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iwbtum

newsletter - iwb - TUM

August 2006 | Jahrgang 14

Nr. 3 ISSN 1434-324X

newsletter

Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften

Prof. Dr.-Ing. Michael Zäh | Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart | Technische Universität München | www.iwb.tum.de

Prognose von Prozess-Struktur-Wechselwirkungen

bei Werkzeugmaschinen

In einem von der deutschen Forschungsgemeinschaft (dFG) geförderten Projekt

wird in Zusammenarbeit mit dem lehrstuhl für angewandte Mechanik der tU

München ein effizientes und experimentell verifiziertes Vorgehen zur Modellbildung

und Simulation der Prozess-Struktur-Wechselwirkungen bei der drehbearbeitung

entwickelt. Basis der Untersuchungen ist das Modell eines dreh-Fräs-Zentrums,

das neben dem elastischen, reibungsbehafteten antriebsstrang und den nachgiebigen

Gestellbauteilen auch die auftretenden Zerspankräfte berücksichtigt.

EdItorIal

Längst sind die Zeiten vorbei, als Lernen nach Schule,

Ausbildung oder Studium aufhörte. Für den, der heute beruf-

lich erfolgreich sein möchte, gilt die Devise des „lebenslangen

Lernens“.

Das iwb bietet nicht nur angehenden Ingenieuren ein breit

gefächertes Ausbildungsangebot an, sondern engagiert sich

auch im Bereich der beruflichen Weiterbildung. Alljährlich ver-

anstaltet das iwb eine Reihe an Fachseminaren, die sich an

den aktuellen Bedürfnissen der Unternehmen orientieren und

den Teilnehmern neue Technologien, Methoden und Trends

aus dem Bereich der Produktionstechnik vorstellen. Unsere

Referenten sind Professoren der Technischen Universität Mün-

chen, Wissenschaftler aus der Forschung und Spezialisten

aus der Wirtschaft, die für Kompetenz und Innovation stehen.

Details zu unseren diesjährigen Seminaren erfahren Sie in die-

sem newsletter. Außerdem stellen wir Ihnen neue Möglich-

keiten des Rührreibschweißens und Werkzeuge zur ganzheit-

lichen Simulation von mehrachsigen Werkzeugmaschinen vor.

Wir wünschen Ihnen eine erkenntnisreiche Lektüre.

Herzlichst

Ihr

Michael Zäh

3

Bei spanenden Werkzeugmaschinen ist

neben dem dynamischen Bewegungsverhalten

der Antriebe und Achsen auch

die Stabilität im Bearbeitungsprozess ein

entscheidendes Auslegungskriterium. Die

bei der Spanabhebung auftretenden Kräf-

Inhalt

(Fortsetzung Seite 2)

Seite 1–3

n Prognose von Prozess-Struktur-

Wechselwirkungen bei Werkzeugmaschinen

Seite 3–4

n Mechatronik-Simulation

einer mehrachsigen Werkzeugmaschine

Seite 4–6

n Schneller von der Entwicklung zur

fertigen Maschine

Seite 6-8

n Rechnergestützte Konfigurationsoptimierung

adaptronischer Komponenten

für Werkzeugmaschinen

Seite 8–9

n Reibschweißen – Auf dem

Weg zu einem besseren

Prozessverständnis

Seite 10

n Die iwb Forschungsberichte feiern

Jubiläum: Im August erscheint die

Ausgabe 200

n Produktionsmanagement

– Herausforderung Variantenmanagement

Seite 11

n Rapid Manufacturing: Heutige

Trends – Zukünftige Anwendungsfelder

n Optimierungspotenziale der Werkzeugmaschine

nutzen

Seite 12

n Virtuelle Inbetriebnahme –

Von der Kür zur Pflicht?

