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Bewertung des Vorspannkraftverlustes in Schraubenverbindungen unter kombinierter mechanischer und thermischer Beanspruchung

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Es sind zahlreiche Untersuchungen zur Vorspannkraftstabilität von Schraubenverbindungen unter kombinierter statischer und thermischer Beanspruchung vorhanden, zum Vorspannkraftabbau unter kombinierter zyklischer und thermischer Beanspruchung hingegen existieren erhebliche Wissenslücken. In vergleichenden Relaxations- und Schwingrelaxationsversuchen mit kleinen Schwingkraftamplituden konnte durch Beelich [74] gezeigt werden, dass sich ähnlich hohe Restklemmkräften an Schraube-Mutter- Verbindungen (34Cr4-10.9/Cq35) bei Temperaturen bis 450°C einstellen. Es bleibt jedoch offen, in welcher Höhe eine dauerhaft ertragbare zyklische Beanspruchung das Vorspannkraftverhalten eines verspannten Schraubensystems unter erhöhten Temperaturen beeinflusst. Insbesondere in Bezug auf moderne Leichtmetallverschraubungen liegen keine gesicherten Erkenntnisse vor. Primäres Ziel der Arbeit ist daher die Erarbeitung einer Vorgehensweise zur Bewertung des Vorspannkraftverhaltens von Schraubenverbindungen unter statischer und zyklischer Beanspruchung bei erhöhten Temperaturen am Beispiel zweier gängiger Werkstoffkombinationen (42CrMo4/23MnB4-8.8 und AlSi9Cu3/EN AW-6056 T6). Das Vorspannkraftverhalten wurde an zentrisch verspannten Einschraubverbindungen (Modellverbindungen) in Relaxations- und Schwingrelaxationsversuchen mittels Ultraschall-Messtechnik untersucht. Als Ergänzung zu den Versuchen an der Modellverbindung werden Zeitstand- und Schwingzeitstandversuche an Schrauben sowie statische und zyklische Druckversuche an Bauteilen durchgeführt und dadurch eine getrennte Bewertung des zeit-, last- und temperaturabhängigen Werkstoffverhaltens von Schraube und Bauteil ermöglicht. In diesem Zusammenhang sollen auch die Angaben zu Grenzflächenpressungen und Setzbeträgen in der VDI Richtlinie 2230 [1] kritisch hinterfragt werden, da sich die Richtwerte in den Regelwerken vor allem auf eine ruhende Beanspruchung bei Raumtemperatur beziehen. Die Kennwerte werden in quasi-statischen Versuchen ermittelt und decken weder ein zeitabhängiges Werkstoffverhalten, noch das Verhalten unter einer zyklischen Beanspruchung ab. Der Verwendung dieser Kennwerte liegt daher eine relativ große Unsicherheit zu Grunde. In diesem Zusammenhang soll das am Institut für Werkstoffkunde der TU Darmstadt entwickelte Verfahren zur Ermittlung von Grenzflächenpressungen modifiziert und damit Kennwerte unter thermischer und zyklischer Beanspruchung ermittelt werden. Die Prüftechnik soll in Kombination mit Vorspannkraftmessungen an realen Schraubenverbindungen ein einfaches und praxisrelevantes Werkzeug zur Abschätzung der Relaxationsneigung einzelner Verbindungspartner einer Schraubenverbindung darstellen. ····· 10361107985

Hybrider Leichtbau - Metall trifft Faserverbund

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Die Ressourcenschonung ist ein zunehmend wichtiger Faktor, welcher über Erfolg oder Misserfolg von industriellen Anwendungen entscheidet. Leichtbaulösungen, die Effizienzsteigerungen ermöglichen, gewinnen daher stetig an Bedeutung und fordern neue, innovative Ansätze in der Produktion. Zur optimalen Ausnutzung vorhandener Leichtbaupotentiale wird zukünftig besonders der hybride Leichtbau im Fokus stehen. In diesem Kontext beschäftigt sich das wbk Institut für Produktionstechnik schon seit 2007 im Rahmen des Forschungsschwerpunkts Leichtbaufertigung mit dieser Thematik und forscht an neuen Produktionslösungen in der metallischen, der faserverbundbasierten und der hybriden Prozesskette. Mit der diesjährigen Herbsttagung `Hybrider Leichtbau - Metall trifft Faserverbund` wollen wir mit Ihnen erstmalig diese wichtige Thematik aus Sicht der Produktion beleuchten. Unser Ziel ist es dabei, für Entscheider aus der Industrie einen Austausch zwischen Praxis und Wissenschaft zu ermöglichen. Neben hochkarätigen Vorträgen aus der Industrie und Einblicken in den aktuellen Stand der Forschung, wird genügend Raum für Diskussionen gegeben. Durch die Betrachtung der Themenfelder aus unterschiedlichen Blickwinkeln bietet die wbk-Herbsttagung eine Plattform für den Dialog zwischen Maschinenherstellern, Betreibern, Zulieferern und Dienstleistern. ····· 10361107984

Kooperative Umfeldwahrnehmung für urbane Kreuzungsassistenz

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Fahrerassistenzsysteme sind bereits heute Bestandteil moderner Kraftfahrzeuge. Sie unterstützen den Fahrzeugführer bei seiner Fahraufgabe und sorgen damit für erhöhte Sicherheit und gesteigerten Komfort. Die verfügbaren Systeme unterstützen den Fahrer überwiegend in gut strukturierten Umgebungen, wie zum Beispiel Autobahnen oder gut ausgebauten Landstraßen. Außerdem sind Systeme wie der Einparkassistent für den Niedriggeschwindigkeitsbereich weit verbreitet. Ein bisher nicht unterstütztes Szenario, welches in detaillierten Unfalldatenanalysen als Unfallschwerpunkt ausgewiesen wird, ist das Kreuzungsszenario. Um diese Lücke zu schließen befasst sich die vorliegende Arbeit vor dem Hintergrund einer Kreuzungsassistenz mit der kooperativen Umfeldwahrnehmung und einem neuartigen graphenbasierten Umfeldmodell. Bezüglich der kooperativen Umfeldwahrnehmung werden die Einsatzmöglichkeiten und die Anforderungen an diese diskutiert. Dabei werden sowohl funkbasierte Ad-Hoc-Netzwerke als auch zellbasierte Kommunikationstechnologien in Kombination mit Client-Server-Netzwerken berücksichtigt. Das graphenbasierte Umfeldmodell ermöglicht es sowohl Informationen einer fahrzeugeigenen Umfeldsensorik als auch kooperative Umfeldinformationen mit dem a priori Wissen einer digitalen Straßenkarte zu assoziieren. Dies ermöglicht die Repräsentation der Informationen in einem gemeinsamen topologischen und geographischen Kontext. Durch die Assoziation der Informationen findet in dem graphenbasierten Umfeldmodell bereits eine funktionsunabhängige Situationsinterpretation statt. Die so aufbereiteten Daten bilden eine ideale Grundlage für komplexe Fahrerassistenzfunktionen. Am Beispiel verschiedener Kreuzungsassistenzfunktionen werden die Eigenschaften und Vorteile des graphenbasierten Umfeldmodells aufgezeigt. ····· 10361107983

Numerische Werkzeuge zur Simulation von nichtsinusförmig gespeisten geregelten elektrischen Maschinen im dynamischen Betrieb

