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Beitrag zur Erhöhung der Prozesssicherheit beim Punktschweißen und Punktschweißkleben von Aluminiumkarosseriewerkstoffen

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Aufgrund seiner Vorteile wie kurze Prozesszeit, weitgehende Unabhängigkeit von der Fügerichtung und Fügen ohne zusätzliches Fügeelement kann das Widerstandspunktschweißen von Aluminium einen entscheidenden Beitrag zum Karosserieleichtbau leisten. Ziel der Arbeit ist es, die Prozesssicherheit des Punktschweißens in Abhängigkeit unterschiedlicher Einflussfaktoren, z.B. produktionsbedingten Störgrößen, Strom-Kraft-Profilen und verschiedenen Ausgleichsvarianten der Zange, zu bewerten. Weiterhin wird der Elektrodenverschleiß beim Schweißen verschiedener Aluminiumwerkstoffkombinationen mit unterschiedlichen Oberflächenzuständen sowie der Einfluss der Elektrodengeometrie untersucht. Eine deutliche Erhöhung der Elektrodenstandmenge ergibt sich durch die Verwendung von Elektrodenkappen mit einer Rillenprofilierung an der Elektrodenarbeitsfläche. Desweiteren wird ein System zur Verschleißdetektierung vorgestellt, das als Inline-Prozessanalyse durch Körperschall ein Anhaften der Elektrode am Blech zuverlässig ermittelt. Abschließend wird das Tragverhalten von Punktschweiß- und -klebverbindungen dem von Halbhohlstanznietund -klebverbindungen anhand quasistatischer, dynamisch-zyklischer und dynamischschlagartiger Beanspruchung gegenübergestellt. Im Hinblick auf eine ausreichende Prozesssicherheit und möglichst geringen Elektrodenverschleiß wird die Verwendung coilpassivierter und mit Trockenschmierstoff bedeckter Aluminiumbleche empfohlen. Die Mindestanforderungen an die Scherzugkraft der Verbindungen werden meist bereits mit dem Mindestpunktdurchmesser deutlich übertroffen. ····· 10361108071

Grundlagen der Fluidtechnik

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Das Gebiet der Fluidtechnik lässt sich anhand der eingesetzten Druckmedien in zwei Bereiche gliedern: . Flüssige Druckübertragungsmedien . Gasförmige Druckübertragungsmedien Während in der Hydraulik flüssige Druckübertragungsmedien eingesetzt werden, befasst sich die Pneumatik mit der Energie- und Signalübertragung durch Gase. Üblicherweise wird dabei als Druckmedium Luft eingesetzt. In dem hier vorliegenden zweiten Teil des Umdrucks zur Vorlesung `Grundlagen der Fluidtechnik` werden ausgehend von theoretischen Grundlagen pneumatische Komponenten (Verdichter, Motoren, Zylinder, Ventile) behandelt, die zu pneumatischen Systemen vereint werden können. Die Drucklufterzeugung mit Hilfe von Verdichtern gehört dabei nicht zum Fachgebiet der Pneumatik im engeren Sinne, sondern wird der Verfahrenstechnik zugerechnet. Der Vollständigkeit halber wird in diesem Umdruck aber auch auf die Drucklufterzeugung eingegangen. ····· 10361108070

Selective Laser Melting von Aluminiumgusslegierungen

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Bei der Verarbeitung von Aluminiumwerkstoffen in Prozessen mit sehr hohen Abkühlraten wie z.B. das Laserauftragschweißen oder Laserumschmelzen zeigt sich, dass die Erstarrungsbedingungen (z.B. Abkühlrate, Temperaturgradient) einen erheblichen Einfluss auf das erstarrte Gefüge besitzen. Ähnliche Prozessbedingungen liegen beim SLM vor. Jedoch fehlen Untersuchungen zur Abhängigkeit zwischen den Verfahrensparametern beim SLM, den daraus resultierenden Erstarrungsbedingungen und den entstehenden mechanischen Eigenschaften der Aluminiumproben und Bauteile. Daher ist das Ziel dieser Arbeit (u.a.) die systematische Untersuchung der Zusammenhänge zwischen den SLM Prozessbedingungen und den daraus entstehenden Gefügeeigenschaften bzw. den mechanischen Kennwerten von SLM Aluminiumproben und Bauteilen. ····· 10361108064

Coordination and Decomposition of Large-Scale Planning and Scheduling Problems with Application to Steel Production

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Modern large-scale industrial production sites consist of many production areas each being subject to a variety of technical constraints. The general objective of planning and scheduling is to ensure the on-time delivery of the end product with the lowest possible consumption of resources. In the metal industry, the melt shop and the hot rolling mill represent about 90% of the entire steel production chain energy consumption. An adequate coordination between these two production areas can allow minimizing capital investment, space requirements and power consumption by keeping the storage of the intermediate products as low as possible. Traditionally, optimal schedules of the both production sections are determined separately using a combination of mathematical programming and heuristics. Therefore an optimal schedule of the whole production chain cannot be guaranteed. On the other hand, solving the complete problem for the combined production areas leads to a combinatorial explosion of the mixed-integer linear programming (MILP) model and makes the problem intractable. A bottom-up coordination heuristics of two large-scale flexible multi-stage batch (flow shop) scheduling problems is developed on the basis of an improved Bender`s Decomposition Algorithm (Bender, 1962). An upper-level coordinator is formulated as an optimization problem based on the technical constraints of the bottleneck stages within the production sections. The obtained optimal solution of the coordinator is used as the coordination variables for the lowerlevel schedulers. The coordinator is iteratively updated using the feedback the lower-level schedulers information by adding integer and logical cuts. The location and number of bottleneck stages in the production sections might not be known a priori. An objective-oriented bottleneck definition for scheduling problems modeled as MILP is proposed. The bottleneck(s) are identified using a sensitivity analysis-based heuristics. The proposed coordination heuristics Shows improved results in terms of solution quality and computational effort when compared to other coordination approaches based on the Lagrangean Decomposition and the derivative-free optimization algorithms. The coordination heuristics is validated using actual production data collected from a steel plant. The obtained results showed a 7% increase of the total productivity, a 23% reduction of the slab yard inventory and a 9% reduction of the reheating furnace natural gas consumption when compared to an uncoordinated schedule, with no additional hardware investment. In summary, the proposed coordination approach is a general decomposition and coordination large-scale scheduling problems method that is able to systematically incorporate process knowledge. ····· 10361108063

