wandels
Matthiesen, S.; Drechsler, S.; Bruchmueller, T.
2017. CSR und Digitalisierung : Der digitale Wandel als Chance und Herausforderung für Wirtschaft und Gesellschaft. Hrsg.: A. Hildebrandt, 735–754, Springer Verlag. doi:10.1007/978-3-662-53202-7

Methodische Unterstützung des Erkenntnisgewinns in der Produktentwicklung durch Konstruktionshypothesen
Matthiesen, S.; Grauberger, P.; Nelius, T.; Hölz, K.
2017. Karlsruher Institut für Technologie (KIT). doi:10.5445/IR/1000071901

Frontloading in der Produktentwicklung von Power-Tools durch frühe Validierung mit Hilfe von leistungsskalierten Prototypen
Matthiesen, S.; Gwosch, T.; Mangold, S.; Grauberger, P.; Steck, M.; Cersowsky, S.
2017. Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung 2017 (SSP 2017) : Produktentwicklung im disruptiven Umfeld, Stuttgart, Deutschland, 29. Juni 2017

Torsional vibration measurement of an angle grinder in real life applications
Matthiesen, S.; Gwosch, T.; Wettstein, A.
2017. Torsional Vibration Symposium 2017, Salzburg, Austria, May 17-19, 2017, Schwingungstechnischer Verein (Vibration Association)

Validierung von leistungsskalierten Prototypen
Matthiesen, S.; Steck, M.
2017. WiGeP News, 2017 (01), 20

Schlussbericht zu IGF-Vorhaben Nr. 18196N – Entwicklung einer beanspruchungsidentischen Prüftechnik für Elektrowerkzeug-Komponenten [Zusammenfassung des Abschlussberichtes zum IGF-Vorhaben]
Matthiesen, S.; Gwosch, T.; Gittel, H.-J.
2017. FGW - Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe

2016

Systematische Entwicklung von Einheiten aus Power-Tools und anziehbaren Unterstützungssystemen : Ansatz einer integrativen Entwicklung von Power-Tools und anziehbaren Unterstützungssystemen
Weidner, R.; Matthiesen, S.; Bruchmüller, T.; Mangold, S.; Wulfsberg, J. P.
2016. Zweite transdisziplinäre Konferenz zum Thema "Technische Unterstützungssysteme, die die Menschen wirklich wollen". Hrsg.: R. Weidner, 527–534, Helmut-Schmidt-Universität

Prozessmodell zur anwendungsorientierten Entwicklung von Power-Tools
Matthiesen, S.; Germann, R.; Schmidt, S.; Hoelz, K.; Uhl, M.
2016. Technische Unterstützungssysteme, die die Menschen wirklich wollen : Zweite Transdisziplinäre Konferenz - Hamburg, Germany, 12.-13. Dezember 2016. Hrsg.: R. Weidner, 223–232, Helmut-Schmidt-Universität

Das Leben und Sterben von Winkelschleifern
Dueltgen, P.; Gittel, H.-J.; Matthiesen, S.; Gwosch, T.
2016. Bänder, Bleche, Rohre, 2016 (10), 220

Ansatz zur modellunterstützten Vorauslegung von Messsystemen für die Erfassung von mechanisch-dynamischen Größen von Power-Tools
Matthiesen, S.; Wettstein, A.; Bruchmüller, T.; Anding, T.
2016. Design for X : Beiträge zum 27. DfX-Symposium, Jesteburg, Germany, 5.-6. Oktober 2016. Hrsg.: D. Krause, 51–64, Tutech Verlag

Experimentelle Ermittlung von Bauteilbelastungen eines Power Tool Antriebsstrangs durch indirektes Messen in realitätsnahen Anwendungen als ein Baustein in der Teilsystemvalidierung
Matthiesen, S.; Gwosch, T.; Schäfer, T.; Dültgen, P.; Pelshenke, C.; Gittel, H.-J.
2016. Forschung im Ingenieurwesen, 80 (1), 17–27. doi:10.1007/s10010-016-0203-z

2015

Elektrowerkzeuge auf dem Prüfstand
Matthiesen, S.; Gwosch, T.
2015. Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktentwicklung e.V