n CARV2007 – 2nd International

Conference on Changeable,

Agile, Reconfigurable and Virtual

Production


te wirken am Werkstück und am Werkzeug

auf die Maschinenstruktur ein und verursachen

sowohl statische als auch dynamische

Verformungen. Die dabei auftretenden relativen

Bewegungen zwischen Werkzeug

und Werkstück sind den eingestellten Spanungsgrößen

überlagert, wodurch sich neben

der unmittelbaren Beeinträchtigung der

Fertigungsqualität auch zeitlich veränderliche

Spanungsquerschnitte ergeben. Die

dynamische Modulation der Prozesskräfte

über diesen Rückkopplungsmechanismus

kann je nach Prozesseinstellung zu einem

instabilen Anklingen der Schwingungen und

damit zum Rattern der Maschine führen.

Einflussgrößen auf die

Zerspanung

Die mathematische Beschreibung der Prozess-Struktur-Wechselwirkungen

stellt nach

wie vor eine Herausforderung dar. Dabei

kann die Abbildung der Systemdämpfung

des Wirkungskreises Maschine-Zerspanprozess

als bisher ungelöste Problemstellung

hervorgehoben werden. Des Weiteren sind

Nichtlinearitäten im Systemverhalten und die

komplexen Wirkzusammenhänge aller rele-

Abb. 1 (oben):

Geometrische

Verhältnisse bei

der Drehbewegung.

Abb. 2 (links):

Versuchsaufbau

zur Ermittlung

der Prozess-

Struktur-Wechselwirkungen.

vanten Einflussgrößen in die Betrachtungen

einzubeziehen.

Die bei der Zerspanung verrichtete Arbeit

wird größtenteils in Wärme und zu einem

geringen Prozentsatz in latente Energie im

Span, Werkstück und Werkzeug umgewandelt.

Die latente Energie setzt sich dabei aus

der kinetischen Energie zur Spanbeschleunigung

sowie aus chemischen, elektrischen

und durch plastische Formänderung im

Werkstückstoff gebundene Anteile zusammen.

Die Umwandlung der eingebrachten

Zerspanungsenergie in Wärme kann als adiabatischer

Vorgang betrachtet werden. Dabei

verändern sich die Temperaturfelder im

Werkstück und Werkzeug so lange, bis ein

Gleichgewicht zwischen zu- und abgeführten

Wärmemengen erreicht ist. Da die Temperatur

eine wesentliche Einflussgröße bei

der Zerspanung darstellt, sind deren vielfältigen

Wechselwirkungen mit anderen Parametern

in einem ganzheitlichen Zerspankraftmodell

zu berücksichtigen. So bewirken

beispielsweise die mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit

steigenden Temperaturen

einerseits eine Entfestigung des Werkstoffes.

Andererseits führen sie zu höherem Werkzeugverschleiß,

was sich negativ auf die Reibung

an der Span- und Freifläche auswirkt

und damit wiederum eine größere Wärmeeinbringung

in das System hervorruft.

Implementierung eines

Zerspankraftmodells

Bisherige empirische und analytische Modelle

besitzen nur für einen spezifischen Anwendungsbereich

Gültigkeit. Daraus ergibt sich

die Forderung, einen flexiblen und modularen

Aufbau der Zerspankraftmodellierung

zu realisieren. Der am iwb entwickelte Ansatz

baut auf dem Scherebenenmodell auf

und berücksichtigt bei der mathematischen

Beschreibung des Scherwinkels sowohl das

Verhältnis von Reib- zu Spanwinkel als auch

die Temperatur und den Werkzeugverschleiß.

Die geometrischen Verhältnisse bei Drehprozessen

sind vereinfacht in Abbildung 1 dargestellt.

Bei der Implementierung des Zerspankraftmodells

wird ergänzend die Abhängigkeit

des Reibwertes von der Normalspannung

sowie die des Scherwinkels von der

Kontaktlänge der Schneide zum Span untersucht.