Zahnradverzug durch spanende Fertigung

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Die Fertigung antriebstechnischer Bauteile wird seit jeher vom Phänomen des Verzugs begleitet, welcher zu hohen Verschwendungen über die gesamte Prozesskette führt. In den letzten Jahren hat sich das Verständnis von Verzügen dahingehend geändert, dass diese nicht alleine Effekten der Wärmebehandlung entstammen, sondern Einflüsse aus der gesamten Prozesskette vorliegen können. Basierend auf diesem systemübergreifenden Ansatz wird sich in der Arbeit der Entstehung und Vermeidung von Zahnradverzügen gewidmet. Zahnräder sind etablierte, hochbelastete, geometrisch komplexe und eng tolerierte Bauteile der Antriebstechnik und werden überwiegend durch konventionelle Prozesse wie Drehen und Wälzfräsen gefertigt. Der Fokus der Verzugsanalyse liegt daher auf diesen beiden spangebenden Verfahren. Aufgrund der Komplexität der möglichen Maß- und Formabweichungen und der Vielzahl möglicher Verzugsursachen wird sich der Problemstellung schrittweise angenähert. Zunächst werden beide Prozesse hinsichtlich ihrer Verzugsauswirkungen jeweils isoliert von Effekten der restlichen Prozesskette untersucht. Anschließend werden Wechselwirkungen der Prozesskette (Stahlerzeugung, Schmieden, Vorwärmebehandlung, Zerspanung, Einsatzhärten) auf den Verzug analysiert, wobei auch die Interaktion der Abweichungen von scheibenförmigem Grundkörper und Verzahnung betrachtet wird. Durch methodisches Vorgehen werden Verzugsmechanismen identifiziert und ihre Auswirkungen auf die einzelnen Verzugsbestandteile bestimmt. Die Interpretation dieser Zusammenhänge ermöglicht es, Methoden der Verzugsvermeidung und -kompensation aufzuzeigen. Eine Umsetzung der Erkenntnisse in industriellem Umfeld kann somit einen erheblichen Beitrag zur Beherrschung von Verzügen und damit zur Steigerung von Ökonomie und Ökologie in der Fertigungstechnik liefern. ····· 10361108054

Eine Methodik zur Produktionsnivellierung auf der Basis von Fertigungsfamilien

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Konventionelle Ansätze zur Produktionsnivellierung können als Stand der Technik bezeichnet werden. Sie finden gegenwärtig jedoch primär unter Rahmenbedingungen einer klassischen Großserienfertigung Anwendung, was sich in den für eine erfolgreiche Realisierung derartiger Ansätze erforderlichen Voraussetzungen begründet. Diesbezüglich sind insbesondere eine begrenzte Variabilität hinsichtlich Variantenvielfalt und Kundenabrufschwankungen anzuführen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist vor diesem Hintergrund die Entwicklung einer Methodik, die eine Übertragung des Prinzips der Produktionsnivellierung auf Fertigungssysteme erlaubt, die sich durch eine vergleichsweise hohe Variantenvielfalt und stärkere Schwankungen des Kundenabrufverhaltens auszeichnen. Hierzu wird das aus dem Kontext der Gruppentechnologie bekannte Ähnlichkeitsprinzip genutzt und der Ansatz einer Nivellierung auf der Basis von Fertigungsfamilien verfolgt. ····· 10361108049

Entwicklung eines digitalen Fabrikgesamtmodells und dessen Integration in die Fabrikstrukturplanung eines Automobilherstellers

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Das aktuelle Umfeld der deutschen Automobilindustrie gestaltet sich sehr unterschiedlich. Während beispielsweise die General Motors Tochter Opel das Werk Bochum schließt, strebt der Volkswagen Konzern mit seiner Strategie 2018 einen stetigen Wachstumskurs an. Dies äußert sich in einer Vielzahl von Fabrikneubauprojekten mit dem Ziel die Produktionskapazitäten der einzelnen Hersteller weltweit auszubauen. Durch die Weiterentwicklung einzelner 3D-Planungswerkzeuge ist es möglich geworden, die Idee des Fabrik-DMU (Digital Mock-up - virtueller ganzheitlicher Zusammenbau) umzusetzen. Der im theoretischen Teil der vorliegenden Arbeit untersuchte Stand der Technik im Bereich der digitalen Gesamtmodelle zeigte eindeutige Einsatzmöglichkeiten und Potentiale vor-, während-, und nach dem Projekt. Durch die anschließende Betrachtung der Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Produkt-DMU und Fabrik-DMU wurde vom Autor ein Soll-Zustand für das Fabrik-DMU erarbeitet, der die Grundlage für die Entwicklung eines digitalen Fabrikgesamtmodells bildet. Aus den Disziplinen Fabrikplanung, Digitale Fabrik und IT-Prozessentwicklung wird die Schnittmenge der relevanten Umfänge zur Schaffung des digitalen Fabrikgesamtmodells herausgearbeitet. Mit dieser konnte vom Autor im praktischen Teil der vorliegenden Dissertation ein digitales Fabrikgesamtmodell entwickelt werden. Durch den anschließenden Einsatz in Projekten konnte es erprobt und weiter verbessert werden. Das entstandene Resultat ermöglicht eine durchgängige Verfügbarkeit von 3D-Modellen in Fabrikstrukturplanungsprojekten. Diese können ohne Konvertierungsprobleme und durch definierte Datenaustauschformate erstellt werden. Es wird dadurch eine Verknüpfung aktueller geometrischer Informationen verschiedenster Planungssysteme miteinander in einer ansprechenden Visualisierungsqualität gewährleistet. Mit diesen Modellen können u.a. Kollisionsprüfungen, Zugänglichkeitsuntersuchungen und Analysen von Logistikwegen durchgeführt werden. Durch die Schaffung und Weiterentwicklung eines spezifischen Prozesses, der die Nutzung der digitalen Fabrikgesamtmodelle innerhalb der Markenplanung der Volkswagen AG etabliert hat, werden abschließend weitere Ansätze für zukünftige Entwicklungen betrachtet. Die Ziele dieser Arbeit sind eine bessere Absicherung der Planung, die Erhöhung der Planungsqualität und dadurch eine Reduzierung der Änderungskosten in der Realisierungsphase. Diese konnten durch die Konzipierung, die IT- Programmierung, erste Testprojekte und die Etablierung des digitalen Fabrikgesamtmodells in die Planungsprozesse weitgehend erreicht werden. ····· 10361108047