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Die vorliegende Dissertationsschrift beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung numerischer Werkzeuge, die den Entwicklungsingenieur bei der Auslegung und Optimierung elektromagnetischer Energiewandler und elektrischer Antriebssysteme unterstützen. Geregelte elektrische Antriebssysteme bestehen aus einem Umrichter, einer elektrischen Maschine, einem optionalen Getriebe sowie einem meist softwarebasierten Algorithmus, der das geforderte dynamische Verhalten des Antriebssystems regelt. Der klassische Entwicklungsprozess eines Antriebssystems ist auf die einzelnen Komponenten des gesamten Antriebssystems fokussiert. Die Verbesserung der Eigenschaften des Antriebssystems wird durch gezielte Optimierung der einzelnen Komponenten im Rahmen ihrer jeweiligen Spezifikationen angestrebt. Für die Optimierung der Komponenten haben sich unterschiedliche numerische Berechnungswerkzeuge etabliert. Diese unterscheiden sich im Arbeitsablauf, der Modellbildung und in den zugrunde liegenden mathematischen Methoden. Für das elektrische Netzwerk des Umrichters werden aus Tableauverfahren abgeleitete Methoden eingesetzt. Die Feldverteilung der elektrischen Maschine und die daraus abgeleiteten Größen werden numerisch mit der Finiten Elemente Methode (FEM) berechnet. Für die Differentialgleichungen des Regelalgorithmus und des Systemmodells kommen zugeschnittene, graphisch gestützte Berechnungsumgebungen zur Anwendung. ····· 10361107981

Dynamik - Aufgaben

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Das vorliegende Buch enthält 173 Aufgaben mit kompletten Lösungen zum Band Dynamik der Buchreihe Technische Mechanik, wie sie als Übungen und Klausuren für Ingenieurstudierende an allen Technischen Universitäten für unterschiedlichste Fachrichtungen angeboten werden. Der Aufbau des Aufgabenbuches orientiert sich an den Kapiteln des Lehrbuches. Das Niveau des Buches orientiert sich an den Kenntnissen von Studierenden im 3. Semester. Etliche der Aufgaben resultieren aus Prüfungsklausuren und zeigen das Niveau, das Technische Universitäten von ihren Studierenden in dieser Studienphase verlangen. Im Vordergrund stehen die Herleitung und das Lösen von Bewegungsgleichungen, welche den Zusammenhang zwischen der Bewegung eines Systems oder der Systemteile und den darauf einwirkenden Lasten wie Kräfte und Momente beschreiben. Neben einführenden ebenen Einfreiheitsgrad-Problemen werden auch Mehrfreiheitsgradsysteme und Fragestellungen zur räumlichen Kinetik inklusive der Kreiseldynamik behandelt. Zu jedem Kapitel des Lehrbuches wurden etliche typische Aufgaben ausgesucht. Wesentliche Aspekte jeder Aufgabe sind die Erfassung der technischen Fragestellung, die Modellierung als behandelbares mechanisches Modell, die Beschreibung mit mathematischen Mitteln, die analytische Lösung der Gleichungen und schließlich die Interpretation und der Abgleich der Ergebnisse. Die Aufgaben werden nach klar definierten Vorschriften gelöst. Besonderer Wert wurde auf eine kurze aber prägnante Darstellung der Zusammenhänge gelegt. Der Weg zur Lösung der Fragestellungen wird strukturiert und mustergültig skizziert, wobei eine generelle und weitgehend einheitliche Vorgehensweise bevorzugt wird. Rein algebraische Zwischenrechnungen, bei denen keine besonderen Kniffe notwendig sind, sind unterdrückt. ····· 10361107979

Nano- und Mikrostrukturierung amorpher Kohlenstoffschichten

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Im täglichen spielt sowohl die Reibung als auch die Informationsspeicherung eine wesentliche Rolle. Auf diesen beiden Aspekten liegt der Schwerpunkt meiner Arbeit. Reibung ermöglicht einerseits die Fortbewegung andererseits führen Reibungsverluste zu erhöhtem Verschleiß und Energieaufwand. So addieren sich in den Industrienationen die vermeidbaren Verluste durch mechanische Reibung auf ca. 1,5 % der gesamten Wirtschaftsbilanz. Bezogen auf die Informationsspeicherung nimmt die Menge der zu speicherden Daten beständig zu. Im Jahre 2008 wurden von Unternehmensservern etwa 9,57 Zettabyte (10 21 ) an Daten bearbeitet. Vielfach nicht bedacht wird, dass ein Teil dieser Daten auch Langzeitarchiviert werden muss. Vorteilhaft ist es daher ein Speichersystem das eine permanente Speicherung ermöglicht. Eine Möglichkeit sowohl die Reibung zu verbessern, als auch eine Form der Datenspeicherung zu ermöglichen ist die Strukturierung von tetraedrisch amorphem Kohlenstoff (ta-C). Hierfür konnte gezeigt werden: a) Die direkte Laserinterferenzstrukturierung (DLIP) von ta-C möglich ist und ein Verfahren darstellt, das industriell skalierbar den bereits Ultra niedrigen Reibwert dieser Schichten um bis zu 40% verringert. b) Durch die Strukturierung von ta-C mit einem Rastertunnelmikroskop ein Verfahren weiterentwickelt zu haben, mit dem effektive Datendichten von 3,3 Tbit in -2 erreicht werden. Für die Laserstrukturierung wurde eine spezielle Strukturierungsmethode, die DLIP Technik, weiterentwickelt, damit war es erstmals möglich Nano- und Mikrostrukturen großflächig zu erzeugen. Bei diesen Versuchen konnten regelmäßige Linienstrukturen mit einer Breite von ~75 nm hergestellt werden. Die Strukturierungsgeschwindigkeit liegt hierbei bei bis zu 100 cm 2 /s. ····· 10361107975

Verfahrenstechnische Entwicklung zum Hinterspritzen von Echtholzfurnieren mit Wood-Plastic-Composites (WPC)

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Die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist die Technologieentwicklung zur Herstellung von 3D-Verbundformteilen aus WPC mit Echtholzoberfläche im Spritzgießprozess. Die Oberfläche aus Echtholzfurnier soll dabei ihren Holzcharakter in Optik und Haptik beibehalten. Rückseitig sollen außerdem über das Trägermaterial verschiedene Funktionselemente eingebracht werden können. Als Hinterspritzmaterial wird WPC gewählt, da es sich durch geringe Schwindung und gute Temperaturwechselbeständigkeit bei sehr guten mechanischen Eigenschaften auszeichnet. Anhand von experimentellen Befunden soll gezeigt werden, ob eine 3D- Umformung und das Hinterspritzen des Furniers mit WPC `in-line`, also in einem Spritzgießzyklus, erfolgen kann. Hierdurch können Kaschierschritte und/oder vorgelagerte Furnierumformungen eingespart, die Prozesskette verkürzt und mögliche Fehlerquellen in vorgelagerten Prozessschritten ausgeschlossen werden. Anwendungsbereiche dreidimensional geformter WPC- Bauteile mit Echtholzoberfläche sind vor allem in der Möbelbranche und auch in der Automobilindustrie zu sehen. In Optik und Wirtschaftlichkeit sollen die Verbundteile dem Anspruch dieser Industriezweige entsprechen. Die Verarbeitung im Hinterspritzprozess stellt hohe Anforderungen an die Komponenten Furnier und WPC. Es werden zunächst beide Komponenten im Hinblick auf die verarbeitungsrelevanten Anforderungen im Spritzgießwerkzeug und Spritzgießprozess separat charakterisiert, analysiert und optimiert. Weitere Ziele der Arbeit sind zum einen die wissenschaftliche Erarbeitung von Grundlagen zum Verhalten von WPC im Spritzgießprozess, zum anderen die Ermittlung von verfahrensrelevanten Materialkennwerten in Abhängigkeit von der WPC-Rezeptur. Die zu erarbeitenden Materialdatensätze dienen im Weiteren als Grundlage zur Füllsimulation eines Formteils mit WPC. Anhand der ermittelten Materialdatensätze wird die Übertragbarkeit der simulierten Formteilfüllung auf die reale Füllung untersucht und diskutiert. ····· 10361107974

Experimentelle und numerische Modellbildung zur Bestimmung der Reibkraft translatorischer Dichtungen