Bei Werkstoffverfestigung wird auf

das Scherzonenmodell zurückgegriffen. Die

Ermittlung des Verformungsverhaltens erfolgt

basierend auf materialkundlichen Vorgängen,

wobei auch der Einfluss der Temperatur

und der Formänderungsgeschwindigkeit

auf die Werkstoffwiderstandsgrößen mit einbezogen

wird. Bei Zerspanprozessen ist die

Voraussetzung der Coulomb’schen Reibung

aufgrund der hohen auf der Spanfläche wirkenden

Normalspannungen nicht mehr gegeben.

Zusätzlich rufen variierende Eingriffsverhältnisse

veränderliche Reibungskräfte an

Span- und Freifläche hervor, die sich dämpfend

auf vorhandene Strukturschwingungen

auswirken können. Starke Reibung auf der

Spanfläche bewirkt ferner einen kleineren

Scherwinkel, der eine stärkere Formänderung

des zu spanenden Werkstoffes bedingt.

Ein weiterer wesentlicher Aspekt ist der Einfluss

der Regelung, die das dynamische Prozess-Struktur-Verhalten

je nach Einstellung

der Reglerparameter positiv oder negativ beeinflusst.

Experimentelle Verifikation des

Prozess-Struktur-Modells

Die Simulation der Prozess-Struktur-Wechselwirkungen

erfolgt mit Hilfe eines hybriden

Mehrkörpersystems, in welchem das Übertragungsverhalten

der Verbindungselemente

und auch die nachgiebige Gestellstruktur

abgebildet sind. Die Ermittlung der Strukturparameter

erfolgt anhand eines Finite-Elemente-Modells

mit integrierten Antriebssträngen,

welches mit einer experimentellen Modalanalyse

abgeglichen wurde. Aufgrund des

hohen Detaillierungsgrades bei der Modellbildung

des mechanischen Systems konnte

iwb Newsletter 3 8/2006


dabei bei den Eigenmoden eine Übereinstimmung

von 98,5 % zwischen Simulation und

Messung erreicht werden.

Für die experimentelle Verifikation der Prozess-Struktur-Wechselwirkungen

wird im

Rahmen des Forschungsprojektes ein Verfahren

entwickelt, mit dem gleichzeitig die

Zerspankräfte und die Verlagerungen von

Werkstück bzw. Werkzeug aufgenommen

werden können. Für die Messung von

Schnitt-, Vorschub- und Passivkraft kommt

ein 3-Komponenten-Werkzeughalter-Dynamometer

zum Einsatz (Abbildung 2). Die

Bestimmung der relativen Verlagerung an

der Wirkstelle des Zerspanprozesses erfolgt

am Werkzeug mit Hilfe von 3D-Beschleunigungsaufnehmern

und werkstückseitig mit

induktiven Wirbelstromsensoren. Zur Ermittlung

der Systemdämpfung an der Wirkstelle

wird in einem weiteren Schritt eine im-

iwb Newsletter 3 8/2006

pulsförmige Anregung in die Struktur eingebracht.

Parallel werden die zeitlichen Weg-

Verläufe in den Messsystemen aufgezeichnet,

um den Einfluss der Regelung auf die

Systemdämpfung abschätzen zu können.

Um einen Zusammenhang zwischen der

auf die Spanfläche wirkenden Normalspannung

des abfließenden Spanes und dem

Reibwert zu bestimmen, wird die Freifläche

einer Wendeschneidplatte mit definierter

Kraft gegen ein rotierendes Werkstück gedrückt.

