07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik
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Item Open Access Entwicklung einer schnell schaltenden Bremse und Kupplung für Linearbewegungen zum Überlastschutz in Werkzeugmaschinen(2009) Dennig, Hans-Jörg; Binz, Hansgeorg (Prof. Dr.-Ing.)Große Kollisionskräfte aufgrund eines Bedien- oder Programmierfehlers sind ein zentrales Problem bei der modernen Produktion mit hocheffizienten Werkzeugmaschinen. Dadurch entstehen teure Reparaturen vor allem an der Hauptspindel und den Spindelmutter-Antrieben, was zu langen Ausfallzeiten an der betroffenen Maschine führt. Eine Umfrage bei insgesamt 23 Anwendern und Herstellern von Werkzeugmaschinen ergab, dass die Service- und Ersatzteilkosten durch eine heftige Kollision bis zu 23.000 € betragen können. Verfügbare Überlastsicherungssysteme können derzeit weder die hohen Kollisionsschäden verhindern noch die Auswirkungen eines Schadens gering halten. Es bedarf also neuer Ansätze. Um dies zu ändern, wird eine Lösung verfolgt, die vorsieht, die Vorteile elektronischer und mechanischer Überlastsicherungssysteme zu vereinen. Diese Lösung basiert darauf, dass der erste Kontakt bei einer Kollision beispielsweise zwischen Werkzeug und Werkstück erkannt und über eine nachgeschaltete Entscheidungslogik verarbeitet wird. Durch diesen kontakterkennungsbasierten Ansatz ist es möglich, Kollisionen schneller als bei herkömmlichen Schutzsystemen zu erkennen und Maßnahmen einleiten zu können. Je nach Kollisionshärte muss die Maschine dann möglichst schnell gestoppt werden, wobei abhängig von der Vorschubgeschwindigkeit zwei Strategien zur Verfügung stehen. Im Bereich niedriger Vorschübe kann mittels eines steuerungsinternen Notstopps die Maschine sicher gestoppt werden, ohne dass nennenswerte Schäden auftreten. Im Fall einer Kollision mit höheren Vorschubgeschwindigkeiten reicht der interne Notstopp nicht mehr aus, weshalb die Steuerung ein Signal an eine aktiv geschaltete Sicherheitskupplung/-bremse weitergibt. Das schnell schaltende Bremssystem kann vor allem den Spindelkasten inkl. Hauptspindel schützen, indem die Überlast vom Bremssystem aufgenommen wird und bleibende Verformungen verhindert werden. Dazu muss das Bremssystem mit hoher Kraft schnellstmöglich wirken. Eine Überlastkupplung, die eine hohe Axialsteifigkeit aufweist und direkt an der Schnittstelle zwischen Antriebssystem und Werkzeugschlitten in die Spindelmutter integriert ist, kann den Kraftfluss infolge einer Kollision früh unterbrechen und somit das Antriebssystem schützen. Solche Maschinenelemente zur schnellen Kopplung bzw. Entkopplung von großen Kräften sind nach dem derzeitigen Stand der Technik und Forschung nicht verfügbar. Ziel dieser Arbeit ist somit die Entwicklung einer schnell schaltenden Bremse und Kupplung für Linearbewegungen am Beispiel des beschriebenen Überlastsicherungssystems für Werkzeugmaschinen mit Spindelmutter-Antrieben. Damit erfolgt eine Eingrenzung des Lösungsansatzes auf die mechanischen Komponenten. Die ebenfalls benötigte Steuerungstechnik zur Auslösung von Bremse bzw. Kupplung wird in einer weiteren Arbeit am Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen entwickelt. Die Hauptanforderung an die einzelnen Systeme besteht dabei in der Verkürzung der Reaktionszeit. Maßnahmen zur Vermeidung von schwerwiegenden Beschädigungen infolge Kollisionen müssen in den ersten Millisekunden eingeleitet werden. In der vorliegenden Arbeit wird zur Lösung dieser Aufgabe als Vorgehensweise der Produktentwicklungsprozess gemäß VDI2221 gewählt. Dabei wird gezeigt, dass die Anforderungen durch eine hydraulische Betätigung des Brems- bzw. Kupplungssystems erreichbar sind. Das Herzstück bildet daher ein Hydraulikventil, das