Use case detailing levels – Anwendungsfallmodellierung zur Unterstützung der Entwicklung handgehaltener Geräte
Schmidt, S.; Hölz, K.; Matthiesen, S.
2015. 26th Symposium Design for X, DFX 2015, Herrsching, Germany, 7.-8. October, 2015, 39–50, TuTech-Verl

Der Anwender auf dem Prüfstand
Matthiesen, S.; Bruchmueller, T.
2015. WiGeP News, (2/2015), 19–20

An Adjustable Impedance Element -- System Requirements and Design Approach
Bruchmueller, T.; Mangold, S.; Matthiesen, S.; Oltmann, J.; Rasmussen, O.; Krause, D.; Stuecheli, M.; Meboldt, M.
2015. 26. DfX-Symposium: Proceedings of the 26th Symposium Design for X, 133–144, Tutech Verlag

Modellunterstützte Reduktion von Störgrößen in einem Messsystem zur Erfassung der Geräte-Werkstück-Wechselwirkungen
Matthiesen, S.; Bruchmueller, T.; Grauberger, P.; Wettstein, A.
2015. DFX 2015: Proceedings of the 26th Symposium Design for X. Hrsg.: K. Paetzold, 157–168, Tutech Verlag

The influence of the user on the power tool functionality -- a force sensing handle for a hammer drill
Matthiesen, S.; Mangold, S.; Bruchmueller, T.; Stelzer, D.; Truenkle, B.
2015. Proceedings of the 13th International Conference on Hand-Arm Vibration. Ed.: X. Gao, Beijing University Health Science Center Capital Medical University

2014

Ansatz zur situations- und bedarfsgerechten Methodenauswahl in der Produktentwicklung basierend auf dem Systemtripel aus Zielsystem, Handlungssystem und Objektsystem
Albers, A.; Walter, B.; Gladysz, B.; Reiß, N.; Dörr, M.; Hinkelmann, M.
2014. Tagungsband 12. Gemeinsames Kolloquium Konstruktionstechnik 2014: Methoden in der Produktentwicklung: Kopplung von Strategien und Werkzeugen im Produktentwicklungsprozess, am 16. und 17. Oktober 2014 in Bayreuth. Hrsg.: Klaus Brökel, 83–94, Universität

Auswahl und Entwicklung neuer Methoden für die Rotationsdynamik an Triebstrangprüfständen zur Antriebssystementwicklung nach dem XiL-Ansatz
Albers, A.; Boog, S.; Bruchmueller, T.
2014. 16. MTZ-Fachtagung VPC.plus.2014 - Simulation und Test für die Antriebsentwicklung

Eine Methode für eine Prüf- und Validierungsumgebung zur Komponentenuntersuchung handgehaltener Geräte in der Produktentwicklung
Matthiesen, S.; Gwosch, T.; Mangold, S.
2014. 12. gemeinsames Kolloquium Konstruktionstechnik 2014. Hrsg.: K. Brökel, 51–61, Universität Bayreuth

Der Mensch als zentrales Teilsystem in Wechselwirkung mit handgehaltenen Geräten - Ein problemorientierter Ansatz zur Untersuchung dieser Schnittstelle
Matthiesen, S.; Mangold, S.; Bruchmüller, T.; Marko, A. M.
2014. Design for X : Beiträge zum 25. DfX-Symposium. 25th Symposium Design for X, DFX 2014, Bamberg, Germany, 1. October - 2. October 2014, 193–204

2013

Investigation of the sealing performance of piston rings in a squeeze film damper
Jäger, S.; Bruchmueller, T.; Albers, A.
2013. Proceedings SIRM 2013. Schwingungen in rotierenden Maschinen, Berlin, 25. - 27. Februar 2013

2012

Dynamic behaviour and sealing performance of piston rings used in squeeze-film-dampers
Jäger, S.; Bruchmüller, T.; Albers, A.
2012. Sealing Technology, 2012 (11), 9–13. doi:10.1016/S1350-4789(12)70485-3

Overview of all IPEK Publications

An overview of all IPEK publications can be found here.