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Hydraulische und pneumatische Linearantriebe zeigen instationäres Bewegungsverhalten, wenn diese aus dem Stillstand anfahren oder aufgrund des begrenzten Hubs eine Richtungsumkehr erfolgt. Bei hochdynamisch betriebenen Sonderanwendungen kommt der Reibung aufgrund der Bewegungsbeeinflussung eine besondere Bedeutung zu. Im Gegensatz zu den bislang üblichen stationären Betrachtungen der Dichtungsreibung wird diese im Rahmen der Arbeit in Abhängigkeit der Dynamik experimentell ermittelt und mit numerischen Berechnungen nachgebildet. An einem Prüfstand für hydraulische Stangendichtungen, der mit einem Kurbeltrieb angetriebenen wird, werden die Reibkräfte für unterschiedliche Dichtungsgeometrien unter Variation von Druck und Temperatur bei Geschwindigkeiten bis zu 10 m/s gemessen und diskutiert. Darüber hinaus wird mit einem neu entwickelten Prüfstand für pneumatische Stangendichtungen, welcher auf einem bislang nicht realisiertem Messprinzip basiert, der Einfluss von Dichtungsgeometrie, Material, Einbausituation, Druck, Schmierfett und Dichtungsabmessungen auf die Reibung systematisch analysiert. Aufgrund der zunehmenden Bedeutung von analytischen und numerischen Methoden im Entwicklungsprozess von Dichtsystemen, werden zwei Simulationsansätze zur Spalthöhenberechnung und der daraus abgeleiteten Reibkraft vorgestellt. Der aus der Literatur bekannte inverse hydrodynamische Ansatz (IHL) stellt eine sehr vereinfachte Berechnungsmethode dar, wohingegen das entwickelte elastohydrodynamische Modell (EHD bzw. EHL) eine physikalisch genauere Abbildung ermöglicht. Im abschließenden Vergleich zwischen Reibkraftmessungen an einem O-Ring und zugehörigen Simulationen wird die Eignung der Berechnungsmodelle bei einem hydrodynamischen Schmierungszustand aufgezeigt. ····· 10361107965

Microstructure based failure model of DP steels

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DP steels are often used to form variety of automobile parts due to their impressive mechanical properties such as high strength and good ductility. Since most of these structural members are prone to failure under different loading conditions, failure initiation and damage mechanisms are considered as important areas to investigate and have been the subject of extensive research work. The current research work aims to study the effect of microstructural features such as martensite phase fraction and morphology, ferrite grain size and additional phases such as bainite on the mechanical and failure behaviour of DP steels. For this purpose, a microstructure based approach by means of representative volume elements (RVE) is utilized to incorporate the microstructure deformation distribution and the failure mechanisms on this scale. Micro sections of DP microstructures with various amounts of martensite are converted to 2D RVEs, while 3D RVEs are constructed statistically with randomly distributed phases. A dislocation-based model is used to describe the flow curve of each ferrite and martensite phase separately as a function of carbon partitioning and microstructural features. Numerical tensile tests of RVE are carried out using the ABAQUS/Standard code to predict the flow behaviour of DP steels. For validation, a comparison between predicted and experimental flow curves is carried out. The current research work is conducted in the following steps: ····· 10361107964

Physikalisch basierte Modelle für Ermüdungsrisswachstum und Anrisslebensdauer unter thermischen und mechanischen Belastungen

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In den Bereichen Energieerzeugung und Verbrennungskraftmaschinen finden sich eine Vielzahl thermomechanisch hochbelasteter Komponenten. Hierzu zählen insbesondere Automobil-, Turbinen- und Kraftwerkskomponenten. Letztere sind durch die bevorzugte Einspeisung der erneuerbaren Energien, wie z.B. Wind- oder Sonnenenergie, verstärkt An- und Abfahrvorgängen ausgesetzt, da die Schwankungen der regenerativ erzeugten Energien ausgeglichen werden müssen. Realistische Szenarien sehen hierfür mehrere An- und Abfahrvorgänge pro Tag vor. Durch diese Start-Stopp-Zyklen bilden sich instationäre Temperaturfelder aus, die durch die Wärmeausdehnung wiederum zu thermisch induzierten Belastungen führen. Die resultierenden Spannungen liegen teilweise oberhalb der temperaturabhängigen Fließgrenze, so dass plastische Verformungen auftreten. Unter solchen Bedingungen bilden sich nach relativ wenigen Zyklen kurze Ermüdungsrisse, deren Wachstum die Lebensdauer der Komponente bestimmt. Solche Belastungen werden als thermomechanische Ermüdung (Engl. thermomechanical fatigue, TMF) bezeichnet. ····· 10361107961

Parameterbasierte Modellierung innerbetrieblicher Milkrun-Systeme zur Planung der Materialbereitstellung in der Montage

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Ausgehend vom Forschungsbedarf ist es das Ziel der vorliegenden Arbeit, basierend auf grundlegenden Gestaltungsalternativen von Milkrun-Systemen ein analytisches Planungsmodell zu entwickeln. In diesem Modell fließen zu parametrierende Einflussgrößen der Materialbereitstellung und des Montagesystems als Randbedingungen ein, so dass eine optimale Taktzeit und ein möglicher Betriebsbereich für Milkrun-Systeme abgeleitet werden können. Eine Parametrierung erfolgt, da viele Einflussgrößen auf die Materialbereitstellung, wie z. B. Eigenschaften des Materials, Taktzeiten des zu versorgenden Montagesystems oder Distanzen in den Hallen, je nach betrachtetem Unternehmen unterschiedlich ausfallen. Somit wird gewährleistet, dass eine allgemeingültige Planungsstruktur entwickelt werden kann, die in der Anwendung durch eine Parameterausprägung individualisiert wird. Im Rahmen der Konzeptionierung sind zudem betriebliche oder systemimmanente Restriktionen zu ermitteln, welche die Zielgröße der optimalen Taktzeit beeinflussen. Schlussendlich ist es erforderlich, das erarbeitete Planungsmodell in Form eines handhabbaren Planungswerkzeugs umzusetzen. So kann die praxisgerechte Anwendung des Modells gewährleistet werden, um Montageoder Logistikplaner bei der Grobplanung der innerbetrieblichen Materialbereitstellung mittels Milkrun zu unterstützen. ····· 10361107955

Gestaltungsrahmen zur Implementierung von Selbststeuerung in der variantenreichen Großserienfertigung der Automobilzulieferindustrie

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Die Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit bietet eine der zentralen Herausforderungen der deutschen Automobilzulieferindustrie. Diese wird unter anderem durch die Gestaltung ihrer Produktionsprozesse beeinflusst. Klassische Produktionssysteme zeichnen sich durch eine zentrale Planungseinheit aus, welche die Vorausplanung aller Materialflüsse und Prozesse übernimmt. Zentrale Vorausplanung und Steuerung kann jedoch zu suboptimalen Ergebnissen führen, die in niedrigerer Effizienz resultieren. Daher werden in der vorliegenden Arbeit zunächst die Vorteile von Selbststeuerungsstrategien für die Produktion und Logistik aus der aktuellen Literatur abgeleitet. Die Steuerung im Umfeld einer variantenreichen Großserienfertigung birgt weitere kritische Punkte, die sich in der Umsetzung selbststeuernder Verfahren negativ bemerkbar machen und diese erschweren. Im Rahmen dieser Arbeit wird jedoch verdeutlicht, dass gerade diese Konstellation sich häufig bei Automobilzulieferern der ersten Stufe zeigt, die durch ihre Positionierung in der Lieferkette einen strategisch wichtigen Stellenwert einnehmen. Darüber hinaus wird herausgearbeitet, welche betriebswirtschaftlichen Vorteile sich durch den Einsatz der Selbststeuerung bei dieser Unternehmensklasse bieten. Somit stellt sich als übergeordnetes Ziel dieser Arbeit die Implementierung von Selbststeuerung bei einem Automobilzulieferer der ersten Stufe mit hohen Variantenzahlen und einem hohen Stückzahlaufkommen. Nähere Untersuchungen der existierenden Methoden zur Selbststeuerung ergeben aber einen Bedarf an Untersuchungsmethoden und Strategien der Selbststeuerung für diese Art von Unternehmen. Darüber hinaus fehlt ein ganzheitlicher Ansatz, der interessierte Unternehmen von der Idee zum Einsatz der Selbststeuerung bis zu ihrer Realisierung unterstützt. Mit dieser Arbeit wird daher ein Gestaltungsrahmen für potentielle Anwenderunternehmen geschaffen, mit dessen Hilfe sowohl eine Einschätzung der präferierten Selbststeuerungsmethode als auch der passenden Simulationsmethode für die Systemumgebung ermöglicht wird. Zunächst wird mittels eines Eignungsfeststellungsverfahrens die Tauglichkeit des Unternehmens für den Gestaltungsrahmen geprüft. Entsprechen die Eigenschaften des Betriebs den Anforderungen des Gestaltungsrahmens, erfolgt die Potentialanalyse. Diese ermöglicht den Abgleich der Präferenzen der anwendenden Firma mit den Verbesserungspotentialen, die sich durch den Einsatz der Selbststeuerung eröffnen. Im nächsten Schritt wählt der Anwender die individuelle Selbststeuerungsstrategie. Unterstützung bietet dabei das Konfigurationsmodul. Experimentierung und Analyse kritischer Prozesse unter dem Gesichtspunkt der neuen Selbststeuerungskonfiguration werden durch das Simulationsmodul ermöglicht. Hierbei stehen sowohl die kontinuierliche als auch die ereignisdiskrete Simulation zur Verfügung. Eine passende Bewertungssystematik dient dabei der Auswahl eines geeigneten Simulationsmodells. Der vorliegende Gestaltungsrahmen bietet einen Beitrag zur Realisierung der Selbststeuerung in der Praxis für eine komplexe Zielgruppe. Somit wird einer Klasse von Unternehmen die Erhaltung ihrer Wettbewerbsfähigkeit mit Hilfe der Selbststeuerung ermöglicht, für die es in der bisherigen Selbststeuerungsforschung keine Anwendung gab. ····· 10361107951