Finite-Element Based Determination of Response Spectra of Viscoelastic Materials Subjected to Low-Velocity Impact Loading

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This work investigates by means of the finite element method the behaviour of viscoelastic materials subjected to an impact loading by a non-deformable sphere. The results are presented in form of dimensionless parameters hence, the complexity of the problem is significantly reduced. Thus, it is possible to represent the governing relations through so-called master curves in accessible two-dimensional graphs. For the scaling of the dimensional problem parameters the time history of the impactor`s penetration is used together with the analytical solution for the impact event in case of a purely elastic half-space according to Heinrich Hertz. Thus, a comparatively small initial velocity is used which results in a rather long contact duration. Consequently, a part of the energy introduced by the impactor may be dissipated through viscoelastic processes. This effect is utilised by protective equipment designed to minimise the forces occurring in unintentional impact situations. Thus, it is necessary to tune the viscoelastic material behaviour to the impact event such that a minimal loading due to the deceleration of the impactor is obtained. On the other hand, a too large penetration of the impactor owing to the increase in material compliance during contact must be prevented. The consideration of these two conflicting design criteria is realised in this work by a multi-objective optimisation. Moreover, the response spectra can be used for the determination of unknown model parameters of a viscoelastic material sample by means of impact experiments. This application may be utilised e.g. in the quality control of viscoelastic products. The procedure developed in this work is validated by laboratory experiments using polyurethane foams. ····· 10361108044

Einsatz von Industrierobotern als Koordinatenmessgeräte

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Anwendungen, bei denen der koordinatenmesstechnische Einsatz von Industrierobotern sinnvoll ist, unterscheiden sich von den typischen Einsatzszenarien herkömmlicher Koordinatenmessgeräte (KMG). Industrieroboter eignen sich insbesondere zum Koordinatenmessen in rauer Fertigungsumgebung und für Fälle, in denen die Koordinatenmessaufgabe mit einer anderen Industrieroboteranwendung kombiniert wird (z.B. Messen und Bearbeiten). Auch bei der Selbstkalibrierung, die auf der Vermessung von Kalibrierkörpern basiert, und der Zellenkalibrierung wird der Industrieroboter zum Koordinatenmessen eingesetzt. Aufgrund dieser abweichenden Einsatzzwecke, -orte und bedingungen sowie der verschiedenartigen Roboterkinematiken mit bis zu sechs Freiheitsgraden wird die Grundidee der herkömmlichen, nicht auf Industrieroboter ausgerichteten, Koordinatenmesstechnik zunächst analysiert und verallgemeinert. Herkömmliche KMGs ermitteln die Koordinaten von Oberflächenpunkten. Verallgemeinernd wird als Zweck eines allgemeinen KMG die Lageermittlung von Formelementen, d.h. beliebigen Starrkörpern, festgelegt. Das KMG, das Formelement und die sie quasi wie ein virtuelles Gelenk miteinander verbindenden Sensorwerte des Messkopfes werden als kinematisches Gesamtsystem betrachtet und dessen Beweglichkeit koordinatenfrei, d.h. ohne Festlegung auf eine konkrete Koordinatendarstellung, mit den Beschreibungsmitteln der Differentialgeometrie untersucht. Ausgehend von der verallgemeinerten Koordinatenmesstechnik wird speziell für den Einsatz eines Industrieroboters als KMG aus den bekannten Konzepten des messenden und des schaltenden Messkopfes ein neues Messkonzept synthetisiert: der messende Messkopf im Schaltbetrieb. Es handelt sich hierbei um einen messenden Messkopf, mit dem jedoch eine Antastbewegung nach dem Visual-Servoing-Prinzip durchgeführt wird, bis ein bestimmter Sollmesswert erreicht ist. Dieses Messkonzept ermöglicht insbesondere die automatische Insitu-Selbstkalibrierung sowohl der Roboterkinematik als auch des Messkopfes durch Vermessung von Kalibrierkörpern. Um zu vermeiden, dass die für Koordinatenmessroboter typischen Probleme und Fragestellungen immer wieder von Grund auf neu gelöst werden müssen, wird das Konzept eines Frameworks für die Entwicklung von Koordinatenmessroboter-Anwendungen mit seriellkinematischen Industrierobotern, die sich im industriellen Einsatz etabliert haben, erstellt. Abschließend wird ein Fallbeispiel für den kombinierten Koordinatenmess- und Bearbeitungseinsatz eines Industrieroboters präsentiert: die Herstellung von Nietbohrungen in der Flugzeugrumpfmontage. ····· 10361108043

Prediction of Load Data for Construction Equipment using the Discrete Element Method

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Purchasers of construction equipment expect great reliability from their machinery. To satisfy this requirement, manufacturers may make conservative assumptions about expected operating loads. This results in a safe design, but also in excess weight lighter designs can increase payload, lower energy consumption, and thus improve the cost effectiveness of the machinery. These contradictory objectives, reliability and cost effectiveness, drive manufacturers to refine the calculation methods used in the design of the machinery. Besides making use of the experience of the development engineers, the identification of operating loads today is mostly based on measurement campaigns. They provide insights on the influence of the customer usage, soil type, equipment type, etc., on the operating loads. However, such measurements are complex, expensive, and can only be performed on existing machines. Thus, the long-term goal of manufacturers is to predict operating loads based on simulation methods, at least for some applications. The first objective of this thesis is to set up a simulation model for some typical soil types, parameterize it, and validate it empirically. As a basis, the Discrete Element Method (DEM) is chosen, because it can be adapted to many different soil properties by selecting an appropriate particle interaction law. Soil types are roughly classified into cohesionless, cohesive, and cemented soil. To be suitable for practical applications, the simulation must be possible with limited computational resources. Thus in this thesis, only spherical particles are used. This approximation requires some measures to compensate for the missing influence of the real particle shape, e.g. the use of additional rolling resistance. A model for rolling resistance with an elastic limit is also presented. It seems hopeless to model soil by its micro-properties, such as particle shape and size distribution. Instead, the macro-properties, e.g. the bulk density, angle of internal friction, etc., are used for the parameterization of the model. The simulation model is then validated by small-scale laboratory tests on straight and vertical cutting blades, and by large-scale tests on an excavator and a bulldozer. Despite all efforts to keep the numerical cost of the simulation low, it is still not possible to simulate events for more than a few minutes. This is not enough to predict load data. To overcome this problem, a method is presented that allows the combination of a number of typical short events so that they are equivalent to a long reference load in terms of durability. ····· 10361108042

