E und M : Elektrotechnik und Maschinenbau.

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Resultate für den maschinenbau /

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Der Maschinenbau /

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Handbuch der materialienkunde für den maschinenbau

t. 1. Materialprüfungswesen, probirmaschinen und messinstrumente.--t. 2. Die technisch wichtigen eigenschaften der metalle und legierungen

Resultate für den Maschinenbau /

Interleaved.

Anforderungsgerechte Datenermittlung für Fertigungssysteme

Die in den Betrieben häufig mit hohem gerätetechnischen und organisatorischem Aufwand installierten EDV-gestützten Informationssysteme zur Planung und Steuerung des Fertigungsprozesses genügen im allgemeinen nicht den an sie gestellten Anforderungen. Die Gründe dafür liegen in der Hauptsache in einem falschen Modellansatz und der mangelnden Datenqualität der eingesetzten Daten, verbunden mit einer unzureichenden Rückkopplung zwischen Vorgabe und Rückmeldung. Hinzu kommen das Fehlen geeigneter Aussagen (Kenngrößen) zur gezielten Beeinflussung des Prozesses und Akzeptanzprobleme der Mitarbeiter beim Umgang mit der EDV. Die genannten Schwachstellen geben die Richtung der Zielsetzung dieser Arbeit vor. Dieses Ziel bestand zunächst darin, eine Methode zu entwickeln, mit der die Anforderungen an die in einem Industriebetrieb zur Planung, Steuerung und Überwachung verwendeten Daten zu formulieren sind, um dann eine anforderungsgerechte Abstimmung dieser Daten im betrieblichen Datenfluß im Sinne eines kybernetischen Regelkreises vorzunehmen und Aussagen über die betrieblichen Zielgrößen zu erhalten. Aus der Vielzahl betrieblicher Vorgänge und Funktionsbereiche wurde der Fertigungsprozeß bei der Werkstättenfertigung im Produktionsbetrieb deshalb ausgewählt, weil hier in der Praxis wegen der Komplexität der Abläufe die höchsten Anforderungen an die Daten gestellt werden und deshalb auch die meisten Probleme bei der Erfüllung dieser Anforderungen auftreten. Außerdem ist die Fertigung nach dem Werkstättenprinzip am häufigsten in der Praxis anzutreffen. Als erstes war es nötig, die zeitlichen, quantitativen und qualitativen Anforderungen an die Daten aus einer Vielzahl durchgeführter Schwachstellenanalysen herauszuarbeiten und zu definieren. Die nächste Aufgabe bestand darin, die Einflußgrößen auf die Datenanforderungen, hier unterteilt in innere (datumsbezogene) und äußere (prozeßbezogene) zu bestimmen und in ihren Auswirkungen zu untersuchen. Die Betrachtung der Einflußgrößen ergab, daß die Aufgabe und die Verwendung des Datums im Prozeß für die Ermittlung der Anforderungen exakt bestimmt werden müssen. Aus diesem Grund war der Prozeß primär- und sekundärseitig in Abhängigkeit der Aufgabenstellung ausführlich zu beschreiben. Die Einflüsse der Aufbauorganisation waren ebenso wie die der Ablauforganisation zu berücksichtigen, darunter fielen auch die Auswirkungen der Automatisierungsansätze, z.B. durch den Einsatz flexibler Fertigungssysteme im Primärprozeß. Der Ansatz, von dem hier ausgegangen wurde, baut sich deshalb im ersten Schritt der vorgeschlagenen Vorgehensweise auf dem Modell eines Produktionssystems auf, das aus den Erkenntnissen von in mehreren Firmen durchgeführten Prozeßanalysen entwickelt wurde. In diesem Modell ist der Datenfluß und organisatorische Ablauf im Fertigungsprozeß in Matrixform festgehalten. Für jedes einzelne Prozeßdatum sind in der Matrix, bezogen auf die Aufgabenstellung, detailliert die Verwendungs- und Verflechtungsbeziehungen aufgezeichnet. Im zweiten Schritt erfolgt auf der Grundlage dieses Modells eine bedarfsgerechte Prozeßdatenauswahl. Die zeitliche Struktur des Datenflusses im Prozeß wird in Schritt drei mit Hilfe eines Ereignis-Zeitgraphens dargestellt. Die eigentliche zeitliche, quantitative und qualitative Anforderungsermittlung findet im vierten und gleichzeitig letzten Schritt anhand einer dafür entworfenen Datenanforderungsliste statt. Die Ergebnisse dieser anforderungsgerechten Datenanalyse nach der hier entwikkelten Systematik können in vielerlei Hinsicht Verwendung finden. Im Hinblick auf die eingangs genannten Problemstellungen sind beispielsweise folgende Einsatzmöglichkeiten denkbar und an Beispielen im einzelnen erläutert. - Verbesserung der Datenqualität - Rückkopplung im Sinne des kybernetischen Regelkreismodells - Bilden von Prozeßkenngrößen - Transparenz der EDV-Prozeßabläufe