Know-how-Schutz in internationalen Kooperationen am Beispiel deutsch-chinesischer Zusammenarbeit

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Der grundlegende Gedanke zur betrachteten Thematik leitet sich von den veränderten Rahmenbedingungen des globalen Automobilmarkts ab. Die Stagnation des automobilen Absatzmarktes auf den Triademärkten, verbunden mit einer Neuausrichtung globaler Original Equipment Manufacturers (OEM) in Richtung BRIC-Staaten als zukünftige Wachstumstreiber, zwingt die Unternehmen dazu ihre kooperativen Geschäftsprozesse neu auszurichten. Vor allem der chinesische Automobilmarkt ist bei dieser Betrachtung von besonderer Bedeutung, da dort zukünftig die höchsten Wachstumsraten erwartet werden. Allerdings weist dieser Markt spezielle Rahmenbedingungen auf. Vor allem sind hier die Markteintrittsbarrieren zu nennen, die beispielsweise eine Marktbeteiligung für ausländische OEM nur über eine JV- Kooperation mit einem inländischen Unternehmen ermöglichen. Die aktuellen Entwicklungen mit einer verbundenen Parallelisierung der kooperativen Fahrzeugprojekte zwingt die westlichen OEM dazu ihre kooperativen Produktentwicklungsprozesse zu restrukturieren. In aktuellen deutsch-chinesischen kooperativen Fahrzeugprojekten werden diesbezüglich Probleme erkennbar, deren Ursachen nicht genau benannt werden können. Daher ist es zunächst Ziel dieser Arbeit diese Problemursachen zu analysieren. Im Rahmen einer Literaturrecherche wird dazu der aktuelle Stand der Wissenschaft untersucht. Insbesondere werden Arbeiten analysiert, die deutsch-chinesische JV-Kooperationen der Automobilbranche betrachten. Aber auch Arbeiten die grenzüberschreitende Kooperationen thematisieren werden untersucht, um mögliche Lösungsansätze für die vorliegende Problematik aus der Wissenschaft abzuleiten. Jedoch ist in diesen Arbeiten kein Bezug zur aktuellen Situation deutsch-chinesischer JV-Kooperationen erkennbar, so dass auch keine Lösungsansätze ableitbar sind. Jedoch werden viele Aspekte angesprochen, die das Gelingen einer JV-Kooperation begünstigen. Dieses Ergebnis rechtfertigt eine empirische Analyse für das weitere Vorgehen. Das Forschungsdesign legt die empirische Sozialforschung als Forschungsansatz fest, wobei das qualitative Interview als Erhebungsmethode und der teilstrukturierte Interviewleitfaden als Erhebungsinstrument gewählt werden. Die empirische Basis wird durch ein repräsentatives, deutsch-chinesisches Fahrzeugprojekt dargestellt. Im Ergebnis zeigt sich, dass es im Rahmen des betrachteten Projektes eine Vielzahl von Handlungsfeldern gibt. Vor allem die problemfeld-orientierten Handlungsfelder ,Projektmanagement` und ,Kommunikation` sowie die problemfeld-übergreifenden Handlungsfelder ,Kulturelle Unterschiede` und ,Know-how-Schutz` sind hierbei zu nennen. Für das weitere Vorgehen wird das Handlungsfeld ,Know-how-Schutz` als konzeptioneller Schwerpunkt der Arbeit gewählt. Das grundlegende Problem hierbei besteht im unterschiedlichen Verständnis der kooperierenden Partner bezüglich des Know-how-Transfers im Rahmen der JV-Tätigkeiten. Auf der europäischen Seite ist die Angst vor Know-how-Verlust besonders ausgeprägt, wohingegen die chinesischen Partner zur Sicherstellung der prozesssicheren Bearbeitung des gemeinsamen Projektes mehr Know-how-Transfer fordern, als von den westlichen Partnern bereitgestellt wird. Insbesondere das prozessbezogene Methoden-Know-how ist dabei von besonderem Interesse. Für die westlichen Unternehmen bedeutet dies, nur das für die Projektbearbeitung notwenige Know-how zu transferieren und gleichzeitig das Know-how zu schützen, welches die Kernkompetenz des Unternehmens bildet. Allerdings kann dieses von den entsprechenden Unternehmen nicht genau benannt werden, da nicht bekannt ist, in welchen Prozessen sich strategisch wichtiges Know-how des Unternehmens verbirgt. Als Forderung ergibt sich, eine Methodik zu finden, die eine Identifikation, Bewertung und Klassifizierung von prozessbezogenem Know-how ermöglicht. Eine Literaturrecherche zu dieser Thematik ergibt, neben einigen Ansätzen, kein verwertbares Ergebnis, so dass sich letztlich die Konzipierung einer Methodik zur Identifikation, Bewertung und Klassifizierung von prozessbezogenen Know-how als konzeptionelle Forderung ergibt. Dazu wird eine vier-phasiges Methodik entwickelt, die diese Forderung erfüllen soll. Die erste Phase bildet die Prozesszerlegung in Form einer tabellarischen Aufgliederung der Prozesshierarchien. In der zweiten Phase, der Einzelprozessbewertung, wird in einer ersten Stufe eine Bewertung der Prozesse und Teilprozesse anhand von Ausschlusskriterien vorgenommen, woran sich in einer zweiten Stufe die Bewertung der Prozessschritte mittels einer Likert-Skala anschließt. Phase drei nimmt eine Bewertung der Prozessabhängigkeiten vor, um zu vermeiden, dass die singuläre Betrachtung des prozessübergreifenden Know-hows zum ungewollten Verlust führt. Diese Bewertung erfolgt unter Verwendung der Multidimensionalen Skalierung. Letztlich erfolgt in einer vierten Phase die Klassifizierung des prozessbezogenen Know-hows. Dazu wird die Methode der Szenarioanalyse verwendet, um die avisierte Kooperation bezüglich ihrer zukünftigen Entwicklung und der damit verbundenen Bedeutung für das Unternehmen abzuschätzen. Abschließend wird in einer Schlussbetrachtung auf eine erweiterte Anwendungssystematik der Methodik hingewiesen, die neben der Identifikation des unternehmensinternen prozessbezogenen Know-hows zu Schutzzwecken, auch die Identifikation von beispielsweise konzerninternem Qualifizierungsbedarf ermöglicht. ····· 10361107948

Efficient Parameter Characterization for Hardening and Yield Locus Models for Sheet Metals

