07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik

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0D/1D investigations on SI-engines for optimal engine and system efficiency
(2023) Negüs, Cihat Feyyaz; Bargende, Michael (Prof. Dr.-Ing.)
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A 10 V transfer standard based on low-noise solid-state Zener voltage reference ADR1000
(2024) Bülau, André; Walter, Daniela; Zimmermann, André
Voltage standards are widely used to transfer volts from Josephson voltage standards (JVSs) at national metrology institutes (NMIs) into calibration labs to maintain the volts and to transfer them to test equipment at production lines. Therefore, commercial voltage standards based on Zener diodes are used. Analog Devices Inc. (San Jose, CA, USA), namely, Eric Modica, introduced the ADR1000KHZ, a successor to the legendary LTZ1000, at the Metrology Meeting 2021. The first production samples were already available prior to this event. In this article, this new temperature-stabilized Zener diode is compared to several others as per datasheet specifications. Motivated by the superior parameters, a 10 V transfer standard prototype for laboratory use with commercial off-the-shelf components such as resistor networks and chopper amplifiers was built. How much effort it takes to reach the given parameters was investigated. This paper describes how the reference was set up to operate it at its zero-temperature coefficient (z.t.c.) temperature and to lower the requirements for the oven stability. Furthermore, it is shown how the overall temperature coefficient (t.c.) of the circuit was reduced. For the buffered Zener voltage, a t.c. of almost zero, and with amplification to 10 V, a t.c. of <0.01 µV/V/K was achieved in a temperature span of 15 to 31 °C. For the buffered Zener voltage, a noise of ~584 nVp-p and for the 10 V output, ~805 nVp-p were obtained. Finally, 850 days of drift data were taken by comparing the transfer standard prototype to two Fluke 7000 voltage standards according to the method described in NBS Technical Note 430. The drift specification was, however, not met.
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25jähriges Amtsjubiläum : Feierlichkeiten in Berlin
(1990) Heisel, Uwe
Am 1. Oktober 1990 wurde im Produktlonstechnischen Zentrum (PTZ) Berlin das 125jährige Amtsjubiläum von Professor Dr.-lng. Dres. h. c. Günter Spur in einer Feierstunde begangen, die mit Ansprachen des Präsidenten der Technischen Universität Berlin, Professor Dr.-lng. M. Frlcke und des Prodekans des Fachbereichs Konstruktion und Fertigungstechnik, Professor Dr.-Ing. H. Pucher, im Kreise von Freunden und Schülern des Jubilars eröffnet wurde. Die Laudatio auf den international bekannten und hochgeschätzten Forscher und Hochschullehrer sprach Professor Dr.-Ing. J. Milberg aus München, der als ehemaliger Mitarbeiter G. Spurs und heutiger Kollege das Wlrken und die Verdienste seines Freundes würdigte.
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3-D-Koordinatenmessung durch optische Triangulation
(1986) Seitz, Günther; Tiziani, Hans J.; Litschel, Reinhold
Das hier vorgestellte Drei-Koordinaten-Meßgerät arbeitet nach dem Prinzip der optischen Triangulation. Einzelne Punkte einer Oberfläche können gezielt angetastet und vermessen werden. Hierbei wurden Meßunsicherheiten von ± 0,1mm bei einer maximalen Meßgeschwindigkeil von 25 Punkten/Sekunde erreicht. Bei einem Meßabstand von 420mm beläuft sich das Antastfeld auf 150 x 150mm. Der optische Aufbau ermöglicht einen Abstandsmeßbereich von ca. 350 mm. Das Gerät eignet sich zur räumlichen Vermessung nichtspiegelnder Werkstückoberflächen. Da das Meßkonzept eine freie Vorgabe der Antastpunkte gestattet, sind Toleranz- und Vollständigkeitsprüfungsaufgaben in der Serienfertigung bevorzugte Anwendungen.