Analyse und Beschreibung des Innengewindefertigungsverfahrens Gewindefurchen auf Basis eines Modellversuchs

Das Gewindefurchen ist ein spanloses Fertigungsverfahren zur Herstellung von Innengewinden. Es bietet wesentliche Vorteile gegenüber der spanenden Innengewindeherstellung, wie z.B. keine Notwendigkeit zur Spanentsorgung, höhere Festigkeit der Gewindeflanken und eine erhöhte Prozessgeschwindigkeit. Um die Vorteile des Verfahrens unter wirtschaftlichen und technologischen Aspekten besser auszunutzen, bietet die Weiterentwicklung der Werkzeuggeometrie sowohl im makroskopischen als auch im mikroskopischen Bereich ein enormes Potential, welches nicht nur bezüglich der Standzeit bzw. Standmenge und Prozessgeschwindigkeit, sondern auch hinsichtlich der Qualität der erzeugten Gewinde erschlossen werden sollte. Durch die empirische Untersuchung der technischen und physikalischen Eigenschaften am Gewindefurcher sollen der Anformbereich und die Formkeilgeometrie in Abhängigkeit verschiedener Prozessparameter und Werkstoffe verbessert werden, um optimale Bearbeitungsergebnisse hinsichtlich der hergestellten Gewindefurchen und des auftretenden Verschleißes am Gewindefurcher bzw. Formkeils zu erreichen. Die Basis dieser Untersuchungen bildet ein neuartiger Modellversuch, bei dem modifizierte Gewindefurcher verwendet werden, die derart umgestaltet sind, dass von einem üblichen Gewindefurcher durch Umschleifen nur noch ein einzelner Gewindegang am Werkzeug verbleibt. Dadurch ist es möglich, in einer vergrößerten Vorbohrung mit einem Formkeil die einzelnen Umformstufen beim Gewindefurchen separat zu fertigen, die auftretenden Prozesskräfte während des Eingriffs in das Werkstück zu messen und das Bearbeitungsergebnis im Werkstück und den Verschleiß am Formkeil zu bewerten. Weiterhin wird eine rein theoretische Methode beschrieben, mit der die Berechnung der Umformkraft und darauf basierend der Furchmomente am Formkeil bzw. dem ganzen Gewindefurcher möglich ist. Durch die Kenntnis der berechneten Kräfte und Momente am einzelnen Formkeil bzw. dem Gewindefurcher kann bereits in der Konzeptionsphase eines Gewindefurchers eine Anpassung des Werkszeuges an die jeweiligen Bearbeitungsanforderungen durchgeführt werden, wodurch der Entwurf von Gewindefurchern wesentlich wirtschaftlicher realisierbar ist, als durch rein empirische Herangehensweisen.