durch einen extrem schnellen Aktor geöffnet wird. Das zentrale Problem dabei ist die Optimierung der Parameter Kraft, Weg und Zeit. So müssen die eingesetzten Aktorprinzipien hohe Kräfte und Wege innerhalb kürzester Reaktionszeit aufbringen. Das schnell schaltende Bremse-Kupplung-System wird hier exemplarisch für die x-Achse einer Fräsmaschine in Fahrständerbauweise entwickelt. Die Antriebssysteme bestehen dabei aus Kugelgewindetrieben. Es steht jedoch nicht die Werkzeugmaschine im Vordergrund, sondern die Entwicklung des Bremse-Kupplung-Systems, das somit auch in weiteren Anwendungsfeldern ihren Einsatz finden kann. Für die geforderte Aufgabenstellung leiten sich jedoch aus den Eigenschaften von Werkzeugmaschinen wie z. B. Verfahrgeschwindigkeiten, Steifigkeiten etc. verschiedene Anforderungen ab, welche die Basis für die vorliegende Arbeit darstellen.Item Open Access Untersuchungen und Gestaltungshinweise für adaptive multifunktionale Stellteile mit aktiver haptischer Rückmeldung(2011) Hampel, Thomas; Maier, Thomas (Prof. Dr.-Ing.)Die Anzahl an bedienbaren Funktionen eines Produktes geht einher mit der Anzahl an Stellteilen und Anzeigen. Bei zu vielen Stellteilen und Anzeigen wird wegen der steigenden Bedienkomplexität die Benutzerfreundlichkeit stark beeinträchtigt. Um die Komplexität zu reduzieren können viele einzelne Stellteile durch ein adaptives multifunktionales Stellteil ersetzt werden. Mit einem adaptiven multifunktionalen Stellteil lassen sich mehrere Funktionen bedienen. Dank der aktiven Komponenten, mit denen diese Stellteile gekoppelt sind, und den damit verbundenen haptischen Rückmeldemöglichkeiten lassen sich adaptive multifunktionale Stellteile an die Situation, den Benutzer oder die Aufgabe anpassen. Aus diesem Grund lassen sich mit solchen Stellteilen nicht nur Informationen haptisch darstellen, die bislang nur über ein zusätzliches Display dargestellt wurden, sondern es lassen sich auch Eingabefehler reduzieren. Für die optimale Gestaltung eines adaptiven multifunktionalen Stellteils müssen jedoch die Rahmenbedingungen in Abhängigkeit zur Art der haptischen Rückmeldung erforscht und optimiert werden. Aus diesem Grund wurden drei Forschungsschwerpunkte definiert (Stellgenauigkeit, Erkennung von Unterschieden, Komfortbereiche), die in dieser Arbeit näher untersucht wurden. Als Ergebnis der Untersuchungen konnten allgemeine Gestaltungshinweise für adaptive multifunktionale Stellteile mit aktiver haptischer Rückmeldung abgeleitet werden.Item Open Access Fremdbetätigte Linearkupplungen für klemmtolerante Primärflugsteuerungsaktoren(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2018) Naubert, Alexander; Binz, Hansgeorg (Prof. Dr.-Ing.)Ein Lösungsansatz für umweltfreundliche Technologien ist die Elektrifizierung von Flugsystemen unter der Überschrift „More Electric Aircraft“, das die Weiter- und Neuentwicklung von kundenspezifischen elektrischen Systemen mit hoher spezifischer Leistung umfasst. Hinsichtlich der primären Flugsteuerung von Hubschraubern gibt es allerdings noch erhebliche Sicherheitsrisiken, da diese Anwendung für elektromechanische Aktoren eine besondere Herausforderung darstellt. Insbesondere der Fehlerfall eines klemmenden Antriebsstrangs ist für diese Antriebe charakteristisch und muss aufgrund begrenzt verfügbarer Daten bei der Entwicklung berücksichtigt werden. Im Vorfeld dieser Forschungsarbeit wurde ein Lösungsansatz mit redundanten Stellantrieben gewählt, bei dem das Lösen von klemmenden Bauteilen mit Hilfe fremdbetätigter Linearkupplungen erfolgt. Nach Detektion mittels Sensoren sind die klemmenden Bauteile freizuschalten, sodass ein redundanter Stellantrieb die Steuerungsfunktion des ausgefallenen Aktors übernehmen kann. Die vorliegende Forschungsarbeit