Aus den gemessenen Kraftverläufen

kann anschließend die auftretende Reibkraft

in Abhängigkeit der Temperatur und

der Normalspannung ermittelt und mathematisch

im Zerspankraftmodell beschrieben

werden. Bei der Abbildung der Normal- und

Schubspannungsverteilung auf der Spanfläche

wird dabei auf vorhandene Analysen

zurückgegriffen. Für die Untersuchung der

Temperaturabhängigkeit des Reibwertes

Mechatronik-Simulation einer mehrachsigen

Werkzeugmaschine

Bei der Entwicklung und optimierung von mechatronischen Systemen müssen

die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen physikalischen Effekten

berücksichtigt werden. die kopplung von mechanischen, elektrischen und regelungstechnischen

teilsystemen erfordert Methoden, die eine effiziente Untersuchung

der relevanten Eigenschaften anhand eines virtuellen Maschinenmodells

ermöglichen. am iwb werden dazu Werkzeuge entwickelt, die für die

ganzheitliche Simulation von mehrachsigen Werkzeugmaschinen eingesetzt

werden können.

Werkzeugmaschinen sind in ihrer heutigen

Form typische Beispiele für mechatronische

Systeme. Zwischen dem Erzeugungspunkt

der Führungsgrößen im

Interpolator und ihrem Bestimmungsort an

der Prozessstelle liegt eine informationstechnisch

verzweigte Übertragungsstrecke

mit regelungstechnischen, elektrischen und

mechanischen Teilstrecken. Aufgrund der

Rückführung von Messgrößen an die Antriebsregelung

und der Rückwirkung des

Zerspanprozesses auf die mechanische

Struktur liegen mehrfache Rückkopplungen

innerhalb des Gesamtsystems vor. Die

Prozesslasten aus den Antrieben und dem

Werkzeug-Werkstück-Eingriff rufen Kraftreaktionen

an den Koppelstellen der mechanischen

Komponenten hervor. Die Verbindungs-

und Übertragungselemente (Führungen,

Lager, Spindeln, etc.) sowie die Gestellkörper

selbst erfahren Deformationen

statischer und dynamischer Art. Die damit

verbundenen Schwingungen des mechanischen

Systems überlagern einerseits die

Messwerte der Sensorsysteme und begrenzen

die Regelkreisdynamik, andererseits

besteht die Gefahr der regenerativen

Rückkopplung durch die Zerspankräfte.

Mechanisches System

Um für ein Maschinenkonzept ein maximales

Leistungsergebnis zu erzielen, muss

während der konstruktiven Gestaltung der

Maschine ein Kompromiss aus maximaler

Steifigkeit und minimaler Masse gefunden

werden. Die Finite-Elemente-Methode

(FEM) stellt in diesem Zusammenhang

ein weithin akzeptiertes und verifiziertes

Verfahren zur Ermittlung dynamischer

Schwachstellen der Maschinenstruktur dar.

Die Analyse der Antriebssysteme erfordert

dabei ein integriertes FEM-Modell des Maschinengestells

und der mechanischen Antriebskomponenten.

Die in diesem Beitrag beschriebenen Simulationsverfahren

wurden anhand eines

9-achsigen Dreh-Fräszentrums verifiziert.

Der kinematische Aufbau dieser Maschine

ermöglicht die parallele Bearbeitung von

zwei Werkstücken und zeichnet sich durch

den flexiblen Einsatz der beiden Werkzeugeinheiten

aus. Abbildung 1 zeigt u. a. das

FEM-Modell des Dreh-Fräszentrums, in dem

die Übertragungsmechaniken der translatorischen

und rotatorischen Achsen als detaillierte

FEM-Strukturen modelliert sind.

werden im Werkstück und Werkzeug Thermoelemente

ein- bzw. angebracht.

Zusammenfassung

In dem vorliegenden Beitrag wurde die Erweiterung

bestehender Zerspankraftmodelle

vorgestellt. Dabei wurden Parameter

aufgezeigt, deren gegenseitige Beeinflussungen

in bisherigen Modellen nicht

in vollem Umfang berücksichtigt werden.

Um der Vielzahl an Bearbeitungssituationen

gerecht zu werden, ist dabei ein modularer

Aufbau unabdingbar. Durch intensive

Grundlagenforschung werden hierzu

am iwb Verfahren erarbeitet, mit denen die

Wechselwirkung von Zerspanprozess und

nachgiebiger Maschinenstruktur im Vorfeld

simuliert und damit ein Optimum aus Produktivität

und gewünschter Bearbeitungsgenauigkeit

ermittelt werden kann.

