Universität Stuttgart
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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 Designing actuation concepts for adaptive slabs with integrated fluidic actuators using influence matrices(2022) Nitzlader, Markus; Steffen, Simon; Bosch, Matthias J.; Binz, Hansgeorg; Kreimeyer, Matthias; Blandini, LucioPrevious work has shown that floor slabs make up most of the material mass of building structures and are typically made of reinforced concrete. Considering the associated resource consumption and greenhouse gas emissions, new approaches are needed in order to reduce the built environment’s impact on the ongoing climate crisis. Various studies have demonstrated that adaptive building structures offer a potential solution for reducing material resource consumption and associated emissions. Adaptive structures have the ability to improve load-bearing performance by specifically reacting to external loads. This work applies the concept of adaptive structures to reinforced concrete slabs through the integration of fluidic actuators into the cross-section. The optimal integration of actuators in reinforced concrete slabs is a challenging interdisciplinary design problem that involves many parameters. In this work, actuation influence matrices are extended to slabs and used as an analysis and evaluation tool for deriving actuation concepts for adaptive slabs with integrated fluidic actuators. To define requirements for the actuator concept, a new procedure for the selection of actuation modes, actuator placement and the computation of actuation forces is developed. This method can also be employed to compute the required number of active elements for a given load case. The new method is highlighted in a case study of a 2 m × 2 m floor.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 Auslegung hybrider Querpressverbände für erhöhte Betriebstemperaturen(2020) Wagner, Miriam; Binz, HansgeorgDie vorliegende Veröffentlichung befasst sich mit der Auslegung hybrider Querpressverbände, d. h. der Verbindung von Stahlwellen und vollkeramischen Naben, bei Betriebstemperaturen oberhalb der Raumtemperatur. Zunächst wird in einer Einführung auf die Vorteile dieser Verbindung eingegangen. Es folgt ein Überblick über den Stand der Forschung und die erzielten Ergebnisse bei Raumtemperatur. Die zwei bisher vorhandenen Auslegungsverfahren bedienen sich strukturmechanischer bzw. thermomechanischer Simulationen, um die wirkenden Kräfte auf die Fügepartner und die daraus resultierenden Verformungen zu berechnen. Mit den Ergebnissen wird eine neue Wellenform definiert. So gefertigte Wellen führen im Pressverband zu einem annähernd konstanten Fugendruckverlauf. Simulationen zeigen jedoch, dass sich diese Wellen nicht für den Betrieb bei erhöhten Temperaturen eignen. Um einen ähnlich günstigen Spannungszustand zu erreichen und Spannungsspitzen zu vermeiden, muss das Vorgehen modifiziert werden. Die hierfür notwendigen Schritte werden ausführlich beschrieben. Darüber hinaus werden anwendungsnahe Hinweise zur Optimierung der Ergebnisse bzw. geometrischen Gestaltung des Pressverbands gegeben.Item Open Access Geometrieanalyse und menschzentrierte Untersuchung zur markenspezifischen Formgebung von Produkten mit unterschiedlicher Aufbaugestalt(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2023) Fischer, Matthias Sebastian; Maier, Thomas (Prof. Dr.-Ing.)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.