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Various mechanical tests performed under different loading conditions such as, biaxial stretching, tensile, shear, plane strain etc. are proposed to calibrate advanced constitutive models. Except for uniaxial tensile tests, these testing techniques are either expensive to be conducted or cumbersome to be evaluated. Furthermore, accuracy of these non-standardized tests is not guaranteed. This thesis presents three inverse identification concepts ensuring material characterization by necessitating simple tests conducted either solely on an ordinary tensile test machine or both on standard tensile and sheet metal testing devices. In this manner, the desired simulation quality is maintained in an economical manner by means of testing devices available in many industrial laboratories.In this dissertation, first of all, material characteristics of several steel grades from mild, high strength and advanced high strength categories were investigated with regard to rate dependency, hardening and yield locus shape by means of monotonic mechanical tests. Conducting uniaxial tensile tests with different machine speeds, a concept to model the impact of strain rates is proposed and implemented in user models incorporating Yld2000-2d (Barlat et al., 2003) and Yld2004-18p (Barlat et al., 2005) yield criteria. Shape evolution of yield locus in equi-biaxial, uniaxial and shear stress states is analyzed via cruciform, hydraulic bulge, uniaxial tensile and shear tests. According to this study, it has been deduced that there is almost no evolution of yield locus shape after roughly an equivalent plastic strain of 0.04, implying the feasibility of isotropic hardening beyond the mentioned amount of deformation. Performing numerical simulations for a cup drawing test of a mild steel grade, it has been shown that a locus shape fitted at a deformation exceeding an equivalent plastic strain of 0.04 can be representative for the whole deformation history without regarding the initially emerging distortion. The applicability of isotropic hardening beyond an equivalent plastic strain of 0.04 implies also a constant ratio between the stresses of multiaxial and uniaxial locus domains for deformations higher than 0.04. Classifying the employed steel grades of this thesis as low and high r-value materials, balanced biaxial stresses are correlated with uniaxial tensile flow stresses by means of a constant factor for each of two steel classes separately. Consequently, an approach allowing approximation of equi-biaxial yield strength without necessitating conventional biaxial tensile tests has been introduced. Three inverse methods based on the findings of this study with regard to strain rates, hardening and yield locus shape are proposed to determine constitutive parameters of advanced phenomenological models. The first methodology enables extrapolation of the uniaxial tensile flow curve for strains beyond the material specific uniform elongation using only uniaxial tensile test data. Strain rate modeling is an important issue when applying this technique. The second method requires cup drawing and uniaxial tensile tests to fit yield loci like Yld2000-2d (Barlat et al., 2003) including totally nine material coefficients. Through major strains measured on a cup drawn via a hemi-spherical punch, equi-biaxial, plane strain and shear stress zones of a yield locus are optimized. The third method can also be employed for 9-parameter yield loci by exploiting uniaxial tensile and plane strain tension tests. In this case, equi-biaxial flow stress is approximated from the uniaxial tensile hardening curve in terms of the correlations accepted for low and high r-value steels. The applicability of these three methods is investigated by means of several academic tests and a praxis-oriented side panel stamping. In conclusion, obtained results were promising and universality of the developed methodologies is proved. ····· 10361107946

Entwicklung einer Methode zur Abbildung der dynamischen Zahneingriffsverhältnisse von Stirn- und Kegelradsätzen

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Der Zahneingriff von Stirn- und Kegelrädern stellt eine bestimmende Quelle der Anregung des gesamten Antriebsstranges dar. Die Anregung im Zahneingriff wird direkt durch die geometrischen und elastischen Kontaktverhältnisse bestimmt. Die am Anregungsort hervorgerufenen Schwingungen werden einerseits über Radkörper, Wellen und Lager und andererseits über die Luft im Getriebegehäuse auf die Gehäusewände übertragen und von diesen als Luftschall an die Umgebung abgestrahlt. Die Umwandlung der Schwingungsanregung aus dem Zahneingriff in Körper- und Luftschall wird maßgeblich durch die Eigenschaften der einzelnen Bauteile des Antriebsstranges beeinflusst. Hierbei sind die beteiligten Massen, Steifigkeiten und Dämpfungen von besonderer Bedeutung, da sie das Eigenfrequenz- bzw. Resonanzverhalten bestimmen. Im Rahmen des Konstruktionsprozesses wird daher versucht, für kritische Betriebsbereiche die aus der Verzahnung resultierende Anregung zu minimieren. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung einer Berechnungsmethode, die die prinzipiell unterschiedlichen Simulationsansätze der Mechanik, nämlich die quasi-statische Zahnkontaktanalyse und die Mehrkörperdynamik-Simulation, miteinander koppelt. Hierzu werden die Ergebnisse aus der quasi-statischen Zahnkontaktanalyse zur exakten Modellierung des Zahneingriffs von Stirn- und Kegelradsätzen als Kennfelder der Mehrkörperdynamik-Simulation zur Berechnung des dynamischen Verhaltens technischer Systeme zur Verfügung gestellt. Damit die mit Hilfe der FE-basierten Zahnkontaktanalyse ermittelten Kennfelder im Rahmen der dynamischen Betriebssimulation verwendet werden können, wurde ein Kraftkoppelelement zur Abbildung der Zahneingriffsverhältnisse von Stirn- und Kegelradverzahnungen entwickelt. Aus Gründen der Modularität wurde das Kraftkoppelelement als dynamisch verknüpfte Programmbibliothek implementiert. Die Programmbibliothek übernimmt die Verarbeitung der Kennfelder und gibt die entsprechenden Kraftgrößen an das dynamische Ersatzmodell zurück. Mit Hilfe der vorgestellten Berechnungsmethode können die Auswirkungen von der im Zahneingriff vorliegenden Parameter- und Weganregung auf den gesamten Antriebsstrang und dessen Lauf- und Geräuschverhalten ermittelt werden. Das Verfahren bietet zudem die Möglichkeit, nicht nur einen Betriebspunkt, sondern auch das Hochfahren und Abbremsen eines Radsatzes zu simulieren und drehzahlabhängige Resonanzbereiche zu erkennen. Durch die Umsetzung der Berechnungsmethode wird der Konstrukteur befähigt, eine Beurteilung des dynamischen Anregungsverhaltens von Zahnradstufen durchzuführen. Diese Arbeit leistet somit einen Beitrag zum Entwicklungsschritt von einer rein statischen Betrachtung hin zu einer statisch und dynamisch orientierten Auslegung von Zahnradgetriebestufen. ····· 10361107940

Untersuchungen zum Einfluss der Haupt- und Feingeometrie auf den Wirkungsgrad von Hypoidverzahnungen