Florian Schwarz

kopplung der teilsysteme

Die lagegeregelten elektrischen Antriebe

werden in der üblichen Form eines regelungstechnischen

Blockmodells abgebildet.

Dieses berücksichtigt das Verhalten von

der Vorgabe der Führungsgrößen durch

den Interpolator, über die Aufnahme der

aktuellen Istwerte, hin zur Umsetzung der

Ergebnisse der Regelungssysteme in die

Antriebsmomente der Servomotoren. Um

das FEM-Modell des mechanischen Sys-

tErMInE 2006

n iwb Seminare

(Fortsetzung Seite 4)

Mechatronik

Optimierungspotenzial der Werkzeugmaschine

nutzen

21.09.2006 – iwb Garching

Virtuelle Inbetriebnahme

Von der Kür zur Pflicht?

28.09.2006 – iwb Garching

— VorankündIGUnG —

CarV 2007

2nd International Conference on Changeable,

Agile, Reconfigurable and Virtual Production

23. – 24. 07. 2007, Toronto, Canada.

n iwb Messen

Euromold 2006

Frankfurt/Main, 29.11. – 30.11.2006


Abb. 1: Mechatronisches Gesamtmodell

tems in die Regelungssimulation einzukoppeln,

werden die modal reduzierten Bewegungsgleichungen

in die für die numerische

Integration im Zeitbereich besser geeignete

Darstellungsform einer Zustandsraumdifferentialgleichung

überführt. Als Eingangsgrößen

des Gleichungssystems werden die

an den Motorwellen anliegenden Antriebsmomente

der Servomotoren verwendet.

Als Ausgangsgrößen werden die von den

Weg- und Geschwindigkeitssensoren gemessenen

Systemzustände aus dem Gleichungssystem

ausgeleitet (Abbildung 1).

Mechatronik-Simulation

Die aus der Modellkopplung der dargestellten

elektrisch-regelungstechnischen

und mechanischen Teilsysteme hervorgehende

Simulationsmethodik ermöglicht die

Analyse des Maschinenverhaltens in Regelung

unter Einbeziehung der nachgiebigen

Gestellstruktur. Durch Simulation kann damit

frühzeitig im Entwicklungsprozess die

Leistungsfähigkeit der zu realisierenden

Maschine abgeschätzt werden. Für die

Verifikation des mechatronischen Simulationsmodells

des oben beschriebenen

Dreh-Fräszentrums wurden Messungen

im Zeit- und im Frequenzbereich durchgeführt.

Abbildung 2 zeigt beispielhaft einen

Vergleich von gemessener und simulierter

Drehzahlreglerstrecke. Dabei sind quantitativ

sehr gute Übereinstimmungen zwischen

Wie eine Studie der Forschungsvereinigung

Werkzeugmaschinen und

Fertigungstechnik gezeigt hat, ist der

Entwicklungsprozess im Maschinen- und

Anlagenbau stark sequentiell geprägt. Zu

Beginn legt die mechanische Konstruk-

dem Modell und der realen Maschine erkennbar.

optimierung mehrachsiger

Maschinen

Die Untersuchung hat ergeben, dass insbesondere

im Fall der parallelen Werkstückbearbeitung

(z. B. Schlichten an der Hauptspindel,

Schruppen an der Gegenspindel)

die Simulation der Wechselwirkungen zwischen

den einzelnen Vorschubachsen einen

wichtigen Beitrag zur Verbesserung

des dynamischen Gesamtverhaltens liefert.

So kann bei Anregung auf die Achse i die

Auswirkung auf die Achse j simuliert werden

(Crosstalk). Dabei kann das mechatronische

Gesamtsystem einerseits durch Anpassung

der Reglerparameter und andererseits durch

konstruktive Verbesserungsmaßnahmen in

der Gestellstruktur und den Vorschubachsen

optimiert werden.