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3-D-Koordinatenmessung durch optische Triangulation
(1988) Seitz, Günther; Tiziani, Hans J.; Litschel, Reinhold
Das hier vorgestellte Drei-Koordinaten-Meßgerät arbeitet nach dem Prinzip der optischen Triangulation. Einzelne Punkte einer Oberfläche können gezielt angetastet und vermessen werden. Hierbei wurden Meßunsicherheiten von ± 0,1 mm bei einer maximalen Meßgeschwindigkeit von 25 Punkten/Sekunde erreicht. Bei einem Meßabstand von 420 mm beläuft sich das Antastfeld auf 150 x 150 mm. Der optische Aufbau ermöglicht einen Abstandsmeßbereich von ca. 350 mm. Das Gerät eignet sich zur räumlichen Vermessung nichtspiegelnder Werkstückoberflächen. Da das Meßkonzept eine freie Vorgabe der Antastpunkte gestattet, sind Toleranz- und Vollständigkeitsprüfungsaufgaben in der Serienfertigung bevorzugte Anwendungen.
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3-D-Umgebungserfassung für teil-autonome mobile Roboter
(2014) Arbeiter, Georg; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult.)
Die Servicerobotik hat in den letzten Jahren sowohl durch kostengünstige Sensorik und Aktorik als auch durch verbesserte Algorithmen einen großen Schritt nach vorne gemacht. Dabei hat sich gerade die Wahrnehmung als eine Schlüsseltechnologie für eine erfolgreiche Weiterentwicklung herauskristallisiert. Leistungsfähige 3-D-Kameras und effiziente Verfahren zur Sensordatenverarbeitung ermöglichen es Robotern, ihre Umwelt wahrzunehmen, zu interpretieren und darauf basierend Handlungen abzuleiten. Trotz dieser Fortschritte ist ein voll-autonomer Betrieb von mobilen Robotern in für Menschen gemachten Umgebungen mittelfristig nicht möglich. Ein Hauptgrund dafür ist die Vielzahl nicht vorhersehbarer Ausnahmefälle, mit denen ein Roboter in einem nur teilweise bekannten und dynamischen Umfeld konfrontiert wird. Diese Arbeit behandelt die Erfassung der Umwelt mit 3-D-Kameras im teil-autonomen Betrieb. Ziel ist es, ein Umgebungsmodell zu erzeugen, das sowohl für die autonomen Funktionen des Roboters wie Navigation oder Manipulation verwendet werden kann als auch eine Hilfe für einen menschlichen Teleoperator bietet. Dadurch stellen sich besondere Anforderungen an die verwendete Repräsentation. Diese muss sowohl vom Roboter als auch vom Bediener verstanden werden. Weiterhin ist die Umwandlung der Sensordaten in die Repräsentation durch ein geeignetes Verfahren ein Kernpunkt dieser Arbeit. Dieses Verfahren muss nicht nur ein Modell der Umwelt mit ausreichender Genauigkeit erzeugen, sondern auch eine entsprechende Verarbeitungsgeschwindigkeit für den Einsatz auf einem Roboter ermöglichen. Nach der Aufstellung von Anforderungen wird ein Verfahren zur \umerf konzipiert und umgesetzt. Dieses erzeugt ein hybrides Umgebungsmodell, bestehend aus einer Punkte- und einer Geometriekarte. Die Punktrepräsentation kann vom Roboter für die Hindernisvermeidung während Navigation und Manipulation verwendet werden, besitzt jedoch ein großes Datenvolumen und lässt sich schwer visualisieren. Deswegen werden aus den Sensordaten geometrische Primitive abgeleitet und in einer Geometriekarte gespeichert. Dies führt zu einer hohen Datenkompression ohne den Verlust wichtiger Information. Diese Repräsentation lässt sich gut zu einem menschlichen Bediener übertragen und dort anzeigen. Die Ableitung geometrischer Basisformen wie Ebenen oder Zylinder nimmt einen Großteil dieser Arbeit ein. Zunächst werden Filter für die von den 3-D-Kameras ausgegebenen Punktwolken betrachtet. Diese können Rauschen eliminieren oder die Dichte der Punktwolke beeinflussen. Im nächsten Schritt werden die Sensordaten in einem gemeinsamen Koordinatensystem registriert. Dies ist notwendig, da sowohl die Sensordaten als auch die Roboterposition mit Fehlern behaftet sind. Die registrierten Punktwolken werden im nächsten Schritt segmentiert. Hierbei kommt ein Verfahren zum Flächenwachstum auf Basis von Normalenvektoren zum Einsatz. Die entstehenden Segmente können anhand geometrischer Eigenschaften in Basisgeometrien klassifiziert werden. Diese werden abschließend in einer Geometriekarte vereint. Für alle Teilschritte erfolgt eine Evaluierung gegenüber Verfahren aus dem Stand der Technik hinsichtlich Genauigkeit und Rechengeschwindigkeit. Abschließend erfolgt die Validierung der Funktionsweise anhand typischer Innenraumszenen und die Veranschaulichung durch ein Anwendungsbeispiel.