setzt bei der Neuentwicklung fremdbetätigter Linearkupplungen an, die aktiv steuerbar, schnell schaltend, kompakt, leicht und bei hoher Belastung robust schaltbar sein müssen. Konkret bedeutet dies, dass das Entkuppeln innerhalb von 20 ms bei Vorspannkräften von bis zu ±50 kN durchzuführen ist. Um eine Substitution der aktuell verwendeten servohydraulischen Aktoren direkt zu ermöglichen, müssen sowohl die Masseanforderung von maximal 2 kg pro Kupplung als auch die Bauraumanforderung an das Flugsteuerungssystems eingehalten werden. Als Bestandteil eines sicherheitskritischen Systems sind möglichst viele Teilfunktionen der Kupplungen im Rahmen von automatisierten Vorflugtests zu überprüfen, mit denen ein frühzeitiges Erkennen von Fehlfunktionen garantiert wird. Des Weiteren sind alle relevanten Fehlerursachen für einen klemmenden Antriebsstrang, d. h. insbesondere alle Schäden an wälzenden Kontakten, von den Kupplungen auch bei rauen Umgebungsbedingungen abzudecken. Hinzu kommt das für wälzende Kontakte ungünstige Belastungs- und Bewegungsprofil von stark hämmernden Lasten und kleinen oszillierenden Stellbewegungen der primären Flugsteuerungsaktoren. Um alle Anforderungen zu erfüllen, werden im Rahmen dieser Forschungsarbeit innovative Lösungen in reversibler und irreversibler Ausführung entwickelt und erprobt.Item Open Access Seniorengerechtes Design : aktuelle Studien im Technischen Design(2007) Maier, Thomas‚Wer von „den Senioren“ spricht, macht bereits den ersten Fehler’, auch diesen Titel kann man sehr werbewirksam in der Zeitschrift Absatzwirtschaft lesen. Er beschreibt aber sehr treffend das Spannungsumfeld, in dem wir uns – das heißt das Forschungs- und Lehrgebiet Technisches Design am Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design (IKTD) – mit unseren Studien derzeit bewegen. Denn die unterschiedlichen Einstellungen und Werthaltungen der ‚Senioren’ sind genau so heterogen und facettenreich wie in anderen Altersgruppen. Für die Altersgruppe der Senioren wurden viele Begriffe beziehungsweise Synonyme wie zum Beispiel ‚Best Ager’, ‚Junge Alte’, ‚Silver Surfer’ beziehungsweise ‚Generation 50 Plus, Generation 55 Plus und Generation 60 Plus’ geprägt.Item Open Access Grundlagen zur Berechnung und Gestaltung von Querpressverbänden mit Naben aus monolithischer Keramik(2009) Blacha, Martin; Binz, Hansgeorg (Prof. Dr.-Ing.)Im Rahmen dieser Arbeit wurde mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode eine Analyse- und Gestaltungsmöglichkeit entwickelt, um durch gezielte Konturierung der Trennfuge einen hybriden Pressverband mit vollkeramischer Nabe zu realisieren, der unter Raumtemperaturbedingungen und einem definierten Torsionsmoment dauerfest ist. Um dies zu erreichen, wurde ein Modell zur „a priori“-Berücksichtigung des Axialreibungseinflusses in der Trennfuge entwickelt, um auf Basis einer speziellen Formgebung der Kontaktzone ein gewünschtes Spannungsniveau einstellen zu können. Es wurde festgestellt, dass die hohen und stark streuenden Reibungskoeffizienten das Spannungsniveau in der Keramiknabe erheblich beeinflussen, wobei Reibungskoeffizienten oberhalb µ = 0,3 keine relevante Änderung der idealen Trennfugenkontur und des davon abhängigen Spannungszustands mehr verursachen. Die numerischen Untersuchungen beinhalten eine Spannungsoptimierung der zugspannungsbeanspruchten Nabe hinsichtlich zweier grundsätzlich unterschiedlicher Zielsetzungen: Zum einen die Homogenisierung der in der gesamten Trennfuge herrschenden Kontaktspannung (Fugendruck) und zum anderen eine möglichst gleichmäßige Ausnutzung der versagenskritischen ersten Hauptspannung in der keramischen Nabe. Das entwickelte Reibmodell für die numerische Simulation wurde hinsichtlich dessen Sensitivität