Für die Betrachtung des Einschwingverhaltens

wurde die Simulation einer Sprunganregung

von 1 mm Höhe auf eine Achse

i durchgeführt und die Auswirkungen

am Messsystem einer anderen beliebigen

Achse j detektiert. Abbildung 3a zeigt dabei

den Soll- und den Istwertverlauf der simulierten

Daten der Achse i bei Variation

des Verstärkungsfaktors des Lagereglers.

In Abbildung 3b wird die Wirkung der Verringerung

dieses Verstärkungsfaktors veranschaulicht,

die bei Übernahme des Parameters

in die reale Maschine zu einem

qualitativ besseren Bearbeitungsergebnis

auf der Achse j führen würde.

Zusammenfassung

Voraussetzung für die effiziente Entwicklung

hoch leistungsfähiger und genauer

Werkzeugmaschinen ist die frühzeitige integrierte

Analyse des mechatronischen Gesamtsystems

durch Simulation. Die dafür

benötigten Verfahren werden hierzu am iwb

in Zusammenarbeit mit der Industrie entwi-

Schneller von der Entwicklung zur fertigen Maschine

der Maschinen- und anlagenbau steht vor der aufgabe, immer mehr Funktionalität

in einem System unterzubringen. Gleichzeitig müssen zunehmend kundenanforderungen

zur spezifischen anpassung, insbesondere bei der auswahl

der Betriebsmittel, erfüllt werden. Mit organisatorischen und softwaretechnischen

Maßnahmen kann Sorge dafür getroffen werden, dass insbesondere

bei anpassungskonstruktionen den stetig steigenden anforderungen rechnung

getragen wird.

tion die wesentlichen Eigenschaften des

Systems fest. Darauf aufbauend werden

die fluidtechnischen und elektrischen

Komponenten sowie deren Beschaltung

festgelegt. Die Entwicklung bzw. Anpassung

der Software erfolgt meist zum

Abb. 2: Drehzahlreglerstrecke Simulation-

Messung

Abb. 3: Sprunganregung

ckelt und zur Anwendung gebracht. Durch

die detaillierte Abbildung aller im Kraftfluss

befindlicher mechanischer Elemente kann

dabei eine sehr gute Übereinstimmung

zwischen Simulation und Messung erreicht

werden. Die Kopplung der elektrisch-regelungstechnischen

und mechanischen

Teilmodelle ermöglicht die ganzheitliche

Analyse des geregelten Maschinenverhaltens

unter Berücksichtigung strukturdynamischer

Einflüsse. Durch die iterative Abstimmung

der Reglerparameter kann dabei

ein Gesamtoptimum ermittelt und so die

Produktivität und Genauigkeit einer Werkzeugmaschine

maximiert werden.

Marcus Hennauer, Florian Schwarz

Schluss, oftmals an der fertigen Maschine.

Funktionsbeschreibung

Der Grund für ein stark sequentiell geprägtes

Vorgehen ist, dass die Konstrukteure

der einzelnen Fachrichtungen auf die

Arbeiten der jeweils anderen aufbauen.

Beispielsweise wird zuerst eine Schutztür

konstruiert und anhand ihrer Maße und ihres

Gewichts ein Zylinder zum Betätigen

sowie ein zugehöriges Schaltventil und ein

Endlagenschalter ausgesucht. Erst dann

wird die elektrische Beschaltung geplant

iwb Newsletter 3 8/2006


und die zugehörige Steuerungssoftware

entwickelt.