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3D CFD Simulation von Turboladern innerhalb einer Motorumgebung
(2014) Boose, Benjamin; Bargende, Michael (Prof. Dr.)
Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wird das Verhalten mehrflutiger Abgasturbolader innerhalb einer Motorumgebung mit pulsierenden Randbedingungen in verschiedenen Motorbetriebspunkten mittels eines CFD Ansatzes untersucht. Dazu wird ein vollständiges dreidimensionales Strömungsmodell eines asymmetrischen Zwillingsstromturboladers aufgebaut, beginnend bei den Abgaskrümmern über die Turbinen- und Verdichtergehäuse inklusive der kompletten Laufräder bis hin zum Vorkatalysator. Die Eintrittsrandbedingungen für die Abgaskrümmer bestehend aus zeitabhängigem Massenfluss und Temperatur für zwei Motorbetriebspunkte bei hoher und niedriger Drehzahl werden von einem eindimensionalen Strömungsmodell des gesamten Motors generiert. Die Turbinen- und Verdichterseite des Modells sind durch ein Momentengleichgewicht gekoppelt und die aktuelle Turboladerdrehzahl wird für jeden Zeitschritt berechnet. Aus diesem Grund werden für die Analyse des Turboladers weder Turbinen- noch Verdichterkennfelder benötigt. Um die Rotation der Laufräder zu modellieren, wird ein Ansatz mit explizit bewegten Gittern verwendet und die Laufradgitter werden vor jedem Zeitschritt mittels eines Gitterinterfaces an die stationären Gehäuse gekoppelt. Als Ergebnisse des Modells werden verschiedene zeitaufgelöste physikalische Größen sowie Wellenleistung und Laderdrehzahl ausgewiesen. Auf Grund der pulsierenden Druckrandbedingung ist es ebenfalls möglich, die instationären Effekte wie Befüllen und Entleeren der Turbine zu untersuchen. Darüberhinaus ist das Modell dieser Forschungsarbeit in der Lage sowohl den instationären Wirkungsgrad unter Druckpulsationen als auch die Überströmverluste, welche durch die unterschiedlichen Druckniveaus der Fluten bei pulsierender Beaufschlagung entstehen, zu analysieren. Um diese Verluste zu quantifizieren, werden neue Kennzahlen eingeführt. Auf Basis der asymmetrischen Zwillingsstromturbine wird eine Doppelstromturbine und eine symmetrische Zwillingsstromturbine mit dem selben Volumen konstruiert. Es werden identische Randbedingungen und die gleichen Laufräder für die Analyse der beiden neuen Varianten verwendet. Diese Turbinenlayouts werden mit dem Ausgangsmodell bezüglich Laderdrehzahl, Wellenleistung und instationärem Wirkungsgrad verglichen. Mit Hilfe neu eingeführter Kennzahlen ist ein Vergleich der Überströmverluste innerhalb der Turbine und des daraus folgenden Rückströmens in den Abgaskrümmer möglich. Das Rückströmen führt zu einem erhöhten Abgasgegendruck und beeinflusst den Ladungswechsel des Zylinders.