bezüglich der getroffenen Annahmen und Variationen von Reibungskoeffizient und Geometrie untersucht. Diese Untersuchung zeigte eine nur geringe Empfindlichkeit hinsichtlich des einzuhaltenden Spannungsniveaus. Um die Einsetzbarkeit der gefundenen Auslegungslogik auf andere Geometrien und Werkstoffe auszuweiten und auch den Einfluss der bei der praktischen Herstellung auftretenden Fertigungsabweichungen zu untersuchen, wurden numerische Variationsrechnungen durchgeführt. Der Einfluss anderer Geometrien und Reibungskoeffizienten wurde in einem analytischen Zusammenhang näherungsweise ermittelt und steht für die Konturfindung der Trennfuge zur Verfügung. Darüber hinaus wurden mit der Sensitivitätsanalyse Fertigungslimits für den gewählten Pressverband festgelegt. Durch die Fertigung der konturierten Stahlwellen auf einer herkömmlichen CNC-Drehmaschine konnten ausreichend geringe Maßabweichungen und sehr gute Oberflächenqualitäten realisiert werden. Damit wurde demonstriert, dass ein kostengünstiges Herstellen der minimalen Konturierung im Mikrometerbereich ohne den zusätzlichen und kostenintensiven Fertigungsschritt einer Konturschleifmaschine machbar ist. Um das Beanspruchungslimit für den keramischen Werkstoff nicht nur im Rahmen eines Kurzzeitnachweises, sondern auch für ein sicheres Auslegen gegen unterkritisches Risswachstum festzulegen, wurde auf Basis eines in der Literatur beschriebenen, wenig konservativen analytischen Auslegungskriteriums ein Startwert für die zulässige Spannung ermittelt und für die Beanspruchung der Keramiknabe im Anwendungsfall Pressverband verifiziert. Die theoretischen Ergebnisse wurden anhand einer exemplarischen Geometrie (Nabenwerkstoff: Gesintertes Siliciumnitrid (SSN), Wellenwerkstoff: 42CrMo4 V) in experimentellen Untersuchungen überprüft. Dabei haben die Pressverbände unter Berücksichtigung der entwickelten Auslegungslogik eine Belastung von bis zu 20 Mio. Zyklen unter rein schwellender Torsionsbelastung von 850 Nm ohne Versagen überstanden. Darüber hinaus konnte ein erster Wert für das nur schwer ermittelbare Grenzübermaß bestimmt werden, bei dem die Keramiknabe die Kurzzeitfestigkeit erreicht. Für die Durchführung der Versuche wurde eine keramikgerechte Einspannung für die Probekörper entwickelt und im praktischen Einsatz erprobt. Keine einzige versagte Probe wurde an der entwickelten Einspannung zerstört, so dass die konstruktive Gestaltung der Lasteinleitung in die Keramik als erfolgreich angesehen werden kann. Mit dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass ein Pressverband mit vollkeramischer Nabe bei sorgfältiger Gestaltung im praktischen Einsatz sehr zuverlässig einsetzbar ist. Eine erste Auslegungsrichtlinie für eine weitgehend ausfallsichere Dimensionierung eines derartigen torsionsbelasteten Querpressverband wurde abgeleitet. Damit wurde eine Voraussetzung geschaffen, um beispielsweise ein keramisches Pumpenlaufrad für stark abrasive oder chemisch aggresive Einsazbedingungen direkt auf eine Stahlwelle fügen zu können.Item Open Access Studie zur Kooperation und zum Informationsaustausch zwischen Konstruktions- und Erprobungsabteilungen(2015) Karthaus, Carsten; Binz, Hansgeorg; Roth, DanielIn diesem Forschungsbericht werden die Ergebnisse einer Studie mit dem Thema Kooperation und Informationsaustausch zwischen Erprobungs- und Konstruktionsabteilungen vorgestellt. Die wesentliche Aussage ist, dass das Wissen aus Erprobungsabteilungen in Teilen der Industrie nicht ausreichend genutzt wird. Die Rückführung von Erprobungswissen in die Produktentwicklung wird dabei anhand von vier Bausteinen des Wissensmanagements analysiert. Diese vier Bausteine sind die Wissenserhebung, die Wissenssicherung, die Wissensverteilung und die Wissensnutzung. In