Spaltverluste und Geräusche bei axialen Turbomaschinen

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Der Schaufelspitzenbereich einer axialen Turbomaschine, der prinzipbedingt stets einen Spalt zwischen der rotierenden Schaufel und dem Gehäuse aufweist, ist von großer Bedeutung für deren aerodynamische und akustische Charakteristik. Mit experimentellen, numerischen und analytischen Methoden wird in dieser Arbeit ein Verständnis für die aerodynamischen Verluste und die Geräusche, die mit diesem Bereich assoziiert werden, generiert. Bei den experimentellen Untersuchungen an einem Akustikprüfstand wurden verschiedene Axialventilatorkonfigurationen akustisch und aerodynamisch vermessen. Neben einer systematischen Variation der Spalthöhe, des Schaufelwinkels sowie des Betriebspunktes bei verschiedenen Schaufelgeometrien wurden das Nabenverhältnis, die Anzahl der Leitradschaufeln und die Reynoldszahl variiert. Einen genaueren Einblick in die Strömungsvorgänge in der Spaltregion lieferten numerische Simulationen an gezielt ausgewählten Konfigurationen und Betriebspunkten. Durch die Visualisierung des berechneten Strömungsgebiets konnte der Einfluss von Spalthöhe und Betriebspunkt auf die Lage und Größe des Spaltwirbels gezeigt werden. Die Auswirkungen der Interaktion des Spaltwirbels mit der Druckseite der benachbarten Schaufel auf das akustische Frequenzspektrum wurden in Verbindung mit den experimentellen Ergebnissen nachgewiesen. Es wurden sowohl primäre als auch sekundäre Maßnahmen zur Reduktion des Schalls untersucht. Mittels einer konturierten Gehäuseoberfläche konnte gezielt die Entstehung des Spaltwirbels beeinflusst und der positive Effekt auf Aerodynamik und Akustik gezeigt werden. Zusätzlich konnte der entstandene Schall durch sekundär wirkende Dämmmaterialien nochmals gemindert werden. Die deutliche Reduzierung des emittierten Schalls wurde durch eine breitbandige Absenkung der Schallpegel infolge der Dämmmaterialien, verbunden mit leichten Verlusten in Druckaufbau und Wirkungsgrad, erreicht. Die gewonnenen Ergebnisse über die Spaltverluste münden in ein sehr einfach aufgebautes physikalisches Modell, das eine Abschätzung des Spaltverlusts ohne die detaillierte Kenntnis der Geometrie der Schaufeln erlaubt. Mittels Messergebnissen aus dieser Arbeit und weiteren Spaltuntersuchungen wurde das Modell validiert und ein möglicher Anwendungsfall durch eine Skalierungsmethode gezeigt. ····· 10361108036

Piezoelektrischer Self-Sensing-Aktor zur Vorspannungsregelung in adaptronischen Kugelgewindetrieben

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Der Werkzeugmaschinenbau muss in den letzten Jahren immer stärker den Herausforderungen einer steigenden Kundenspezifizierung, kleiner werdenden Innovations- und Produktlebenszyklen bei gleichzeitig größer werdender Diversifikation der zu fertigenden Produkte begegnen. Gleichzeitig steigen die Anforderungen der Maschinenbetreiber hinsichtlich der Bearbeitungsgenauigkeit sowie der Verfügbarkeit von Werkzeugmaschinen. Die dadurch zunehmende Komplexität der Maschinen verlagert Innovationssprünge immer stärker auf die Maschinenkomponenten, die mehr und mehr Diagnosefunktionalitäten sowie eingebettete Regelungs- und Steuerungsaufgaben oder Kompensations-funktionen intelligent übernehmen. Ein Beispiel einer solchen Maschinenkomponente ist der Kugelgewindetrieb (KGT), der zur mechanischen Transformation rotatorischer in lineare Bewegungen in Vorschubantrieben eingesetzt wird und im laufenden Betrieb unterschiedlichen Verschleißmechanismen unterliegt. Dies äußert sich häufig in einer abnehmenden Vorspannung des Elements, deren Folgen bis hin zum Komplettausfall des Elements führen können. Aus Sicht der Maschinenbetreiber ist daher die Kompensation verschleißbedingter Vorspannungsverluste im KGT mit erheblichen Vorteilen verbunden. Die Nutzung von Self-Sensing-Systemen auf piezoelektrischer Basis bietet sich aufgrund der zueinander passenden Eigenschaften piezoelektrischer Wandler und der Anforderungen an Kompensationssysteme in Kugelgewindetrieben zur Vorspannungsregelung an. Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher die Konzeption eines bauraumeffizienten piezoelektrischen Self-Sensing-Aktors, der in einer aktiven Vorspannungsregelung in einem adaptronischen Kugelgewindetrieb als zeitsimultanes Mess- und Stellglied zum Einsatz kommt. Da der zu detektierende Verschleiß in KGTs langsam vorangeht, sind auch langsam veränderliche bzw. statische Größen, die normalerweise mit piezoelektrischen Wandlern nicht erfasst werden können, mit dem Self-Sensing-Aktor ohne zusätzliche, meist kostenintensive Sensorik, zu messen. Die Basis für die Realisierung der Messbereichserweiterung bildet die Ausnutzung von Admittanzänderungen resonant erregter piezoelektrischer Wandler. Für den Self-Sensing-Aktor werden die mathematischen Zusammenhänge und grundsätzlichen Mechanismen bei resonanter Anregung in umfangreichen Parameterstudien untersucht und ein optimaler Systemaufbau daraus abgeleitet. Weiterhin wird die erforderliche Leistungselektronik konzeptioniert und ein passender Leistungsverstärker aufgebaut. Die prototypische Umsetzung dieses Self-Sensing-Konzeptes wird in einen adaptronischen KGT integriert und in Prüfstandsuntersuchungen die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems ermittelt. ····· 10361108033