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3D FEM simulation of titanium alloy (Ti6Al4V) machining with harmonic endmill tools
(2023) Kalu-Uka, Abraham; Ozoegwu, Chigbogu; Eberhard, Peter
Usually, end milling operations have been carried out using conventional uniform helix tools with fixed helix angles. Thus, many studies have been conducted to study the effects of these tools on the thermomechanical properties of a milling process. Recently, there have been works that point to the benefits of using harmonic endmills. Harmonic endmills consist of cutting edge profiles that have continuously harmonically varying helix angles. The variation is described using a harmonic function of axial position (elevation) of points on the cutting edge. In this work, a 3D finite element simulation using ABAQUS, is carried out for the complex milling process of Titanium alloy Ti6Al4V. The envelope of the harmonic tool is first generated using a set of MATLAB codes and stored in a Standard Triangle Language (.stl) format. The machine tool is introduced into an FEM program which has been designed to provide for dynamic effects, thermo‐mechanical coupling, material damage law and the criterion for contact associated with the milling process. A Johnson‐Cook material constitutive equation which combines the effects of strain hardening, strain softening, and temperature softening is used. To account for the chip separation criterion, the Johnson Cook damage evolution equation is used. The milling process simulation for Ti6Al4V is then carried out. In the end, the stress distribution and the cutting forces are obtained.
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3D printing of colored micro-optics
(2023) Aslani, Valese; Toulouse, Andrea; Schmid, Michael; Giessen, Harald; Haist, Tobias; Herkommer, Alois
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3D Texturanalyse von Computertomographiedaten für die automatisierte Qualitätskontrolle von faserverstärkten Kunststoffen
(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2022) Frommknecht, Andreas; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult.)
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Qualität von Faserverbundkunststoffen (FVK). FVK sind Leichtbaumaterialien, die sich durch eine hohe Steifigkeit und Festigkeit auszeichnen. Aufgrund dieser Eigenschaften werden sie oft in sicherheitskritischen Bereichen eingesetzt, welche umfassende zerstörungsfreie Prüfmethoden erfordern. In der Arbeit wird dargelegt, dass die röntgenbasierte industrielle Computertomographie (CT) unter den zerstörungsfreien Prüfmethoden die umfangreichsten Informationen liefert. Es wird auf verschiedene geeignete CT-Auswertemethoden insbesondere zur Erkennung von Defekten und der Analyse der Faserorientierung eingegangen. Anhand der jeweiligen Schwächen dieser Verfahren wird die zu lösende Problemstellung abgeleitet. Die in der zweidimensionalen Bildverarbeitung weit verbreitete Texturanalyse stellt sich hierbei als geeignete Basis heraus, diese Probleme zu adressieren. Allerdings ist ein zweidimensionales Verfahren nicht ausreichend, um die komplexe dreidimensionale Struktur von FVK zu erfassen. Deshalb wird in der Arbeit eine neu entwickelte 3D Texturanalyse vorgestellt, die sowohl in der Lage ist Defekte zu erkennen, als auch Faserorientierungen zu bestimmen. Auch quantitative Informationen, wie die Defektposition und größe, sind aus den erzielten Ergebnissen des entwickelten Verfahrens ableitbar. Die in C++ implementierte 3D Texturanalyse zeigt bei der systematischen Untersuchung der Leistungsfähigkeit hinsichtlich Defekterkennung und Bestimmung der Faserorientierung gute Auswertungsergebnisse. Die Laufzeit des Verfahrens kann aufgrund der großen zu verarbeitenden Datenmenge bei der Computertomographie von wenigen Minuten auf über eine Stunde ansteigen. Hier sind weitere Optimierungen notwendig. Allgemein zeigt diese Arbeit, dass das umgesetzte Verfahren, nur durch Änderung der Parametrierung, sowohl zur Analyse der Struktur in Form der Faserorientierung, als auch zur Defekterkennung geeignet ist.