allen vier Bereichen wird der aktuelle Stand der Technik in der industriellen Praxis aufgezeigt. Im Anschluss werden die Potenziale für eine effektivere und effizientere Zusammenarbeit zwischen Erprobungs- und Konstruktionsabteilungen aus Sicht der Teilnehmer und Teilnehmerinnen dargestellt. Die Ursachen und Einflussgrößen auf die Rückführung von Erprobungswissen und die Folgen von ineffektiv genutztem Erprobungswissen sind beschrieben. Die Ergebnisse der Studie zu Einflussfaktoren, Ursachen und Folgen von einem sinkenden Anteil an effektiv genutztem Erprobungswissen sind in einem Referenzmodell zusammengefasst.Item Open Access Geometrische Auslegung der Mikrogeometrie konischer Außenstirnräder mit kreuzenden Achsen(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2019) Traut, Christopher; Binz, Hansgeorg (Prof. Dr.-Ing.)Die vorliegende Arbeit beschreibt einen Ansatz, mit dem die erforderliche Flankenmodifikation von Beveloidradsätzen für konjugiertes Abwälzen auf Basis der Hauptverzahnungsdaten analytisch bestimmt wird und darauf aufbauend das Tragbild hinsichtlich Position und Größe bei gleichförmiger Drehübertragung gezielt eingestellt werden kann. Die Beveloidverzahnung ist eine evolventische Stirnradverzahnung mit entlang der Zahnbreite linear veränderlicher Profilverschiebung. Aufgrund der dadurch entstehenden konischen Zahnform ermöglichen Beveloidradsätze die Realisierung von Getrieben mit kleinen Achswinkeln bis etwa 15 Grad. Neben der Anwendung in Schiffsgetrieben, in Verteilergetrieben für PKWs und in spielarmen Robotergetrieben ist eine Anwendung überall dort sinnvoll, wo platzsparend mehrere An- und Abtriebe miteinander verbunden werden müssen (z. B. Hybrid- oder Allradantriebsstrang). Aufgrund der konischen Zahnform herrscht bei der Paarung zweier nicht flankenkorrigierter Beveloidräder oder eines Beveloidrads mit einem Zylinderrad in kreuzender Achslage stets Punktkontakt. Das in Folge dessen während des Zahnkontakts entstehende sehr kleine, meist außermittig liegende Tragbild zieht eine stark ungleiche Beanspruchung der Zahnräder nach sich. Zur Auslegung konischer Stirnradverzahnungen hinsichtlich Tragfähigkeit sind in der Literatur zahlreiche Ansätze dokumentiert, denen gemein ist, dass ein annähernd auf Linienkontakt korrigiertes Tragbild vorausgesetzt wird. Bislang besteht jedoch keine durchgängige analytische Methode zur definierten Bestimmung der für ein konjugiertes Abwälzen erforderlichen Flankenmodifikation. Vielmehr erfolgt die Auslegung der Mikrogeometrie oft auf Basis von Erfahrung iterativ oder mithilfe aufwendiger numerischer Verfahren. Ziel dieser Arbeit ist daher - neben dem Aufbau eines umfassenden Verständnisses für die Eingriffscharakteristik von Beveloidradsätzen - die Entwicklung einer Vorgehensweise, mit der Tragbildgröße und -lage für Beveloidradsätze in kreuzender Achslage basierend auf einem verzahnungsgeometrischen analytischen Ansatz unter Berücksichtigung der Herstellbarkeit definiert eingestellt werden können. Die dargestellten Ergebnisse entstammen größtenteils Simulationen oder Berechnungen, die mithilfe des im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Computerprogramms SimKoS 2.0 durchgeführt wurden. Hierzu werden die theoretischen Grundlagen bzw. die Funktionsweise der Module zur Vordimensionierung, zur Erzeugung und Korrektur der theoretischen Verzahnungsgeometrie, zur Durchführung von Kontaktaktsimulationen lastfrei und unter Last, zur punktweise numerischen Berechnung des konjugierten Gegenzahnrads und zum Vergleich von in Form von 3D-Punktewolken vorliegenden Zahngeometrien erläutert. Durch eine ausführliche Analyse des Abwälzverhaltens unkorrigierter Beveloidradsätze wird die Kontaktcharakteristik systematisch untersucht. Die