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Das Achsgetriebe von Kraftfahrzeugen, das beim Einsatz des Standardantriebs mit längs eingebautem Verbrennungsmotor meist als Winkelgetriebe mit einer Hypoidverzahnung ausgeführt ist, hat im Vergleich zu weiteren Komponenten des mechanischen Antriebsstranges einen relativ geringen Wirkungsgrad. Die lastabhängigen Verzahnungsverluste haben je nach Betriebspunkt einen großen Anteil an den gesamten Getriebeverlusten. Es besteht daher noch Potenzial, durch Optimierung der Haupt- und Feingeometrie der Hypoidverzahnung eine Wirkungsgradverbesserung im Achsgetriebe von PKW zu erreichen. Die Zielsetzung dieser Arbeit war, die aus der Geometrie einer Hypoidverzahnung resultierenden Einflussgrößen sowie ihre Auswirkungen auf die lastabhängige Verzahnungsverlustleistung zu bestimmen, um daraus eine Verringerung der Verluste und eine Steigerung des Wirkungsgrades im Achsgetriebe zu erreichen. Dabei sollten aber auch die Wechselwirkungen mit den Festigkeiten und der Verzahnungsanregung berücksichtigt werden, um so die zulässigen Grenzen einer Wirkungsgradoptimierung aufzuzeigen. Die theoretischen Grundlagen und Erfahrungen aus früheren Arbeiten zum Verzahnungswirkungsgrad von Kegelrad- und Hypoidradsätzen wurden durch neue experimentelle Untersuchungen überprüft und erweitert. Auf Grundlage der wichtigsten Vorgabewerte der Verzahnungsauslegung, wie z.B. Achsversatz, Spiralwinkel usw., wurde eine Parameterstudie durchgeführt. Auf Grundlage der Erkenntnisse aus der Parameterstudie wurde ein Konstruktionskatalog zur Auslegung von Kegelrad- und Hypoidverzahnungen entwickelt, der wesentliche Maßnahmen zur Steigerung des Verzahnungswirkungsgrades beschreibt. Hierbei wurden auch die Wechselwirkungen mit weiteren wichtigen Auslegungskriterien, wie z.B. der Zahnfuß- und Grübchentragfähigkeit sowie der Verzahnungsanregung, dargestellt. Die Verzahnungsauslegung erfolgt in einem iterativen Prozess, der solange wiederholt wird, bis ein bestmöglicher Kompromiss aus allen geforderten Kriterien erreicht wird. Da alle bisherigen Verfahren zur Berechnung des mittleren Verzahnungswirkungsgrades ausschließlich die Gleit-, Last- und Reibungsbedingungen am Auslegungspunkt erfassen, wurde ein neues lokales Rechenverfahren entwickelt, das auch die Einflüsse von lastabhängigen Tragbildern auf den Zahnflanken bei Mehrfacheingriff berücksichtigt. Dieses enthält einen verbesserten empirischen Berechnungsansatz für die Verzahnungsreibungszahl, der aus den Versuchsergebnissen zu allen Prüfverzahnungen mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens bestimmt wurde. ····· 10361107935

Polymer Injection Sheet Metal Forming - Experiments and Modeling

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Polymer Injection Forming (PIF) is a new production technique to manufacture plastic-metal hybrid components. The most distinctive advantage of the PIF-process is that the injected polymer melt can be simultaneously used as a pressure medium to form the sheet metal blank. Contrary to the conventional hydroforming process, the pressure and temperature in PIFprocess are non-uniformly distributed. To predict the forming behavior in PIF, it is essential to have knowledge of the local pressure and local temperature. So far, the main weakness of the previous studies is the failure to address the impact of local pressure and temperature on the forming process. The inherent complexities of the forming problem in PIF-process demand an in-depth analysis through experiments, analytical, and simulation means. In this work, experiments are conducted to realize three different forming processes namely free forming, cup forming and concentric ring forming process. Different alloys of aluminium and steel with molten thermoplastic Polypropylene as an injected medium are used as processing materials. For experiments, a special injection mold has been developed and integrated with the necessary instrumentation for the real-time observation of the process variables. The most significant contribution of the experiments in present work is the evidence of the non-uniform pressure and temperature in PIF-process which has never been reported before. The experiment results have shown that the thickness of the flow channel has a decisive role on the development of the pressure gradients. The impact of these pressure gradients on the local forming depends on the mechanical properties of the sheet metal blank such as sheet thickness and hardening behavior. Another important finding of this work is that the forming process in PIF is mainly a cold forming process since the temperature of the sheet metal blank remained approximately 100°C, which is insufficient even for the warm forming of the aluminium alloy. Another contribution of this work is the provision of simple closed-form analytical solutions of the process which can be used as a quick solution for the prediction of the local cavity pressure, local blank temperature, and local formed shape. These solutions are supported well with the tendencies of the experimentally obtained results. The numerical modeling of the PIF-process is realized by Finite Element Method. The limitations of the existing simulation models are addressed by proposing a new simulation approach which offers the Multi-Physics modeling of the PIF-process by single simulation code. The key is to treat the flow field of the polymer melt as a Lagrangian flow field instead of Eulerian flow field. The non-Newtonian behavior of the polymer melt is modeled through viscoplastic relations. The simulation results indicate that the core of melt in PIF-process remains at the initial temperature and the distinguishing temperature gradients lie only near the melt-blank contact regions. The highest forming pressure occurs near the injection gate. Moreover, the pressure gradients in PIF process are nonlinear function of the location and the thickness of the flow channel whereas the thickness of the flow changes locally once the forming is initialized. The simulation model is validated over the local and temporal domain of the process by comparing the computed pressure, temperature and sheet displacement with experimentally recorded and analytically calculated result. In general, the simulation results are in good agreement with the experiments and analytical results. ····· 10361107918

Reibverhalten der Kolbengruppe eines Pkw-Dieselmotors

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In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss verschiedener konstruktiver Parameter der Kolbengruppe (Kolben, Kolbenringe, Kolbenbolzen) auf den Reibmitteldruck eines Pkw- Dieselmotors aufgezeigt. Den Schwerpunkt der experimentellen Untersuchungen bildet die Kolbenschaftreibung, auf die Kolbenringreibung und die Kolbenbolzenreibung wird jeweils anhand eines konstruktiven Parameters beispielhaft eingegangen. Zur Bestimmung des Reibmitteldrucks wird die sogenannte Indiziermethode eingesetzt. Dadurch ist es möglich den Reibmitteldruck bei realen, d.h. befeuerten Betriebsbedingungen im gesamten Betriebskennfeld des Motors zu ermitteln. Man erhält auf diese Weise für jede untersuchte Variante ein Reibmitteldruck-Kennfeld. Durch Differenzenbildung zwischen den einzelnen Varianten bzw. zu einer Basis entstehen sogenannte Reibmitteldruck- Differenzkennfelder. Anhand dieser Reibmitteldruck-Differenzkennfelder werden Aussagen zum Reibverhalten der verschiedenen untersuchten konstruktiven Parameter getroffen. Mit dem sogenannten fremdgeladen geschleppten Motorbetrieb ist eine Trennung von mechanischen und thermischen Einflüssen auf die Motorreibung möglich. Die bei dieser Motorbetriebsart durchgeführten Messungen liefern bei der Interpretation der Reibmitteldruck- Differenzkennfelder aus dem befeuerten Betrieb nützliche Hinweise. Abschließend wird anhand von Rankings die Wertigkeit der einzelnen Parameter dargestellt, so dass eine Aussage über das Potenzial der verschiedenen Parameter hinsichtlich einer Reibungsreduzierung getroffen werden kann. Mit Hilfe einer Fahrzyklussimulation wird aus den am Motorprüfstand gemessenen Reibmitteldruck-Kennfeldern der einzelnen untersuchten konstruktiven Parameter das jeweilige Potenzial zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und damit der CO2-Emission in einem Fahrzyklus ermittelt. ····· 10361107916

Numerische Schwingfestigkeitsbewertung inhomogener Spaltprofile mit dem örtlichen Dehnungskonzept