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3D-Linienraster für die optische Formaufzeichnung
(1996) Haist, Tobias
Innerhalb der optischen Messtechnik ist es oft nötig, Intensitätsmuster auf die zu vermessenden Objekte zu projizieren. Mit herkömmlichen Abbildungen ergeben sich bei sehr tiefen Objekten Probleme aufgrund der begrenzten Tiefenschärfe. Holographische Projektionen umgehen diese Einschränkung. In der Arbeit wird untersucht, in wieweit computergenerierte Hologramme basierend auf Flüssigkristall-Displays (LCD) für diesen Zweck eingesetzt werden können. Unterschiedliche Algorithmen und LCDs werden untersucht. Eine dreidimensionale Verallgemeinerung des Gerchberg-Saxton-Algorithmus wird dargestellt. Simulationen zur Nutzung der geometrischen Phase (Pancharatnam Phase) um die Phasenmodulationseigenschaften der LCDs zu verbessern werden beschrieben.
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75 Jahre Institut für Mikrointegration (IFM) Universität Stuttgart
(2019) Zimmermann, André; Burk, Ilona
Das Institut für Mikrointegration (IFM) blickt in diesem Jahr auf sein 75-jähriges Bestehen zurück. Seit seiner Gründung im Jahr 1944 steht die Miniaturisierung technischer Systeme im Fokus. So befasst sich das IFM in Forschung und Lehre mit der Mikrotechnik und der Mikrosystemtechnik. Aktuelle Schwerpunkte reichen von der Sensorik als wichtigem Anwendungsgebiet der Mikrosystemtechnik über optische Mikrosysteme, folienbasierte „System-in-Foil“, räumliche Elektronik und digitale Prozessketten bis zu hochpräzisen Strukturierungsverfahren für die Mikrotechnik. Aus Anlass des 75-jährigen Jubiläums des IFM wurde diese Festschrift verfasst, die einen Einblick in die Geschichte des Instituts und in die aktuelle Ausrichtung von Forschung und Lehre bietet. Anstelle einer vollständigen Darstellung aller Veröffentlichungen werden ebenso die Themen der am Institut durchgeführten Dissertationen aufgelistet, um den inhaltlichen Wandel von der Zeitmesstechnik zur Mikro- und Mikrosystemtechnik zu dokumentieren. Aufgrund des interdisziplinären Charakters und der großen Bedeutung für gesellschaftliche Megatrends, die die Mikrosystemtechnik auszeichnen, bestehen für das IFM hervorragende Chancen, den eingeschlagenen Weg erfolgreich fortzusetzen und spannende wissenschaftliche und technologische Neuerungen zu erschließen.
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μ-Suboptimal design of a robustly performing controller for a chemical reactor
(1994) Amann, Notker; Allgöwer, Frank
The design of robustly performing controllers for an important class of control problems is treated. The problem is dealt with in the structured singular value (μ)-framework. The systems considered are characterized by weak nonlinearities and parametric and unstructured uncertainties. Nonlinear effects are taken into account via linearization families. Parametric uncertainty is included in a non-conservative way. Both lead to a μ-synthesis problem with repeated scalar real perturbations. As no direct solution to such a μ-synthesis problem is known to date, an iterative approach comprising both μ-analysis of the actual problem and D-K-iteration for a modified problem is shown. This approach is applied to a realistic continuous stirred-tank reactor for production of cyclopen-tenol to show the applicability to non-trivial MIMO process control problems.
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Abbildungsqualität photogrammetrischer Objektive unter Berücksichtigung von Umwelteinflüssen
(1983) Tiziani, Hans J.