in der Simulation ermittelte Orientierung der Berührlinie sowie der Verlauf des Berührpunkts (PoC) werden durch theoretische Überlegungen bestätigt. Eine Untersuchung des Zahnkontakts von Zylinderrädern und Beveloidradsätzen mit numerisch ermittelter konjugierter Zahngeometrie zeigt, dass beide Verzahnungen auf Korrekturen bzw. Abweichungen der Zahnflanke oder der Achslage innerhalb der nach DIN definierten Verzahnungsqualität hinsichtlich Tragbildgröße und Drehfehler gleich unempfindlich sind. Dies unterstreicht die Notwendigkeit, die konjugierte Zahnform bei der Auslegung im ersten Schritt einzustellen, bevor im zweiten Schritt eine Optimierung des Radsatzes auf einen Betriebspunkt mit dem vorhandenen Know-How für Zylinderradpaarungen stattfinden kann. Eine mittels Vergleich von unkorrigierter und konjugierter Zahngeometrie durchgeführte Studie der entstehenden Klaffung zeigt, dass die erforderliche Flankenmodifikation bei bereits mittig ausgerichtetem Zahnkontakt in guter Näherung als eine Superposition aus Flankenlinien-Balligkeit Cβ und Verschränkung der Flankenlinien Sβ sowie der zugehörigen Korrekturen höherer Ordnung abgebildet werden kann. Als wesentliche Einflussparameter auf Größe und Form der entstehenden Klaffung werden Achswinkel, Schrägungswinkel, Übersetzung und Gesamt-Profilverschiebungssumme in der Zahnmitte identifiziert. Die Zahnbreite hat lediglich skalierende Wirkung. Zur mathematischen Beschreibung der benötigten Breitenkorrekturen wird erarbeitet, wie die Verzahnung in Form einzelner Stirnschnitte modelliert werden kann, die entlang einer Stirnschnittbezugskurve positioniert werden. Die bei einer Korrektur der ursprünglich linear verlaufenden Stirnschnittbezugskurve, z. B. durch ein Polynom zweiten Grades, entstehenden Einflüsse auf die Zahnform werden sowohl in tangentialer als auch in radialer Richtung theoretisch hergeleitet und analysiert. Durch stirnschnittweise Betrachtung ist es möglich, die an der Bezugszahnstange auf Höhe der Profilbezugslinie entstehende Flankenmodifikation sowie die im Stirnschnitt auftretende Stirnprofil-Winkelabweichung direkt zu berechnen. Durch Auswertung der Stirnschnitte an Zehe und Ferse ist so eine Abschätzung der zu einer bestimmten Balligkeit zwangsläufig entstehenden Schränkung auf analytischem Wege möglich. Von weitaus größerem praktischem Nutzen ist jedoch die ebenfalls hergeleitete umgekehrte Vorgehensweise, für einen beliebigen Verlauf einer Soll-Flankenmodifikation auf Höhe der Profilbezugslinie an Links- und Rechtsflanke die zugehörige Form der Stirnschnittbezugskurve zu bestimmen. Der aufgezeigte Ansatz wurde für die Anwendung für Beveloidverzahnungen entwickelt, bietet aber auch für Zylinderradsätze Potenzial für die gezielte Auslegung einer Breitenkorrektur. Zur Ermittlung der für konjugierten Zahnkontakt erforderlichen Flankenmodifikation auf Höhe der Profilbezugslinie wird die Korhammersche Beziehung stirnschnittweise ausgewertet. Hierdurch kann unter Berücksichtigung der Hauptverzahnungsdaten und der Einbauposition eine Profilverschiebungskorrektur bestimmt werden, bei der die zugehörigen Stirnschnitte der beiden Zahnräder an der Momentanachse der Wälzbewegung spielfrei miteinander abwälzen. Zusätzlich zu dieser radial wirkenden Profilverschiebung ist bei einer ungleichen Verteilung des Achswinkels auf die Konuswinkel (t‘ ≠ 0,5) oder Übersetzungen i ≠ 1 für konjugierten Zahneingriff eine zusätzliche Tangentialverschiebung der Stirnschnitte notwendig, deren Betrag durch eine Betrachtung des Zahneingriffs an der Momentanachse im Eingriffsfeld direkt berechnet werden kann. Zur Bewertung der Herstellbarkeit wird ein Modul zur Simulation des kontinuierlichen Wälzschleifens und des Teilwälzschleifens in SimKoS 2.0 