Randzonenveränderung beim Bohren und ihre Auswirkung auf Folgebearbeitungsverfahren

In der Praxis kommt es bei der spanenden Bearbeitung immer wieder zu großen Standwegunterschieden identischer Werkzeuge bei vordergründig identischen Bearbeitungsrandbedingungen. Insbesondere bei Fertigungsschritten, die das Bohren als Vorbearbeitung erfordern, kommt es gelegentlich zu atypischen Verschleißerscheinungen, die auf das Entstehen einer Neuhärtezone an der Werkstückoberfläche beim Bohren zurückgeführt werden. Grundsätzlich sind Randzonenveränderungen eine Folge der mechanischen und thermischen Beanspruchung bei der Bearbeitung. Beim Eindringen des Schneidkeils kommt es zu Kornverzerrungen, welche die Werkstückhärte bis in eine Tiefe von 40 bis 80 µm erhöhen können. Überdies wird die Randzone des Werkstücks durch den Bearbeitungsvorgang und den Spantransport erhitzt und durch den Kühlschmierstoff bzw. die so genannte Selbstabschreckung im Anschluss sehr schnell abgekühlt. So kann es in Abhängigkeit der Randbedingungen zu Gefügeänderungen mit härtesteigernder (Sekundärabschreckung) oder härtemindernder (Anlasseffekte) Wirkung kommen. Nicht zuletzt beeinflussen beide Beanspruchungsarten auch das Ausmaß der Eigenspannungen in der Werkstückoberfläche. In dieser Arbeit werden die beim Kernlochbohren erzeugten Randzonenveränderungen sowie die Standzeit von Folgebearbeitungswerkzeugen, wie Gewindebohrern und Gewindeformern, und deren Abhängigkeit vom Verschleißzustand des Kernlochbohrers untersucht. Weiterhin werden mit Hilfe einer Energiebilanz die Anteile herausgefiltert, die primär die Eigenschaften der Bohrungsrandzone beeinflussen. Dies geschieht mit Hilfe einer mathematischen Modellierung des Bohrprozesses, in der die Einflüsse der Schneidkantengeometrie, der Schneidkantenverrundung, der Schneidkantenfase sowie des Freiflächenverschleißes berücksichtigt werden.

Methodische Ansätze für die agentenorientierte Softwareentwicklung im Maschinen-und Anlagenbau

Der Anteil dezentraler eingebetteter Systeme steigt in zahlreichen Andwendungsfeldern, wie der Kfz-Elektronik oder der Anlagenautomatisierung [ScZu03]. Zudem steigen die Anforderungen and die Flexibilität und den Funktionsumfang moderner automatisierungs-technischer Systeme. Der Einsatz agentenorientierter Methoden ist diesbezüglich ein geeigneter Ansatz diesen Anforderungen gerecht zu werden [WGU03]. Mit Agenten können flexible, anpassungsfähige Softwaresysteme entwickelt werden, welche die Verteilung von Informationen, Aufgaben, Ressourcen oder Entscheidungsprozessen der realen Problemstellung im Softwaresystem widerspiegeln. Es ist somit möglich, die gewünschte Flexibilität des Systems, bezüglich der Struktur oder des Verhaltens gezielt zu entwerfen. Nachteilig ist jedoch der Indeterminismus des Verhaltens des Gesamtsystems, der sich aufgrund von schwer vorhersagbaren Interaktionen ergibt [Jen00]. Dem gegenüber stehen statische Softwaresysteme, welche zwar einen hohen Determinismus aufweisen aber wenig flexibel in Bezug auf Änderungen der Struktur des Systems oder des Ablaufs des realen Prozesses sind. Mit der steigenden Komplexität der Systeme ist allerdings selbst mit einem statischen Entwurf die Vorhersagbarkeit immer weniger zu gewährleisten. Die Zahl der möglichen Zustände einer Anlage wird mit der Berücksichtigung von allen möglichen Fehlern, Ausfällen und externen Einflüssen (dynamische Umgebung) so groß, daß diese mit vertretbarem Aufwand kaum noch erfassbar sind und somit auch nicht behandelt werden können. Das von der DFG geförderten Projekt AVE [AVE05], welches in Kooperation mit dem Institut für Automatisierungs- und Softwaretechnik der Universität Stuttgart bearbeitet wird, beschäftigt sich in diesem Kontext mit dem Konflikt, die Vorteile der Flexibilität und Anpassungsfähigkeit von agentenorientierter Software mit den spezifischen Anforderungen der Domäne der Echtzeitsysteme, wie Zeit- und Verlässlichkeitsanforderungen, zu verknüpfen. In einer detaillierten Analyse dieser Anforderungen wurde untersucht, wie die Eigenschaften der Anpassungsfähigkeit und Flexibilität prinzipiell die Anforderungen an Echtzeit- und Verlässlichkeitseigenschaften beeinflussen und wie umgekehrt Anforderungen an Echtzeit- und Verlässlichkeitseigenschaften die Anpassungsfähigkeit und Flexibilität beschränken können. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen werden Methoden und Konzepte für den Entwurf und die Implementierung von Agentensystemen auf gängiger Automatisierungshardware, insbesondere Speicher Programmierbare Steuerungen (SPS), entwickelt. In diesem Rahmen wird ein Konzept für die Modellierung von Sicherheit in Agentensystemen vorgestellt, welches insbesondere den modularen Charakter von Agenten berücksichtigt. Kernaspekt ist es, dem Entwickler einen Rahmen vorzugeben, der ihn dabei unterstützt ein möglichst lückenloses Sicherheitskonzept zu erstellen und ihm dabei genug Freiheiten lässt den Aufwand für die Strategien zur Fehlererkennung, Fehlerdiagnose und Fehlerbehandlung je nach Anforderung für jedes Modul individuell festzulegen. Desweiteren ist besonderer Wert darauf gelegt worden, dass die verwendeten Darstellungen und Diagramme aus der Domäne stammen und eine gute Vorlage für die spätere Implementierung auf automatisierungstechnischer Hardware bieten.