Hochleistungsobjektive für die Luftbildaufnahmen haben einen hohen Entwicklungsstand erreicht. Umwelteinflüsse machen sich auf die Bildqualität bemerkbar, ja können sie sogar begrenzen. Anstrengungen sind erforderlich, diese Umwelteinflüsse zu erfassen und zu berücksichtigen. Die MTF bietet dazu die Möglichkeit. Bei der Beschreibung der Bildqualität ist die Berücksichtigung des ganzen Bildfeldes wesentlich. Qualitätseinbrüche bei einzelnen Bildwinkeln sind zu vermeiden.
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Abdichtung drallbehafteter Dichtungsgegenlaufflächen - Messung, Analyse, Bewertung und Grenzen
(Stuttgart : Institut für Maschinenelemente, 2017) Baumann, Matthias; Haas, Werner (Prof. Dr.-Ing. habil.)
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Abdichtung trockener Stäube mit fettgefüllten berührungsfreien Wellendichtungen
(Stuttgart : Institut für Maschinenelemente, 2018) Bosch, Florian; Haas, Werner (apl. Prof. Dr.-Ing. habil.)
Die vorliegende Arbeit erweitert, ausgehend vom Stand der Technik, bestehende Konstruktionsrichtlinien für fettgefüllte berührungsfreie Wellendichtungen (FBFWD) zur Abdichtung von trockenen Schmutzpartikeln und gibt Ratschläge für deren zuverlässigen Betrieb. Bei FBFWD gibt es keinen Kontakt zwischen relativ zueinander bewegten Teilen der Dichtung. Die Dichtung arbeitet daher verschleißfrei. Bei der Abdichtung von Schmutzpartikeln ist darauf zu achten, dass sich der fettgefüllte Spalt öffnet. In die Dichtung eindringende Schmutzpartikel werden dann vom Schmierfett an den Spaltwänden gebunden und am weiteren Vordringen in die Dichtung gehindert. Damit FBFWD dauerhaft zur Abdichtung von Schmutzpartikeln eingesetzt werden können, muss das verschmutzte Schmierfett in der Dichtung rechtzeitig durch frisches Schmierfett ersetzt werden. Dies wurde im Rahmen dieser Arbeit in Versuchen mit frischem, gealtertem und verschmutztem Schmierfett untersucht. Aus den Ergebnissen wird eine Empfehlung für die erforderliche Nachschmiermenge formuliert. Darüber hinaus wird die Bewegung der im Schmierfett gebundenen Schmutzpartikel in einem Modell erläutert. Die Bewegung der Schmutzpartikel im Schmierfett tritt bei lokalem Überschreiten der Fließgrenze im Bereich der Schmutzpartikel ein. Diese Bewegung tritt bei Rotation der Welle ein und wird alleine durch die Fliehkraft ausgelöst. Eine Fettströmung im Spalt tritt bei geöffnetem Spalt nicht auf und ist daher nicht an der Bewegung der Schmutzpartikel beteiligt. Die überschlägige Überprüfung des Modells zeigt, dass es eine fliehkraftbedingte Bewegung der Schmutzpartikel im Schmierfett bereits unterhalb der Drehzahl gibt, die für einen geöffneten Spalt notwendig ist. Im ungünstigen Fall werden dabei Schmutzpartikel an die Spaltwand gedrängt und können infolge dessen nicht mehr durch Nachschmieren aus der Dichtung gefördert werden. Das Modell ist daher Ausgangspunkt zur Reduzierung des Bauraums, da Partikel aus bestimmten Spalten (jedem zweiten Axialspalt) nicht ausreichend durch Nachschmieren entfernt werden können. Neben wichtigen Betriebsanweisungen werden in dieser Arbeit bestehende Gestaltungsregeln so erweitert, dass eine zielsichere Konstruktion von FBFWD möglich ist. Durch die geeignete Anordnung der Dichtung in ihrem Umfeld (z.B. ein fettgeschmiertes Lager) kann die Schmierfettmenge im Gesamtsystem (hier ein beidseitig berührungsfrei abgedichtetes Rillenkugellager) reguliert und das Abscheiden von überschüssigem Schmierfett gesteuert werden. Die Schmierfettverteilung in den beiden Dichtungen eines Gesamtsystems wird dabei vor allem durch die Förderrichtung der Dichtung und den Durchmesser des Spalteingangs, durch den die Dichtung mit frischem Schmierfett versorgt wird, beeinflusst. Die