implementiert und anhand real gefertigter Testradsätze verifiziert. Aufgrund der Modellierung der erforderlichen Flankenmodifikationen mithilfe einer Korrektur der Stirnschnittbezugskurve ist es möglich, die zur Herstellung der Flankenmodifikation theoretisch benötigte Werkzeugbahn für das jeweilige Verfahren und verwendete Werkzeug direkt analytisch zu bestimmen. Durch eine Parameterstudie wird nachgewiesen, dass die konjugierte Verzahnung mit den berechneten Werkzeugbahnen in guter Näherung prinzipiell mit beiden Fertigungsverfahren mit den nach DIN definierten Standardwerkzeugen herstellbar ist. Die exemplarische Anwendung der aufgezeigten Vorgehensweise anhand mehrerer Beispielverzahnungen bestätigt, dass damit eine analytische Methode zur Auslegung der Mikrogeometrie konischer Stirnräder verfügbar ist, die es allein auf Basis der Hauptverzahnungsdaten ermöglicht, unter Gewährleistung der Herstellbarkeit Größe und Position des Tragbilds definiert einzustellen.Item Open Access Untersuchung von konischen Stirnrädern mit dem Scheibenmodell(2012) Beck, Matthias; Binz, Hansgeorg; Bachmann, MatthiasIn diesem Bericht wird eine Methode vorgestellt, mit der es möglich ist, die tragende Breite unter Last, die Restklaffung und das Tragbild sowie die Lastverteilungs- und Fuß-Nennspannungsverläufe einer Beveloidradstufe in kreuzender Achslage analytisch zu bestimmen. Unkorrigierte Beveloidräder weisen aufgrund ihrer geometrischen Form in kreuzender Achslage eine punktförmige Berührung auf. Es entsteht örtliches Tragen mit ungleicher Lastverteilung über der Zahnbreite, was zum teilweisen Klaffen unter Last führen kann. Zur gezielten Optimierung der Verzahnung unter Berücksichtigung der Last ist derzeit der Einsatz von FE-Methoden notwendig. Sie bedingen lange Rechenzeiten. Das vorgestellte Verfahren bestimmt, ausgehend von den Verzahnungshauptdaten, analytisch die Lastverteilung und die tragenden Bereiche der Verzahnung. Dazu wird ein Scheibenmodell angewandt, mit dem die Verzahnung über der Breite mit Zylinderradscheiben diskretisiert und jeder Scheibe individuelle Geometrien und Eigenschaften zugewiesen werden. Die Methode wurde auf Zylinderräder angewandt und die Ergebnisse der Lastverteilung und Fuß-Nennspannung den Berechnungsansätzen aus DIN 3990 gegenübergestellt. Dabei ergaben sich nur geringe Abweichungen. Bei der Anwendung auf Beveloidräder wurden die Ergebnisse mit strukturmechanischen FE-Analysen der Verzahnungen verglichen. Es zeigten sich für kleine Profilverschiebungswinkel bis etwa 4° und hohe Lasten sehr gute Übereinstimmungen. Mit dem vorgestellten Scheibenmodell können bei der Verzahnungsauslegung von Beveloidrädern nun wesentliche Kennwerte analytisch ermittelt werden, um eine gezielte Optimierung der Auslegungen zu erleichtern und zeitaufwändige numerische Simulationen in Parameterstudien zu verkürzen.Item Open Access Portfolio- und Reifegradmanagement für Innovationsprojekte zur Multiprojektsteuerung in der frühen Phase der Produktentwicklung(2010) Jahn, Tobias; Binz, Hansgeorg (Prof. Dr.-Ing.)Um in der frühen Phase der Produktentwicklung in einer Multiprojektlandschaft die Entscheidungsqualität bei vertretbarem Aufwand zu steigern, wurden eine Projektbewertungsmethode (2x2-Methode) und ein Projektportfolio (Va-lue@Risk-Portfolio) entwickelt. Wesentlicher Bestandteil der Projektbewer-tungsmethode ist ein Scoring Modell, das nominale Entscheidungen nach zuvor definierten Ausprägungen quantifiziert und damit vergleichbar macht. Dieser Bewertung wird eine intuitive Expertenbewertung, die „Soft-facts“ und „Gutt-Feeling“ einfließen lässt, hinzugefügt. Damit ist eine Konsistenzprüfung bzw. eine Überprüfung bzgl. einer Falschbewertung möglich. Die Kriteriengewichte werden implizit mittels