Prozessfenster für das Spannen von Rohrprofilen beim Rotationszugbiegen unter Berücksichtigung der Tribologie

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Das Rotationszugbiegen wird vielfach in der Weiterverarbeitung von Rohrprofilen eingesetzt. Die Tendenzen beim Profilbiegen zeigen einen vermehrten Einsatz von dünnwandigen und eng gebogenen Rohren mit kleinen Biegeradien auf. Die Biegeteile dienen unter anderem als Strukturbauteile in der Automobilbranche, als medienführende Leitungen im Anlagenbau oder als Designelement bei Möbeln. Üblicherweise wird die Einrichtung des Biegeprozesses durch erfahrene Maschineneinrichter vorgenommen. In Ausnahmefällen wird die Einrichtung des Biegeprozesses unterstützt durch die Vorauslegung mit der FE-Simulation oder den Einsatz von Wissensdatenbanken. Diese Methoden haben den Nachteil, dass sie in der Erstellung sehr zeitaufwendig sind. Eine schnelle Vorauslegung des Biegeprozesses kann mit einem analytischen Modell realisiert werden. Essentiell für das Rotationszugbiegen ist das Spannen des Profils. Das benötigte Biegemoment muss über die Spannbacken auf das Rohr übertragen werden. Wird eine ungeeignete Spannbacke oder Spannkraft ausgewählt, kann der Rohrquerschnitt plastisch im Spannbackenbereich deformiert oder die erforderliche Zugkraft nicht übertragen werden das Rohr rutscht durch. Das Durchrutschen des Rohrs kann wiederum zur Faltenbildung am Innenbogen führen oder die Oberflächen des Rohrs beschädigen. Für die Entwicklung einer Methodik zur Auslegung des Spannprozesses ist die Kenntnis der von den Spannbacken zu übertragenden Zugkraft und der übertragbaren Zugkraft erforderlich. Die Berechnung der erforderlichen Zugkraft erfolgt mit einem analytischen Modell. Neben der erforderlichen Zugkraft können mit diesem Modell das Biegemoment und weitere Prozesskräfte als Funktion des Biegewinkels bestimmt werden. Das analytische Modell wurde mithilfe der FE-Simulation und Experimenten verifiziert. Für die korrekte Auswahl von Spannbackengeometrie, Spannbackenoberfläche und Spannkraft, muss deren Einfluss auf die übertragbare Zugkraft berechnet werden. Für die Quantifizierung der Einflussparameter wird in dieser Arbeit der neue Triboversuch `Rohrdurchziehversuch` verwendet. Die konkave Geometrie der Spannbacken hat einen erheblichen Einfluss auf die übertragbare Zugkraft. Dieser Einfluss wird als der Geometriefaktor G bezeichnet. Mit dem Geometriefaktor G und der ermittelten Normal- und Reibkraft aus dem Rohrdurchziehversuch können Reibungskoeffizienten der Spannbacken-Tribozone bestimmt werden. Aus der Berechnung der erforderlichen und übertragbaren Zugkraft werden anschließend die Methodik zur Auslegung des Spannprozesses sowie ein Prozessfenster der übertragbaren Zugkraft in Abhängigkeit der Spannkraft abgeleitet. ····· 10361108029

Analyse von 3D-Visualisierungsqualität für die Simulation in Produktion und Logistik

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Im Rahmen der digitalen Fabrik kommen vielfältige Werkzeuge und Methoden mit dem Ziel einer abgestimmten und kooperativen Planung und Betriebsbegleitung zum Einsatz. Simulationswerkzeuge nehmen hierbei mit 2D- und ergänzenden 3D-Visualisierungen für den Bereich der Planungsabsicherung des Materialflusses einen hohen Stellenwert ein. In welcher Qualität allerdings eine Visualisierung zu gestalten ist, liegt bisher vollständig im Aufgabenbereich der Anwender. Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist daher, eine unterstützdende Bewertungsmethodik für den Einsatz von 3D-Visualisierungen für Materialflusssimulationen in Produktion und Logistik zu entwickeln. Da die Problemstellung existiert, dass die technischen Möglichkeiten sowie der Aufwand für Visualisierungen in Bezug auf den Ressourceneinsatz und die notwendigen Randbedingungen von Untersuchungszielen schwer zu beurteilen sind, wird ausgehend von den Phasen einer Simulationsstudie der Visualisierungsbedarf für einzelne Zielgruppen abgeleitet. Unter Zielgruppen werden Simulationsexperten, Mitarbeiter in Planungsabteilungen und in der Produktion, die Anlagenbetreiber sowie zusammengefasst alle in Simulationsstudien nicht primär involvierten Personen des Controllings, Marketings, Vorstand und der Öffentlichkeit verstanden. ····· 10361108027

Manufacturing of Injection Molded Ceramic Nanocomposites for Biomedical Applications

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Die demographische Entwicklung der Bevölkerung in den Industrienationen und der weltweit steigende Anspruch an eine leistungsfähige medizinische Versorgung betreffen in besonderem Maße auch die Verfügbarkeit und wirtschaftlich tragfähige Bereitstellung von Dauerimplantaten und Prothesen. In tribologisch und mechanisch hoch belasteten Knie- und Hüftgelenksprothesen, die für die Funktion des Bewegungsapparats und damit für eine hohe Lebensqualität auch im Alter unverzichtbar sind, spielen keramische Bauteile und Komponenten eine zentrale Rolle. Stand der Technik sind kaltisostatisch gepreßte, grünzerspante und drucklosgesinterte Bauteile, welche zusätzlich in einer anschließenden Prozeßstufe heißisostatisch nachverdichtet werden. Damit werden neben sehr homogenen Gefügen auch geringe Defektgrößen und die erwünschten hohen Festigkeiten und Zuverlässigkeiten erreicht. Der Nachteil dieser Prozeßroute ist die fehlende net-shape Fähigkeit in der Formgebung und die erheblichen Kosten für die Fein- und Fertigbearbeitung im hartzähen dicht gesinterten Zustand. Um diesen Nachteil zu vermeiden und durch mögliche Kostensenkungen solche keramischen Prothesenelemente ggf. einem breiteren Publikum auch in Schwellenländern zugänglich zu machen, bietet sich die Formgebung durch keramisches Spritzgießen (ceramic injection moulding CIM) an. Dieser konzeptionelle Ansatz, statt Isostatpreßverfahren die CIM-Formgebung zu wählen, ist für Bauteilgeometrien und Materialanforderungen, wie sie bei Osteoendoprothesen üblich sind, bei weitem noch nicht umfassend gelöst. Deshalb wird in der vorliegenden Arbeit die Werkstoffentwicklung von zirkonoxidverstärktem Aluminiumoxid (zirconia toughended alumina, ZTA), platelet-verstärktem ZTA (ZPTA), die Herstellung von thermoplastischen Feedstocks für das keramische Spritzgießen (Ceramic injection moulding, CIM), die Auslegung und Konstruktion von CIM-Werkzeugen, die Simulation und Formfüllungsstudien in der CIM Formgebung und die Optimierung der Prozeßkette beim Spritzgießen von ZTA und ZPTA vom Compounding über die eigentliche Formgebung bis zum Drucklossintern vorgestellt. ····· 10361108026