Modellbasierte Diagnose am Beispiel der Zylinderdrucksensorik von Ottomotoren

Die Diagnose von Fehlern des Zylinderdrucksensors wird anhand eines Ottomotors mit Saugrohreinspritzung (MPI) vorgestellt. Die physikalischen Zusammenhänge und die Einflussgrößen auf das Drehmoment des Motors werden erläutert. Hierzu werden verschiedene Modellansätze vorgestellt sowie eine Variation der Modelleingangsgrößen durchgeführt. Anhand des Verfahrens der analytischen Redundanz werden Residuen abgeleitet und die Empfindlichkeit gegenüber bestimmten Fehlertypen aufgezeigt. Dadurch ist eine Trennung von Fehlern des Zylinderdrucksensors gegenüber motorischen Toleranzen oder nicht zylinderdrucksensorbasierten Fehlern möglich. Handelt es sich bei dem verwendeten Motorkonzept um einen Ottomotor mit quantitätsbasierter Laststeuerung, d.h. mit gleichbleibender Gemischzusammensetzung (i.d.R. Luft-/Kraftstoffverhältnis =1), so kann bei erkanntem Fehler des Zylinderdrucksensors eine weitere Aufteilung nach verschiedenen Fehlertypen erfolgen (z.B. Hysterese, Verstärkungsfehler). Auf diese Weise können Sensortoleranzen wie der Verstärkungsfehler des Zylinderdrucksensors durch eine Adaption korrigiert werden. Die Diagnosefunktion und die Verstärkungsadaption wurde erfolgreich an einem 2,0l-Ottomotor (MPI) ohne externe Abgasrückführung (AGR) und ohne kontinuierliche Nockenwellenverstellung (KNWE) durchgeführt, wobei die erwähnten Einschränkungen in Bezug auf die Betriebsbereiche zu berücksichtigen sind. Anhand der Modellstreuungen und Modellungenauigkeiten sind die Grenzen der Diagnose und der Adaption aufgezeigt worden. Die auf einem Prototypensteuergerät implementierten Algorithmen sind echtzeitfähig, wenngleich für die Zylinderdruck- und Drehzahlauswertung eine hohe Rechenleistung erforderlich ist.