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Spaltprofile eignen sich gut zum Einsatz in lasttragenden Strukturen, da sie lokal eine erhöhte Festigkeit aufweisen und durch Verzweigungsstellen sowie durch die Substitution von Fügestellen erweiterte Möglichkeiten zur beanspruchungsgerechten Gestaltung bieten. Durch den Fertigungsprozess Spaltprofilieren entstehen allerdings in den umgeformten Bauteilbereichen ausgeprägte Gefüge- und Eigenschaftsgradienten. Um die Schwingfestigkeit der Profile zu bewerten und das Leichtbaupotential dabei weitgehend auszunutzen, ist es notwendig, diese Inhomogenität der Werkstoffeigenschaften in der numerischen Bauteilbewertung zu berücksichtigen. Dafür wird in dieser Arbeit ein numerischer Prozess zur Bewertung der Schwingfestigkeit, welcher den lokal unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften Rechnung trägt, vorgestellt und die dafür benötigten örtlichen Werkstoffkennwerte im Bauteil abgeschätzt. Die Schwingfestigkeitsbewertung der Spaltprofile erfolgt mit dem örtlichen Dehnungskonzept. Ziel der Bewertung ist die Ableitung einer Bauteilwöhlerlinie. Die örtlichen Eigenschaften werden durch Korrelation der Werkstoffkennwerte mit der örtlichen Kleinlasthärte HV0,05 bestimmt. Dabei werden soweit möglich bekannte Korrelationen genutzt und nötigenfalls an die werkstoffspezifischen Versuchsergebnisse angepasst. Hierfür werden dehnungsgeregelte Versuche an inhomogenen Proben aus dem Spaltprofil sowie an Proben im Ausgangszustand mit Re = -1 und Re = 0 zugrunde gelegt. Für den in dieser Arbeit untersuchten Werkstoff ZStE 500 wurden geeignete Korrelationen für das zügige, das transiente und das zyklisch stabilisierte Spannungs-Dehnungsverhalten sowie für die Dehnungswöhlerlinie identifiziert. Auf Basis dieser Korrelationen wurde ein härteabhängiger Parametersatz des Werkstoffmodells nach Jiang für ZStE 500 im kaltumgeformten Zustand abgeleitet. Mit diesem Werkstoffmodell kann das im Versuch beobachtete transiente Werkstoffverhalten abgebildet werden. Zur Parameterbestimmung für das Jiang-Modell wurden für den vorliegenden Fall geeignete Vereinfachungen und Optimierungskriterien gewählt. Zur Bestimmung der örtlichen Beanspruchung im Bauteil wurden FE-Modelle mit vom lokalen Umformzustand abhängigem inhomogenem, elastisch-plastischem Werkstoffverhalten aufgebaut. Für die Abschätzung der `stabilisierten` Mittelspannung wird in der Simulation der örtliche Mittelspannungsverlauf für eine große Anzahl von Schwingspielen ermittelt. Da dies aus Rechenzeitgründen nicht über den gesamten relevanten Schwingspielzahlbereich möglich ist, wird ein Ansatz zur Extrapolation des in der Simulation ermittelten Mittelspannungsverlaufs untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Betrachtung der Übertragbarkeit der Kennwerte von der Probe auf das Bauteil. Die Größe des hochbeanspruchten Werkstoffbereichs stellt hierbei eine wichtige Einflussgröße auf die Schwingfestigkeit dar, bei deren Bewertung ihrerseits der lokal inhomogene Werkstoffzustand berücksichtigt wird. Die erarbeitete Vorgehensweise wurde an Hand von kraftgeregelten Schwingfestigkeitsversuchen an gekerbten Proben aus dem Spaltprofil sowie an Spaltprofilen unter Vierpunkt-Biegung bestätigt. Alternativ zu dem härtebasierten Parametrierungsansatz wurde ein Ansatz auf Basis einer Prozesssimulation implementiert, bei dem der Vergleichsumformgrad und die Eigenspannungsverteilung aus der Spaltprofiliersimulation übernommen werden. Hierfür wurde ein künstliches Neuronales Netz integriert, welches die zyklischen Werkstoffkennwerte auf Basis des Vergleichsumformgrads sowie auf Basis von im Zugversuch ermittelten Kenngrößen des Ausgangswerkstoffzustands abzuschätzen in der Lage war. ····· 10361107915

Effizienzbewertung von Antrieben mobiler Arbeitsmaschinen am Beispiel eines Mähdreschers

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Die Energieeffizienz ist zu einem der zentralen Themen des 21. Jahrhunderts geworden, was sich u.a. in der Ökodesign-Richtlinie widerspiegelt. Zurückzuführen ist dies auf die durch CO2-Emissionen zu erwartenden Folgen sowie die Verknappung der fossilen Energieträger und die u.a. aufgrund dessen stetig und progressiv ansteigenden Energie- und Kraftstoffpreise. Im Entwicklungsprozess von energieverbrauchsrelevanten Produkten erhält die Effizienz als Bewertungskriterium infolgedessen einen immer höheren Stellenwert. Dies gilt selbstverständlich auch bei mobilen Arbeitsmaschinen, zumal die Kraftstoffkosten bereits einen wesentlichen Anteil an den Gesamtkosten im Lebenszyklus dieser Maschinen verursachen. Für eine Effizienzsteigerung spielt neben der Verbesserung der Arbeitsprozesse die Optimierung der zugehörigen Antriebssysteme eine entscheidende Rolle. Aufgrund ihrer Mobilität und den damit verbundenen unterschiedlichen und wechselnden Einsatzbedingungen variieren die Anforderungen an die Antriebe dieser Maschinen jedoch zum Teil sehr stark. Insbesondere bei komplexen mobilen Arbeitsmaschinen, bei denen eine Vielzahl von Arbeitsprozessen gleichzeitig anzutreiben ist, sind die wirkungsvollsten Ansatzpunkte für Optimierungsmaßnahmen an den Antriebssystemen daher meist nicht offensichtlich. Zudem ist der häufig verwendete Wirkungsgrad nicht geeignet, um die Effizienz einzelner Antriebe als auch der Gesamtheit aller Antriebe im Kontext der Gesamtmaschine und ihrer Einsatzbedingungen zu bewerten. Diesem Umstand wird im Rahmen dieser Arbeit mit einer systematischen Vorgehensweise für die Verlustanalyse und Effizienzbewertung von Antrieben mobiler Arbeitsmaschinen mit quasistationären Arbeitsaufgaben, wie das beispielsweise bei selbstfahrenden Erntemaschinen der Fall ist, Rechnung getragen. Mit Hilfe des vorgestellten Vorgehens werden die Antriebe und deren Baugruppen identifiziert, auf die hauptsächlich die Energieverluste im Lebenszyklus der Maschine zurückzuführen sind und die folglich die sinnvollsten Ansatzpunkte für Verbesserungsmaßnahmen darstellen. Zudem werden auch die relevanten Betriebsbedingungen identifiziert, so dass auf Basis dieser Erkenntnisse zielgerichtet Optimierungsmaßnahmen abgeleitet und entwickelt werden können. Weiterhin werden aussagekräftige Kennzahlen definiert, die sowohl eine Effizienzbewertung einzelner sowie der Gesamtheit aller Antriebe einer mobilen Arbeitsmaschine, als auch einen bewertenden Vergleich zweier Antriebskonzepte ermöglichen. Die Vorgehensweise umfasst insgesamt fünf Hauptschritte, die von der Festlegung der wesentlichen Randbedingungen, über eine Systematik zur Beschreibung von Einsatzprofilen, über die Modellbildung und Simulation der betriebspunktabhängigen Verlusteigenschaften der Antriebssysteme bis hin zu der bereits thematisierten Verlustanalyse sowie der eigentlichen Effizienzbewertung der Antriebe reichen. Die einzelnen Schritte werden zum einen allgemeingültig für mobile Arbeitsmaschinen mit quasi-stationären Arbeitsaufgaben beschrieben und zum anderen am Beispiel der Antriebe eines Mähdreschers umgesetzt. Für die Beispielmaschine werden auf Basis der gewonnen Erkenntnisse zudem erste Antriebsstrangoptimierungen abgeleitet, ebenfalls analysiert und bewertet, um die Vorgehensweise im Kontext des Entwicklungsprozesses beurteilen zu können. Es zeigt sich, dass das vorgeschlagene Vorgehen auch bei derart komplexen mobilen Arbeitsmaschinen handhabbar und zielführend ist und im Entwicklungsprozess frühzeitig eine fundierte Entscheidungsbasis für oder wider die weitere Entwicklung und Implementierung eines neuen oder alternativen Antriebskonzepts liefert. ····· 10361107912

Potentiale prozessangepasster Wavelets für signalbasierte Condition Monitoring Systeme