Aufbau eines kombinierten belastungs- und zustandsorientierten Diagnose- und Prognosesystems für Kugelgewindetriebe

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Die Anforderungen an moderne Produktionsanlagen bezüglich ihrer Verfügbarkeit stiegen in den vergangenen Jahren stark an. Zielsetzung dieser Dissertation ist die Ausarbeitung eines Diagnose- und Prognosesystems zur Ausfallfrüherkennung von Kugelgewindetrieben (KGT). Durch diese Ausfallfrüherkennung wird eine Steigerung der technischen Verfügbarkeit erzielt. Dieses Diagnose- und Prognosesystem kombiniert hierzu eine aufwandsärmere, belastungsbasierte Methode mit einer genaueren, zustandsorientierten Methode. Zustandsorientierte Methoden schließen von gemessenen Merkmalen auf den aktuellen Zustand einer spezifischen Komponente. Belastungsbasierte Methoden hingegen schätzen die Restlebensdauer einer Komponente aus der Belastung, welche auf die Komponente wirkt. Zunächst wird die zustandsorientierte Methode ausgewählt, analysiert und konfiguriert. Die Schwingungsmessung wird hierbei als die zielführendste Methode identifiziert. Diese Methode wird dann konfiguriert, indem mögliche Einflussfaktoren auf das Ergebnis der Methode analysiert werden. Diese Einflussfaktoren sind beispielsweise die Parameter Temperatur, Belastung und Drehzahl des Kugelgewindetriebes während der Ausführung der Methode. Das Ergebnis dieser Analyse sind Empfehlungen, wie die Parameter der Einflussfaktoren konfiguriert werden sollten, um ein möglichst gutes Ergebnis bei der Durchführung der Methode zu erzielen. Im nächsten Schritt wird die belastungsbasierte Methode ausgewählt. Nach eingehenden Untersuchungen wird die Methode der Belastungsermittlung aus dem Motorstrom als geeignet bewertet. Basierend auf diesen Ergebnissen wird dann ein Diagnose- und Prognosesystem ausgearbeitet. Abschließend wird das vorgeschlagene System bezüglich seiner technischen und wirtschaftlichen Wirkung validiert. Von den untersuchten 14 KGT kann bei 13 KGT der Austausch des KGT rechtzeitig empfohlen werden. Da innerhalb des Systems ein Ausfallrisiko von 10 % vorgesehen ist, entspricht dies dem erwarteten Ergebnis. Im Mittel kann der KGT bei 93,0 % der realen Lebensdauer getauscht werden und die Methode benötigt im Mittel 4,7 Messungen dazu. Im Folgenden werden diese technischen Ergebnisse auch wirtschaftlich validiert. Dazu wird zunächst die Berechnung der Kosten eines geplanten Austauschs und eines ungeplanten Ausfalls eingeführt. Anschließend wird das Diagnose- und Prognosesystem auf der Basis von zwei beispielhaften Business Cases validiert. ····· 10361108023

Strukturdynamik - Aufgaben

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Erweiterung der Einsatzgrenzen von Sensoren für die Mikro- und Nanomesstechnik durch dynamische Sensornachführung unter Anwendung nanometeraufgelöster elektrischer Nahfeldwechselwirkung

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Messaufgaben heutiger dimensioneller Mikro- und Nanomesstechnik sind geprägt von zunehmend sinkenden Strukturgrößen und Bauteilabmessungen bei zugleich zunehmender Dreidimensionalität. Dies umfasst stark gekrümmte Oberflächen von Schneidkanten an Werkzeugen, Optiken und Mikrolinsen oder auch funktionale Oberflächen. Bestehende optische Sensorik oder taktile Profilometer werden den steigenden Anforderungen nicht gerecht aufgrund eines begrenzten erfassbaren Oberflächenwinkels, resultierend in steigender Messabweichung und nicht erfassten Punkten. Allein mikrotaktile 3-D- Tastsysteme erlauben die Erfassung von Winkeln bis 90°, bei jedoch begrenzter lateraler Auflösung. Der bestehende Ansatz zur Steigerung des erfassbaren Winkels, eine Datenfusion aus mehreren Messungen mit unterschiedlichen Sensorneigungen, ist zeitaufwändig und bringt zusätzliche Unsicherheitsbeiträge. Andere Verfahren wie eine Dekonvolution der Tastelementform sind in ihrer Effektivität begrenzt. Zur Steigerung des erfassbaren Winkelbereichs und der Vermeidung der Nachteile bestehender Ansätze wurde ein Verfahren entwickelt, das auf der Rotation eines Sensors um seinen Antastpunkt während der Messung basiert. Durch Nachführung des Antastwinkels, abhängig von der lokalen Oberflächenneigung, wird der Sensor stets im optimalen Arbeitswinkel betrieben und winkelbedingte Messabweichung wird vermieden. Das Verfahren erhöht den effektiv mit einem Sensor erfassbaren Oberflächenwinkel und erlaubt, 1-D Sensoren für 3-D Messungen zu nutzen. Die Sensornachführung wurde mittels einer Simulationsumgebung untersucht, die das Übertragungsverhalten eines taktilen Profilometers auf beliebigen Oberflächen abbildet. Zur Durchführung des Verfahrens wurden Strategien und Algorithmen entwickelt, um einem Oberflächenpunkt einen Rotationswinkel zuzuordnen. Die Simulationsergebnisse zeigen die erheblichen zu erwartenden Verbesserungen der Abbildungstreue durch die Sensornachführung. Die Übertragung in die Praxis erfolgte auf Basis eines Nanopositionier- und Nanomessgeräts. Kinematische Ketten zur Realisierung der Rotation wurden untersucht und als Optimum eine Stapelung zweier Drehachsen unter 45° Neigung identifiziert, die mittels Sensornachführung den erfassbaren Oberflächenwinkel auf ±90° in zwei Achsen erweitert. Zur Steigerung der Wiederholpräzision der Kinematik wurde ein in-situ Kalibrierkonzept auf Basis eines quasi-taktilen Sensors mit nanometeraufgelöster elektrischer Nahfeldwechselwirkung implementiert, um systematische Führungsabweichungen der Rotationskinematik zu kompensieren. Durch Verwendung des Kalibrierkonzepts konnte über den Rotationsbereich eine Ortsabweichung des Sensors PLTE nach ISO 10360:5 von ±69 nm in Richtung des Profilschnitts erzielt werden. Quer dazu wurden ±50 nm und in der Höhenachse ±43 nm realisiert, was die Basis für eine praktische Anwendung des Verfahrens sicherstellt. Auf Demonstratoroberflächen senkte die Sensornachführung gegenüber einer klassischen Messung mit statischer Sensorausrichtung signifikant die Messabweichung über die komplette Oberfläche. Bei einem Kugelartefakt konnte die auftretende Abweichung in der Summe um 99% gesenkt werden. Unter Berücksichtigung der Messabweichung durch die Positioniergenauigkeit der Rotationskinematik ist ein Einsatz des Prinzips schon ab einer einstelligen Oberflächenneigung gewinnbringend, auf dem Kugelartefakt schon ab 1,4°. ····· 10361108017