Förderrichtung stellt sich durch die bei Rotation der Welle auf das Schmierfett wirkende Fliehkraft radial nach außen ein und kann in das Gesamtsystem hinein oder aus ihm heraus zeigen. Die Spalthöhe hat keinen nachweisbaren Einfluss auf die Schmierfettverteilung. Weitere Versuchsergebnisse zeigen, dass bei einer ideal konstruierten FBFWD der für die Dichtung notwendige Bauraum auf den Eingangsbereich mit einem anschließenden Axialspalt reduziert werden kann. Bestehende Mindestbetriebsparameter zur Öffnung des Spalts konnten nicht bestätigt werden. Beobachtungen lassen den Schluss zu, dass die strukturviskosen Fließeigenschaften der Schmierfette und besondere Strömungsvorgänge unmittelbar vor der Spaltöffnung eine Öffnung des Spalts verursachen. Um diesen Effekt zukünftig mit einer Strömungssimulation untersuchen zu können, wird ein neues Fließgesetz formuliert. Mit den Ergebnissen dieser Arbeit stehen sowohl dem Konstrukteur als auch dem Anwender von FBFWD umfassende Informationen zur zielsicheren Entwicklung von FBFWD zur Abdichtung von trockenen Schmutzpartikeln und für deren dauerhaften und zuverlässigen Betrieb zur Verfügung.
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Abdichtung von fließfettgeschmierten Getrieben mit Radialwellendichtungen - Reibungsminderung durch Makrostrukturierung der Dichtungsgegenlauffläche
(2014) Narten, Michael; Haas, Werner (apl. Prof. Dr.-Ing. habil.)
Diese Arbeit befasst sich mit Radialwellendichtungen von fließfettgeschmierten Getrieben und den Einflüssen der einzelnen Komponenten des Dichtsystems auf dessen Funktion und Verschleiß. Verglichen mit ölgeschmierten Systemen ist der Schmierstoffaustausch in fließfettgeschmierten Getrieben deutlich geringer. Hohe Dichtsystemtemperaturen bis hin zu globaler Mangelschmierung sind die Folgen. Anhand eines praxisnahen Experimentalgetriebes mit einem Wellendurchmesser von 50mm erfolgt eine systematische Variation der Komponenten Dichtelement, Dichtungsgegenlauffläche, Schmierstoff und Dichtungsumfeld. Die relevanten Einflussparameter sowie die Wechselwirkungen zwischen den Komponenten werden identifiziert. Empfehlungen zur Auslegung von fließfettgeschmierten Dichtsystemen sowie ein praxisgerechtes Modell sind daraus abgeleitet. Die einflussreichste Komponente ist der Schmierstoff. Insbesondere das von ihm beeinflusste Druckniveau wirkt sich im unentlüfteten Getriebe dominant auf die radiale Anpressung der Dichtkante und die damit auf die Temperaturentstehung im Dichtkontakt aus. Die maximal zulässigen Umfangsgeschwindigkeiten für fließfettgeschmierte Dichtsysteme mit Dichtringen aus Fluor-Polymer-Kautschuk unter geringem Überdruck sollten von allgemein angenommenen 50% auf 25-30%, der für die Abdichtung von Öl geltenden Werte, verringert werden. Grund hierfür ist lokale Mangelschmierung, die schon bei vergleichsweise geringen Umfangsgeschwindigkeiten im luftseitigen Bereich des Dichtkontakts auftreten kann. Zur Minderung von Reibung und Temperatur im Dichtsystem und zur Vermeidung lokaler Mangelschmierung wird Makrostrukturierung von Dichtungsgegenlaufflächen als innovativer Ansatz vorgestellt. Anhand von Vorversuchen bei statischer Abdichtung, Reibmomentmessungen, Verschleißbetrachtungen und Langzeituntersuchungen wird dargestellt, dass achsparalleles Drehfräsen hierzu gut geeignet ist. Eine Wellenbeschichtung mit Strukturchrom wird als weiteres Verfahren vorgestellt. Um die reibungsmindernde Wirkung makrostrukturierter Wellen quantitativ zu beschreiben, werden diese anhand von 3D Oberflächenparameter charakterisiert. Zusätzlich werden die Parameter dem Funktions- und Verschleißverhalten der Dichtsysteme gegenübergestellt und hinsichtlich ihrer praxisgerechten Eignung bewertet.