In einer Funktionsbeschreibung werden die

wesentlichen Eckdaten der Schutztür festgelegt,

bevor man mit der Konstruktionsarbeit

beginnt. Wird im Vorfeld festgelegt,

dass sie pneumatisch betätigt und in ihren

Endlagen überwacht wird, können die Entwicklungstätigkeiten

der einzelnen Fachbereiche

weitgehend parallel erfolgen. Am

iwb wurde eine Vorgehensweise entwickelt,

mittels derer die funktionalen Aspekte von

Maschinen und Anlagen formal spezifiziert

werden können. Aus dieser Spezifikati-

iwb Newsletter 3 8/2006

on ist es möglich Kerndokumente für die

Konstruktion, wie Stromlauf- und Fluidpläne

sowie Weg-Zeit-Diagramme teilautomatisch

abzuleiten.

Zur Unterstützung des Vorgehens wurde

eine Software entwickelt, die mittlerweile

als kommerzielles Produkt am Markt erhältlich

ist. Abbildung 1 zeigt eine Aufnahme

dieses Produkts mit einer Funktionsbeschreibung

und verschiedenen Dokumenten.

Die Software verfügt neben den oben

aufgeführten Merkmalen über eine Anbindung

zu den 3D-CAD-Systemen Catia und

Pro/Engineer.

Abb. 1: Werkzeug zur integrierten Funktionsbeschreibung und Konstruktion mit einer Funktionshierarchie

(links), einer Wirkskizze (rechts oben), einem Weg-Zeit-Diagramm (rechts

unten) und einem Stromlaufplan (Mitte)

Abb. 2: Konzept der virtuellen Inbetriebnahme.

Virtuelle Inbetriebnahme

Während die Funktionsbeschreibung die

Konstruktion der Hardware einer Maschine

unterstützt, bietet sie noch keinen geschlossenen

Ansatz zur Entwicklung der

Steuerungssoftware. Da diese erst an der

fertig gestellten Maschine programmiert

und getestet wird, kann sie erst kurz vor

der Maschinenabnahme erstellt werden. In

der Folge stehen die Programmierer meist

unter Zeitdruck.

Um die geschilderte Problematik zu entschärfen,

können Maschinen an einem virtuellen

Modell in Betrieb genommen werden.

Die Steuerung wird hierzu über einen

Feldbus an einen Simulationsrechner angebunden,

auf dem das physikalische Verhalten

der Maschine abgebildet wird (vgl.

Abb. 2). Dieses wird aus der Maschinendokumentation

in Form von technischen

Zeichnungen sowie Stromlauf- und Fluidplänen

modelliert.

Durch dieses Vorgehen ist es möglich, Maschinensoftware

zu testen, bevor die zugehörige

Hardware fertig gestellt wird. Somit

können Abläufe parallelisiert werden. Ein

weiterer Vorteil liegt darin, dass gefahrlos

Fehlersituationen geprüft werden können,

die an einer realen Maschine zur Gefährdung

des Bedienpersonals oder zu hohem

Sachschaden führen können.

Zusammenfassung

Der steigende Funktionsumfang von Maschinen

und Anlagen erfordert neue Vorgehensweisen,

um die gestiegene Komplexität

zu beherrschen und den Entwicklungsaufwand

in Grenzen zu halten. Mittels einer

geordneten Funktionsbeschreibung wird eine

Basis geschaffen, um die wesentlichen

Aspekte für die Konstruktionsarbeiten in

der Mechanik, Elektrik und Fluidtechnik zu

parallelisieren.

Darüber hinaus ermöglicht die virtuelle Inbetriebnahme

die Erstellung und das Testen

der Maschinensoftware zu einem gegenüber

dem klassischen Vorgehen vorgezogenen

Zeitpunkt.

MItarBEItEr

neue Mitarbeiter

Dipl.-Ing. Martin Ostgathe

Dipl.-Ing. Pascal Krebs

Dipl.-Ing. Tobias Föckerer

(Fortsetzung Seite 6)

ausgeschiedene Mitarbeiter

Dr.-Ing. Wolfgang Wagner


ausblick

Aktuelle Forschungsergebnisse legen nahe,

dass die Modelle für die virtuelle Inbetriebnahme

teilweise bereits aus der Funktionsbeschreibung

abgeleitet werden können. In

der Folge würde der Aufwand für die Erstellung

der Simulationsmodelle deutlich

verringert. Dadurch ist eine weitere Verkürzung

der Entwicklungszeiten denkbar.

der Begriff Adaptronik beschreibt unter

anderem die aktive Dämpfung von

Strukturschwingungen und Schallemissionen.