Analyse und Synthese elastokinematisch optimierter Verbundlenkerachsen - Entwicklung einer Verbundlenkerachse mit entkoppeltem Radträger

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Das Marktportfolio der Hinterachsen weist zwischen den Achskonzepten Schwertlenkerachse und Verbundlenkerachse sowohl im Bereich der fahrdynamischen Auslegungsmöglichkeiten als auch unter Kosten- und Gewichtsaspekten eine Lücke auf. Dieser vom Markt zur Zeit nicht gedeckte Bereich lässt sich durch eine gezielte elastokinematische Aufwertung von Verbundlenkerachsen schließen. Zur Aufwertung und Weiterentwicklung der Verbundlenkerachse ist eine elastokinematische Spurkorrektur unter Seitenkraft und unter Bremskraft sowie eine Verbesserung des Verhältnisses zwischen Seiten- und Längssteifigkeit notwendig. Die vorliegende Promotionsschrift beschreibt und analysiert zunächst die Eigenschaften bestehender Ansätze zur elastokinematischen Optimierung von Verbundlenkerachsen. Basierend auf den Erkenntnissen dieser Untersuchungen wird eine Verbundlenkerachse mit entkoppeltem Radträger entwickelt, welche sowohl unter wirtschaftlichen als auch unter performanten Gesichtspunkten zwischen einer regulären Verbundlenkerachse und einer Schwertlenkerachse platziert werden kann. Die Entwicklung erfolgt vom Konzeptentwurf bis zum auskonstruierten Bauteil auf Basis numerischer Simulation. Die entwickelte Konstruktion wird in einen Prototypen überführt, welcher in einen Ford Focus implementiert wird. In Fahr- und Komponentenversuchen wird das Verhalten des neuen Achskonzepts untersucht und mit konkurrierenden Achskonzepten verglichen. ····· 10361108014

Rechnergestütztes Normteilemanagement als Beitrag zu einem optimierten Produktionsplanungsprozess in der Automobilindustrie

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Die Automobilhersteller müssen sich den neuen gesellschaftlich und ökonomisch begründeten Trends stellen. Dies bedeutet eine weitere Diversifikation von weltweit an-gebotenen Modellen und Derivaten. Die Folge für die Automobilhersteller ist eine Zunahme von Produktvarianten und Komplexität der angebotenen Produkte. Dies hat wiederum Auswirkungen auf die Produktion, die trotz der zunehmenden Variantenvielfalt die Kostensteigerungen kompensieren muss. Dies wird in der Automobilindustrie durch Standardisierungsmaßnahmen erreicht. Das Potential dieser Maßnahmen wird derzeit allerdings nicht vollständig ausgeschöpft, da die Produktionsaspekte noch zu wenig bei der Umsetzung der Standards beachtet werden und lediglich als Skaleneffekt die Produktion positiv beeinflussen. Die Arbeit verfolgt das Ziel, anhand der Verwendung von Normteilen dieses Potential zu belegen und einen Weg aufzuzeigen, wie ein verbessertes Normteilemanagement zur Beachtung von sowohl Produktentwicklungs- als auch insbesondere Produktionsanforderungen gleichermaßen zu erreichen ist. Da sich Produkt und Produktion bedingen, bedeutet ein verbessertes Normteilemanagement auch eine frühzeitige Berücksichtigung von Richtlinien und Normen zur Verbesserung der produktionsgerechten Produktentwicklung. Dieses Ziel ist erreichbar, wenn die Bereiche Produktentwicklung und Produktionsplanung besser miteinander vernetzt werden, als es derzeit der Fall ist und die Produktentwicklung befähigt wird, Anforderungen an Normteile effektiv zu erfüllen. Es wird ein Konzept sowie die prototypische Umsetzung für eine rechnergestützte Normteileassistenz vorgestellt, welche frühzeitig den Produktentwickler befähigt, Produktentwicklungs- und Produktionsanforderungen für Normteile dadurch zu beachten, dass die Funktionen produktentwicklergerecht im Arbeitsablauf integriert sind und die Tätigkeiten vereinfachen. Dabei werden mithilfe der Assistenz bereits im Unternehmen vorliegende Normen und Richtlinien zur Verwendung von Normteilen integriert. Die Assistenz stellt eine neuartige rechnergestützte Maßnahme dar, da durch die Anwendung Arbeitsinhalte vereinfacht und beschleunigt, Arbeitsabläufe unterstützt und eine frühzeitige, bereichsübergreifende Abstimmung möglich wird, ohne dass eine separate Zusatzanwendung etabliert werden muss. Die Informationen werden in der Sprache des Anwenders so übergeben, dass Konsequenzen deutlich werden. ····· 10361108005