eines Zielprogrammierungsansatzes durch Abstandsmi-nimierung zwischen der intuitiven und der durch das Scoring Modell errechneten Bewertung berechnet, was eine Zeitersparnis bis zu 80 % gegenüber klassi-schen Analytic Hierarchy Process (AHP) Ansätzen ermöglicht. Diese Zeit kann für wertvolle inhaltliche Diskussionen genutzt werden. Die Darstellung im Portfo-lio ist, begründet durch die fehlende explizite Rangfolge der Projekte, robust ge-gen Tagesform-bedingte Bewertungsschwankungen, die unweigerlich durch die Unsicherheiten in der frühen Phase auftreten. Die systematische Projektselektion ist aufgrund der vielfältigen, nachgelagerten Einflüsse kein Garant für eine hohe Entwicklungsproduktivität (Projekter-folg/Markterfolg) oder für erfolgreiche Innovationen. Um die Projekte zielgerich-tet in ein Fahrzeug zu bringen und nachhaltig Wettbewerbsvorteile zu erzielen, wurde daher zusätzlich ein Reifegradmanagement für Innovationsprojekte ent-wickelt und in der Praxis getestet. Die Innovationsprojekte werden in sechs Reifestufen von der Idee bis zur Ent-scheidung zugunsten oder gegen die Serienentwicklung eingeteilt. Checklisten mit Reifekriterien definieren die Anforderungen für jede Reifestufe. Mit zuneh-mender Reife werden diese Kriteriensets immer detaillierter und konkreter, um somit vom kreativen Entwicklungsprozess zum anforderungsgetriebenen Ent-wicklungsprozess überzuleiten. Um der Vielzahl unterschiedlicher Projekttypen, aber auch völlig neuartigen Projekten, gerecht zu werden, können die Reifekrite-rien dynamisch den Projekten zugewiesen werden. Die Reife wird anhand eines Reifeindexes gemessen, der die Erfüllung der Reifekriterien je Reifestufe wider-spiegelt. Der Erfüllungsgrad der einzelnen Kriterien wird mittels einer Ampelbe-wertung gemessen. Die Prognose der zu erreichenden Projektreife für den Fi-nanzierungszeitraum wird auf Basis der Kriteriensets möglich. Zur Effizienzstei-gerung gibt es verschiedene Detaillierungsgrade, die eine optimale Steuerungs-tiefe, auf Projektart und -inhalt angepasst, zulassen. Aufgrund der Tatsache, dass die beste Projektselektion keine Wirkung zeigt, wenn die gewählten Projekte nicht umgesetzt werden können, sind die Themen Projektportfolio- und Reifegradmanagement zusammen zu betrachten. Wenn dabei Zielunklarheit und lückenhaftes Wissen in der frühen Phase akzeptiert werden müssen, dann sollten diese Unsicherheiten kontrollierbar sein. Ein Re-gelwerk für diesen Zielbildungs- und Entscheidungsprozess bietet das Projekt-portfoliomanagement mit dem Va¬lue@Risk-Portfolio. In Kombination mit dem Reifegradmanagement der frühen Phase wird die Umsetzung der zuvor ausge-wählten Projekte sichergestellt. Der praktische Nutzen dieser Methodenkombi-nation konnte durch den erfolgreichen Einsatz in der Unternehmenspraxis nach-gewiesen werden.Item Open Access Hybride Intelligente Konstruktionselemente (HIKE) - Abschlusskolloquium der DFG-Forschergruppe 981 : Stuttgart, 10.11.2015(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2016) Binz, HansgeorgDie Forschergruppe hat die Ergebnisse der zweiten Förderperiode anlässlich eines Abschlusskolloquiums am 10.11.2015 in der Universität Stuttgart vor Gästen aus Industrie und Wissenschaft präsentiert. Dabei wurden die Ergebnisse der Teilprojekte in Vorträgen präsentiert, Prototypen in Form von kleineren Funktionsmustern vorgestellt sowie das Zusammenwirken der HIKE im Gesamtdemonstrator „Schalentragwerk“ vorgeführt. Der vorliegende Sammelband enthält jeweils kurze Zusammenfassungen der Teilprojekte, in denen die Ziele, das Vorgehen und die wesentlichen Ergebnisse vorgestellt werden, sowie die Präsentationsfolien der einzelnen Teilprojektvorträge samt einer Einleitung und Zusammenfassung des Sprechers der Forschergruppe.