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Ablenk-Systeme für die Multi-Elektronenstrahllithografie auf Basis CMOS-kompatibler Fertigungsprozesse
(2017) Jurisch, Michael; Burghartz, Joachim N. (Prof. Dr.-Ing.)
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Abschätzung der Kollisionsfolgen von Robotern zur Bewertung des sicheren Einsatzes in der Mensch-Roboter-Kooperation
(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2018) Oberer-Treitz, Susanne; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)
Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung einer generischen, systematischen Methode zur Abschätzung der Kollisionsfolgen eines Roboters, mit der eine Bewertungsmetrik basierend auf dem Kollisionspotential des eingesetzten Roboters in der direkten physischen Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) aufgestellt wird. Dem Bedarf an immer flexibleren Automatisierungssystemen, die auch Anforderungen an ergonomische Arbeitsmittel gerecht werden, stehen vermehrt Industrierobotersysteme zur Verfügung, die in direkter Nähe zum Menschen eingesetzt werden können. Dabei lässt sich für diese Robotersysteme ein neues Sicherheitsparadigma ableiten, das vorgibt, dass die Bewertung der Sicherheit der Robotersysteme nur durch ein quantifizierbares Kollisionspotential möglich ist, um ein Robotersystem damit in der MRK auf mögliche physische Kontakte mit einem Bediener auszulegen. Dazu wird in dieser Arbeit die Methode der Kollisionsfolgenabschätzung von Robotersystemen eingeführt und mit simulationsgestützten und experimentellen Werkzeugen zur Crash-Analyse durchgeführt. Das Belastungsspektrum von Kollisionen mit Robotern wird aufgezeigt und die dabei vorliegenden Kollisionsmechanismen werden charakterisiert. Dies erfolgt mit Hilfe experimenteller Kollisionsfolgenabschätzungen mit einem eigens dazu entwickelten Kollisionsprüfstand sowie durch Modellierung der Dynamik des Roboters und einem Stoßmodell zur Abschätzung der Kollisionsfolgen. Die entsprechenden Effekte der Robotercharakteristika in der Kollision werden identifiziert und auf ihren Beitrag zum Kollisionspotential hin analysiert. Daraus werden Belastungsgrößen definiert, die zur Bewertung des Kollisionspotentials eines Robotersystems herangezogen werden müssen und entsprechende Gestaltungsmaßnahmen werden abgeleitet. Eine Bewertungsmethode für die sichere MRK wird entwickelt, die basierend auf einem Verletzungsmodell mit Beziehungen von Kollisionskonfigurationen zu relevanten Toleranzgrenzen eine Sicherheitsmodellierung vornimmt, um Robotersysteme dynamisch und sicher auf potentielle Kollisionen in der MRK einzustellen.
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Abschätzverfahren für die Kontakttemperatur bei Radial-Wellendichtungen
(2016) Feldmeth, Simon; Bauer, Frank; Haas, Werner