Micro hot coining of high strength metals using electric conductive heating

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Es gibt im industriellen Sektor Bedarf an einem großen Spektrum von funktionellen Oberflächenstrukturen in hochfesten Metallen. Kaltprägen von härteren Werkstoffen führt allerdings zu rascher Werkzeugabnutzung und resultiert in schlechter Umformung. Das Ziel dieser Arbeit ist es die Umsetzbarkeit des Mikrowarmprägens von hochfesten Metallen durch Zuhilfenahme einer integrierten konduktiven Erwärmung zu untersuchen. Zuerst wurden die Einflussgrößen der elektrischen konduktiven Erwärmung untersucht, daraufhin wurde ein Mikrowarmprägewerkzeug mit integrierter konduktiver Erwärmung hergestellt. Die Erwärmung und der Prägevorgang wurden gekoppelt und liefen automatisch nacheinander ab. Daraufhin wurden komplexe Oberflächenstrukturen zur Anwendung im Bereich der Mikrofluidik in nichtrostenden Stahl 1.4401 und Titan geprägt. Betreffend die elektrisch konduktive Erwärmung wurden die Proben innerhalb von fünf Sekunden auf Zieltemperatur gebracht. Es wurde herausgefunden, dass Vakuum, Argon und Luft Umgebungsatmosphäre nur geringen Einfluss auf Heiztemperatur und Emissivität haben. Das 3D FE-Modell hat gezeigt, dass die elektrisch konduktive Erwärmung einen ausreichend großen Prägebereich aufheizen kann und dabei eine homogene Temperaturverteilung liefert. Verfügbare empirisch herausgestellte Beziehungen zwischen Formfüllung und normierten Spannung beim Mikrokaltprägen können auf das Mikrowarmprägen übertragen werden, wenn die normierte Spannung auf die mittlere Fließspannung und nicht auf die anfängliche Fließspannung basiert. Im FE- Modell wurden die Reibungs- und den Wärmeübergangskoeffzienten durch Vergleiche der Experimente mit den Simulationen kalibriert. Während der Herstellung der Mikroreaktor- und Kühlstrukturen wurde bei Titan ein Größeneffekt zweiter Ordnung entdeckt, der abhängig von den Korngrößen ist. Das PEP/StrucSim Modell wurde aktualisiert, um die Entwicklung der Mikrostruktur zu simulieren. Das aktualisiert Modell zeigt, dass während des Mikrowarmprägens von nichtrostendem Stahl 1.4401 um 1000°C dynamische Rekristallisation in den stark verformten Kanalstrukturen eintritt und sich Feinkorn bildet. Metallographie und Mikrohärteprüfungen zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Simulationsergebnissen. ····· 10361108003

Zuverlässigkeitsbasierte Zustandserkennung und Regelungskonzept für mechatronische Systeme

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Mechatronische Systeme werden seit einigen Jahren in vielen Bereichen des täglichen Lebens eingesetzt. Allerdings befindet sich die Disziplin `Mechatronik` historisch gesehen noch in ihrer Anfangsphase. Zukünftige mechatronische Systeme werden wegen der rasanten Entwicklung der Informationstechnik zunehmende `Intelligenz` besitzen. Entwicklungsziel zukünftiger mechatronischer Systeme ist nicht nur Funktionssteigerung. Auch die Sicherheit und Zuverlässigkeit gewinnen zunehmende Bedeutung. Mit anderen Worten: Moderne intelligente mechatronische Systeme sollten die Fähigkeit zur Selbstdiagnose ihres Gesundheitszustands - sogar zur Selbstheilung - aufweisen, mit dem Ziel, das System solle bei bekannter Zuverlässigkeitsanforderung schließlich einen reglergestützten autonomen Betrieb erreichen. Die vorliegende Arbeit führt anhand des Beispiels einer permanenterregten Synchronmaschine den Gedanken zur Bewertung des Gesundheitszustands eines relativ einfachen mechatronischen Systems und deren zuverlässigkeitsbasierte Regelung detailliert aus. Für das ganzheitliche Konzept zur Diagnose und Regelung wird ein Drei-Schicht-Design genutzt. Das Diagnosesystem umfasst Monitoring, Identifikation und Prognose. Zur Prognose des Systemzustands werden Schädigungsmodelle der Komponenten verwendet. Die Schädigungsmodelle basieren auf physikalischen Schädigungsmechanismen und auf statistischen Daten der Komponenten. Aus den verschiedenen Belastungen (thermisch, mechanisch, chemisch, elektrisch usw.) lässt sich die Schadensakkumulation ermitteln und daraus ein Gesundheitszustand des Systems bestimmen. Parallel dazu werden Fehlermonitoring und -identifikation als grundlegende Sicherheitsfunktionen weiterhin beibehalten. Insbesondere auf stochastische Ereignisse kann beispielsweise eine Grenzwertüberwachung viel schneller als eine Fehlerprognose reagieren. Die Zusammenstellung von Fehlermonitoring, -identifikation und -prognose liefert eine vollständige Gesundheitsbeschreibung des Systems. Mit dieser Information lässt sich die Systemregelung optimieren, d. h. sowohl der Regler selbst als auch der gewünschte Betriebspunkt können angepasst werden. Um einen einstellbaren fehlertoleranten Regler einsetzen zu können, wird der Regler modellbasiert, evtl. mit Adaption aufgebaut. Ein robuster passiver Regler dient als Basisregelung im gesamten Regelkreis. Der zuverlässigkeitsbasierte Regler ist die übergeordnete Regelung. Dieser arbeitet anhand des Gesundheitszustands des Systems und nutzt das Prinzip von Fuzzy Control. Die maximale Belastung des Systems wird optimal eingestellt, um die systemische `Health Rate` möglichst im normalen Bereich einzuregeln. Das System wird vor sich selbst intelligent geschützt. Auf diese Weise lassen sich die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit des Systems beibehalten oder sogar erhöhen. ····· 10361107996

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

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