antriebstechnik 6/2016

Simulation linearer und nichtlinearer
Werkstoffkombinationen in
mechatronischen Bauteilen
01 Experimenteller Aufbau Klimaschrank mit 3-D-Bildkorrelationssystem
Michael Fister, Patrick Obermann
Mechatronische Baugruppen werden durch
Wärmeeintrag von umliegenden Bauteilen und
eigenen Leistungsverlusten thermisch hoch belastet.
Durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
werden Spannungen hervorgerufen, die
zum Ausfall der Baugruppe führen können. Das
Fachgebiet für Mechatronik an der Universität Kassel
beschäftigt sich mit der Entwicklung eines einfach
anzuwendenden, schnellen Berechnungsverfahrens für
die Vorhersage von Spannungen in mechatronischen
Baugruppen. Somit lassen sich mögliche Fehlerquellen
bereits in der Konstruktionsphase erkennen.
Prof. Dr.-Ing. Michael Fister ist Leiter des Fachgebiets Mechatronik mit
dem Schwerpunkt Fahrzeuge an der Universität Kassel
Dipl.-Ing. P. Obermann ist wissenschaftlicher Mitarbeiter des Fachgebiets
Mechatronik mit dem Schwerpunkt Fahrzeuge an der Universität Kassel
In der Kraftfahrzeugtechnik und anderen Bereichen des Maschinenbaus
vereinen mechatronische Komponenten eine Vielzahl
von Funktionen innerhalb eines Gesamtsystems. Im Fokus steht
dabei die Verknüpfung der Mechanik mit der Elektronik sowie einer
übergeordneten Informationsverarbeitung. Aus den Anforderungen
an die mechatronische Gesamtkomponente wird eine Aufteilung in
zwei Funktionsgruppen notwendig. Die physikalische Funktionsgruppe
übernimmt die Energieumwandlung und Aktorik. Die logische
Funktionsgruppe übernimmt die Informationsverarbeitung
und den Informationsfluss.
Im Betrieb ist die physikalische Funktionsgruppe mechanischen
Belastungen zum Beispiel durch Kräfte und Reibung unterworfen.
Des Weiteren treten thermische Belastungen zum Beispiel durch
Leitungsverluste und die Strahlungswärme umliegender Wärmequellen
auf. Die physikalische Funktionsgruppe gliedert sich in
Haupt- und Nebenfunktionen. Am Beispiel einer permanent erregten
Synchronmaschine in einem Hybridantriebsstrang, stellt die
Umwandlung von elektrischer Leistung in eine mechanische Drehung
eine Hauptfunktion dar. Die Nebenfunktionen haben unterstützenden
oder ergänzenden Charakter und tragen indirekt zur Erfüllung
der Hauptfunktion bei. Am Beispiel der permanent erregten
Synchronmaschine werden Stromleitung, Isolation sowie Trag- und
Stützfunktion als Nebenfunktionen formuliert.
Um Haupt- und Nebenfunktionen innerhalb eines Bauteils zu
realisieren ist ein hohes Maß an Funktionsintegration erforderlich.
Vor diesem Hintergrund werden hohe Anforderungen an die verwendeten
Werkstoffe und die konstruktive Gestaltung der Komponente
gestellt.
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