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Die Prozess- und Maschinenzustandsüberwachung liefert einen wesentlichen Beitrag, um dem besonderen wirtschaftlichen Druck in Hochlohnländern durch effiziente Strategien der Instandhaltung und Qualitätssicherung standzuhalten. Der Gewinn an Produktivität und Betriebssicherheit bleibt mit dem Aufwand und den Kosten für ein Überwachungssystem abzuwägen. In der vorliegenden Arbeit wird die kontinuierliche Selflettransformation CST als ein Verfahren zur Anpassung von Analysefunktionen an individuelle Signalmuster für die Zustandsüberwachung entwickelt. Einführend wird ein Überblick auf die Wissensgebiete der Zustandsüberwachung und deren vielfältige Ziele, Aufgaben und Methoden gegeben. Erweiterte Potentiale für die Zustandsüberwachung liefert die zeitlich aufgelöste Frequenzselektion transienter oder instationärer Signalvorgänge, bei der sich die Wavelettransformation WT in vielen Forschungsarbeiten als vorteilhaft erweist. Die Eignung der WT wird entscheidend durch die Ähnlichkeit zwischen dem Basiswavelet und dem relevanten Signal bestimmt. Die Anpassung der Analysefunktion beschränkt sich in den meisten Anwendungen auf die Wahl eines Vertreters aus der Palette bereits konstruierter Wavelets. Aus dem Bedarf einer adaptiven Zeit-Frequenztransformation wird eine Methode zur Generierung von Analysefunktionen aus gemessenen Signalmustern für die kontinuierliche WT abgeleitet. Während die diskrete WT schnelle Algorithmen und eine eindeutige Rücktransformation ermöglicht, sind der Anpassungsfähigkeit von Basiswavelets durch die Einhaltung der Orthogonalitätsbedingung enge Grenzen gesetzt. Die Anforderungen an ein Basiswavelet werden für die kontinuierliche WT im Wesentlichen nur durch die Mittelwertfreiheit bestimmt. Mit prozessangepassten Wavelets wird eine effiziente und einfache Adaption vorgestellt, die gegenüber der vorhandenen Alternativen komplexere mathematische Verfahren für die diskrete WT oder die Lösung analytischer Systemmodelle für die kontinuierliche WT umgeht. Die Vorteile einer Adaption der Analysefunktion werden zunächst an einem Testsignal verdeutlicht. Die zu erkennenden Testsignalverläufe werden durch den Einsatz von Selflets auf möglichst wenige Koeffizienten konzentriert und dadurch mit hohen Amplituden für die Zwecke der Zustandsüberwachung hervorgehoben. Darauf folgt eine theoretische Betrachtung der Wechselwirkung zwischen der Eignung der zu generierenden Selflets mit stochastischen Einflüssen in der Amplitude, der Länge, der Frequenzinhalte und der Phasenbeziehungen der zu erkennenden Signalmuster. Aufbauend auf dem theoretischen Teil wird das Analyseverfahren auf einem prototypischen Condition Monitoring System implementiert. Es werden Lösungen zur Überwachung unterschiedlicher Verschleißerscheinungen an linearen Wälzführungen und Prozessstörungen an Schneckenpumpen erarbeitet. Die Parameter zur Generierung der Wavelets, d. h. die Trägerlänge und das eingesetzte Signalintervall, werden zunächst manuell variiert und die Überwachungsgüte gegenüber konventionellen Basisfunktionen in einem geeigneten Kennwertvergleich quantifiziert. Daraufhin wird eine automatisierte Methode der Generierung entwickelt, die durch einen statistischen Ergebnisvergleich für störende - stochastisch überlagerte - Signaleinflüsse ein optimiertes Selflets liefert. Die Potentiale von Selflets zur effektiven und einfachen Adaption der linearen Zeit-Frequenztransformation treten umso deutlicher zu Tage, je stärker die konventionellen Analysefunktionen von den zu erkennenden Transienten hinsichtlich der Trägerlängen, der Frequenzinhalte und der Phasenbeziehungen abweichen. Ausblickend erscheinen auf der Basis der Ergebnisse weiterführende Verfahrens-Kombinationen der CST mit der Hüllkurvenbildung oder der drehsynchronen Mittelung von Koeffizienten und deren Hüllkurven bzw. Hüllkurvenspektren viel versprechend. Ferner sind durch adaptive Zeit-Frequenztransformationen zukünftig weiter verbesserte oder vereinfachte diagnostische Aussagefähigkeiten zu erwarten. So sind über die Amplitudenhöhe hinaus zunehmend auch die Veränderungen der zeitlichen Häufung frequenzselektierter Transienten für eine erweiterte Beurteilung des Schadens-ausmaßes heranzuziehen. Außerdem ist zu untersuchen, ob der Aufwand zur Bereitstellung von Referenzmessungen des Normalzustands für transiente Schadenseinflüsse zu umgehen ist. Hierzu sind jedoch zeitlich lokal berechnete Kennwerte einer Überwachung, wie in dieser Arbeit vorgestellt, unerlässlich. Die hoch aufgelöste Zeitinformation der frequenzselektierten Kennwerten erscheint somit prinzipiell geeignet, den Normalzustand auch im aktuellen Messsignal einer lokalen Störung aus schadensunbeeinflussten Signalintervallen zu referenzieren. ····· 10361107901

Gießvorgänge beim Kokillenguss von Al-Legierungen

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Die Herstellung von Al-Gussteilen mit Wandstärke unter 3 mm, mit guten mechanischen Eigenschaften und hoher Temperaturwechselbeständigkeit, auch ohne Anwendung von Vakuum, Nachspeisung und weiteren prozesskostenerhöhenden Technologien, ist ein Qualitätsziel. Die Untersuchungen in der vorgelegten Arbeit beziehen sich auf ein hochbeanspruchtes Gussteil der Automobilindustrie mit dem Ziel, den Ausschussanteil deutlich zu verringern. Inhalt ist die Optimierung des Gießvorganges beim Kokillenguss von Al-Legierungen zur Herstellung dieses Bauteils. Es handelt sich dabei um einen Zylinderkopf. ····· 10361107897

Beschreibung und Bewertung von Schwingungsdämpfern für Kraftfahrzeuge

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Eine Problemstellung im Abstimmungsprozess ist, dass die derzeitige Beschreibung des Dämpfers das Dämpferverhalten nicht ausreichend wiedergibt. Derzeitig wird in der Abstimmung die so genannte `VDA-Kennlinie` verwendet, die das Kraft- Geschwindigkeits-Verhalten unter Verwendung von sechs Stützstellen wiedergibt. Es gibt immer wieder Dämpfer, die unter Verwendung dieser Betrachtungsmethode `VDA-gleich` sind und dennoch signifikante Unterschiede in der subjektiven Bewertung aufweisen. Die Motivation zur über den heutigen Stand hinausgehenden Beschreibung und Bewertung von Dämpfern liegt folglich darin, eine Beschreibung des Dämpfers zu finden, die diese VDA-gleichen, aber subjektiv unterschiedlichen Dämpfer im ersten Schritt auch objektiv unterscheidbar macht und im zweiten Schritt anhand neuer Kriterien bewertet. Die aus dem steigenden Abstimmungsaufwand abgeleitete Zielsetzung dieser Arbeit besteht darin, den Entwicklungsprozess hinsichtlich der Dämpferabstimmung eines Fahrzeugs durch eine über den derzeitigen Stand der Beschreibung und Bewertung von Dämpfern hinausgehende Methode zu unterstützen. Dies soll dadurch geschehen, dass Dämpfer bereits durch Komponentenversuche hinsichtlich des zu erwartenden Schwingungskomforts bewertet werden, bevor sie in einem Prototypenfahrzeug subjektiv beurteilt werden. Zur Entwicklung dieser neuen Methodik werden bisher verwendete Beschreibungs- und Berwertungsmethoden hinsichtlich ihrer eventuellen Grenzen analysiert. Es werden Modelle und Verfahren aufgebaut, um den Abstimmungsprozess im Vorfeld und durch simulative Optimierung von Dämpferkennparametern zu unterstützen. ····· 10361107894

Numerisches Abbildungsvermögen als Maßgabe zuverlässiger Finite Elemente-Netzgenerierung

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Erstes Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung und Verifikation einiger populärer Netzgütekriterien hinsichtlich ihres Vermögens, Aussagen über die FEA-Berechnungsgenauigkeit zu treffen. So stellen die meisten dieser Parameter eine Bemessungsgrundlage für Regelmäßigkeit der Gestalt sowie die Homogenität der Häufigkeit von Knoten- und Elementverteilung bereit. Die Rechengüte einer FEA-Simulation hängt aber gleichzeitig auch stark von der Gutartigkeit gegenüber verschiedenen Lastfällen ab. ····· 10361107886

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