Universität Stuttgart
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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 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 Definition und Abgrenzung hybrider, intelligenter Konstruktionselemente(2011) Keller, Alexander; Binz, HansgeorgEin Konstruktionselement verhält sich seinen konstituierenden Merkmal-Wert-Kombinationen entsprechend. Sie begründen seine Eigenschaften. Als Voraussetzung für Intelligenz gilt in der Literatur, dass ein System Aktoren, Sensoren und Regler umfasst, teilweise noch ergänzt um eine selbständige Energieversorgung. Intelligenz führt zu einer situationsbezogenen und/oder zielgerichteten Eigenschaftsveränderung, d.h. Anpassung. Angelehnt an die Adaptronik werden der Vorgang Anpassung und der Zustand Angepasstheit unterschieden. Für das Verständnis von HIKE sind beide losgelöst vom biologisch geprägten, am Menschen orientierten Verständnis von Intelligenz zu verstehen. Ein Konstruktionselement ist angepasst, wenn eine oder mehrere Eigenschaften in Abhängigkeit von seinem Umfeld und dessen Veränderungen zielorientiert auf ein günstigeres Verhalten bereits während der Konstruktion hin angepasst wurden („intelligent zugeschnittene Konstruktionen“) oder während der späteren Lebenszyklusphasen angepasst werden können. Dies führt beim Konstruieren zu zwei wesentlichen Fragen: Hinsichtlich welcher Gesichtspunkte ist eine Anpassung erforderlich? Und wie kann das im Vergleich günstigere Verhalten bestimmt werden? Eine primäre Angepasstheit (passive Adaptivität) liegt aus makroskopischer Sicht vor, wenn ein Konstruktionselement grundsätzlich für alle relevanten Umweltbedingungen seines Einsatzbereichs in technisch sinnvollem Umfang geeignet ist. Primäre Angepasstheit bedeutet, dass ein Konstruktionselement an seine Umwelt langfristig angepasst ist. Die Angepasstheit ist Ergebnis des Konstruktionsprozesses sowie der nachgelagerten Prozesse der Produktentstehung und -nutzung. Sie stellt eine Verträglichkeit (vgl. Design-for-X Ansätze) des Eigenschaftskollektivs des Konstruktionselements mit den langfristigen, aggregierten Eigenschaften der Umwelt des Elements dar. Eine sekundäre Angepasstheit (reaktive Adaptivität) liegt aus mikroskopischer Sicht vor, wenn ein Konstruktionselement in technisch sinnvollem Umfang an relevante vor-übergehende Umweltzustände und deren kurzfristige Änderungen anpassungsfähig ist. Anpassungsfähigkeit ist die Möglichkeit durch Eigenschaftsänderung zu reagieren. Reagieren zu können setzt einen Regelkreis voraus. Mit anderen Worten ist Anpassungsfähigkeit unmittelbar eine aus dem Konstruktionsprozess folgende Eigenschaft, die mittelbar die Anpassung (einen Anpassungsprozess) während der auf die Konstruktion folgenden Phasen des Produktlebenszyklus‘ ermöglicht, insbesondere in der Nutzungsphase des Konstruktionselements. Diese Form der Anpassung setzt voraus, dass das Konstruktionselement, das umgebende System und die Umwelt hinsichtlich der folgenden Aspekte übereinstimmen oder verträglich sind: • kurzfristige Anpassungsmöglichkeiten des Konstruktionselements • veränderliche Umwelteigenschaften/-zustände • veränderliche Systemeigenschaften/-zustände Die Veränderungen der Umwelt können kurz- oder langfristig sein, in Folge dessen reversibel oder irreversibel. Sie sind im Konstruktionsprozess als Annahmen unter Umständen nur statistisch erfassbar. Ein angepasstes Konstruktionselement kann sowohl passiv als auch aktiv sein. Nur angepasste aktive Konstruktionselemente sind anpassungsfähig im Rahmen der durch die konstruktive Angepasstheit vorgegebenen, möglichen Zustände. Das heißt, die primäre Angepasstheit ist Voraussetzung für die sekundäre Angepasstheit. Hybride, intelligente Konstruktionselemente (HIKE) sind technische Gebilde mit einer auf Basis der Gestaltelemente niedrigen bis mittleren Komplexität. Sie besitzen eine hohe Komplexität hinsichtlich der Aspekte, welche die Hybridität verursachen. Sie sind hybrid hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale wie zum Beispiel Werkstoff, Fertigungstechnologie, Rolle im Regelkreis oder strukturellen (Werkstoff-)Eigenschaften. HIKE sind entweder unmittelbar aus sich selbst heraus (intrinsisch) oder von außen (extrinsisch) regel- oder steuerbar oder tragen mittelbar durch sensorische, aktorische oder regelnde Eigenschaften zur Regel-/Steuerbarkeit des sie umgebenden Systems bei. Sie sind somit entweder selbst sekundär angepasst oder unterstützen die sekundäre Angepasstheit des sie umgebenden Systems. Während des Konstruierens mit HIKE werden sie nicht mehr wesentlich verändert. Sie sind einem konstruktionsrelevanten Verhalten, z. B. den Elementen und Größen eines Regelkreises, zugeordnet. HIKE unterscheidet die beschriebene Hybridität und Intelligenz von herkömmlichen Konstruktionselementen. Ein HIKE kann, wenn es die entsprechenden Eigenschaften aufweist, ein adaptronisches System sein. Ein HIKE kann auch in mechatronischen Systemen eingesetzt werden. In der Regel wird es aber alleinstehend kein mechatronisches System bilden. Die untersuchten HIKE erzielen die Hybridität in so, dass eine zerstörungsfreie Trennung der Regelkreiselemente nicht möglich ist.