Energieberatungsbericht zum Gebäude C12, Hochschule Darmstadt

Im Rahmen des vom Hessischen Ministerium der Finanzen geförderten Forschungsprojektes „Bausteine für die CO2-Neutralität im Liegenschaftsbestand hessischer Hochschulen“ wird die neu entwickelte Teilenergiekennwertmethode, kurz TEK - an dem Gebäude C12 der Hochschule Darmstadt in der Schöfferstraße 3, 64295 Darmstadt, angewandt. Das Gebäude von 1989 wird von den Fachbereichen Maschinenbau und Kunststofftechnik genutzt. Der Grundriss des Objektes beschreibt eine symmetrische U-Form. Es ist nicht unterkellert und mit einem Flachdach versehen. Bisher haben keine Sanierungsmaßnahmen stattgefunden. Die aus den Analysen gewonnenen Gebäude- und Anlagendaten dienen als Datengrundlage für eine Querschnittsanalyse zum Nichtwohngebäudebestand. Der folgende Kurzbericht umfasst: • Eine kurze Beschreibung des Projektes und des Gebäudes, • die Bewertung des Ist-Zustands des Gebäudes, • die Angabe von Modernisierungsmaßnahmen unter Nennung der Energieeinsparung, der Grobkosten und der sich hieraus ergebenden Wirtschaftlichkeit, • einen Anhang mit ausführlichen Informationen zur Gebäudeanalyse. Der Primärenergiebedarf des Objektes wurde mit 476 kWh/(m²a) unter Berücksichtigung der vorhandenen Nutzung als „hoch“ eingestuft. Die in den Laboren eingesetzte RLT-Anlage weist einen wesentlichen Anteil am Gesamtenergieverbrauch des Gebäudes auf. Hier werden Sanierungs- bzw. Modernisierungsmaßnahmen mit Anpassung der Betriebsweise empfohlenen. Ebenfalls sollte in Erwägung gezogen werden, beim Austausch vorhandener Fenster diese durch 3-fach Wärmeschutzglas zu ersetzten. Zusätzlich kann eine Senkung des Stromverbrauchs durch den Einsatz moderner Beleuchtungstechnik mit Präsenzmeldern geschaffen werden.

Energieberatungsbericht zum Universitätsgebäude Technik I/2, Kassel

Im Rahmen des vom Hessischen Ministerium der Finanzen geförderten Forschungsprojektes „Bausteine für die CO2-Neutralität im Liegenschaftsbestand hessischer Hochschulen“ wird die neu entwickelte Teilenergiekennwertmethode, kurz TEK - an dem Universitätsgebäude Technik III/2 in der Kurt-Wolters-Straße 3, 34127 Kassel, angewandt. Das Gebäude von 1983 wird als Institutsgebäude der Fachbereiche Maschinenbau und Bauingenieurwesen sowie als Sitz der amtlichen Materialprüfstelle genutzt und besitzt zusätzlich einen Hörsaal und mehrere Seminarräume. Charakteristisch für dieses Gebäude ist die 76 Meter lange und 10 Meter hohe Versuchshalle, die sich im Kern des Gebäudes befindet. Die aus den Analysen gewonnenen Gebäude- und Anlagendaten dienen als Datengrundlage für eine Querschnittsanalyse zum Nichtwohngebäudebestand. Der folgende Kurzbericht umfasst: • Eine kurze Beschreibung des Projektes und des Gebäudes, • die Bewertung des Ist-Zustands des Gebäudes, • die Angabe von Modernisierungsmaßnahmen unter Nennung der Energieeinsparung, der Grobkosten und der sich hieraus ergebenden Wirtschaftlichkeit, • einen Anhang mit ausführlichen Informationen zur Gebäudeanalyse. Der Primärenergiebedarf des Objektes wurde mit 227 kWh/(m²a) unter Berücksichtigung der vorhandenen Nutzung als „gering“ eingestuft. Es wird empfohlen bei zukünftigen Instandsetztungsmaßnahmen die RLT-Anlage komplett zu ersetzten. Bei der Sanierung der Dachkonstruktion sollte ein U-Wert von 0,15 W/(m²K) eingehalten werden. Zusätzlich kann eine Senkung des Stromverbrauchs durch den Einsatz moderner Beleuchtungstechnik mit Präsenzmeldern geschaffen werden.