Diese Disziplin wird bereits seit einigen

Jahren in Grundlagenprojekten intensiv

untersucht. Dabei werden aufgrund

der hohen dynamischen Anforderungen ty-

Zukünftige Forschungsarbeiten des iwb

werden sich daher darauf konzentrieren,

wie Simulationsmodelle aus Konstruktionsdaten

abgeleitet werden.

Denkbar ist beispielsweise auch das

schrittweise Programmieren einer Steuerung

zu einem noch weiter vorgezogenen

Zeitpunkt begleitend zur Maschi-

rechnergestützte konfigurationsoptimierung

adaptronischer komponenten für Werkzeugmaschinen

obwohl die Vorteile aktiver Schwingungsdämpfung auf der hand liegen, findet

eine industrielle anwendung kaum statt. der Grund hierfür liegt in der fehlenden

Systematik zur aktiven reduktion der dynamischen nachgiebigkeit von

Maschinenstrukturen. das hier beschriebene, rechnergestützte Verfahren ermöglicht

den gezielten Einsatz von aktorik, Sensorik und regelung in den frühen

Entwicklungsphasen. damit soll die Basis für eine effiziente Integration der

adaptronik in die Werkzeugmaschinenindustrie geschaffen werden.

IMPrESSUM

Der iwb newsletter erscheint vierteljährlich

und wird herausgegeben vom

Institut für Werkzeugmaschinen und

Betriebswissenschaften (iwb)

Technische Universität München

Boltzmannstraße 15, D-85748 Garching

Tel.: 089/289-155 00, Fax: 089/289-155 55

ISSN 1434-324X

Redaktion: Dipl.-Kffr. Nicole Raab (verantw.)

Tel.: 089/289-155 37

E-Mail: nicole.raab@iwb.tum.de

Web: www.iwb.tum.de

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E-Mail an info@iwb.tum.de

pischerweise Piezokeramiken sowohl als

Aktoren als auch als Sensoren eingesetzt.

Bislang fehlt eine Systematik zur gezielten,

optimalen Platzierung aktiver Komponenten

an Maschinenstrukturen. Die Erarbeitung

eines solchen systematisierten Vorgehens

ist Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens

und wird im Rahmen des Schwerpunktprogramms

1156: „Adaptronik für

Werkzeugmaschinen“ durch die Deutsche

Forschungsgemeinschaft gefördert.

Zielsetzung

Gegenstand des Vorhabens ist die Erarbeitung

eines Verfahrens zur optimalen Platzierung

und dem automatisierten Entwurf

der Reglerstruktur aktiver Komponenten.

Es gilt mit Hilfe piezokeramischen Funkti-

Abb. 1: Relativnachgiebigkeit des Fallbeispiels (Virtumat)

nenentwicklung. Hierzu könnte der Code

schrittweise auf einer virtuellen Steuerung

erstellt werden. Zu jedem beliebigen Zeitpunkt

kann der aktuelle Stand der Software

dann gegen das Simulationsmodell,

wie es aus den CAD-Daten abgeleitet

wird, getestet werden.

Florian Grätz

Georg Wünsch

onsmaterialien möglichst viele kritische Eigenschwingungen

von Werkzeugmaschinen

gleichzeitig zu reduzieren. Abbildung 1

zeigt das im Rahmen dieser Arbeit herangezogene

Fallbeispiel, repräsentiert durch

ein Fräsportal, welches beispielsweise eine

kritische Relativnachgiebigkeit bei 88 Hz

aufweist.

Auf der Basis von modalen Maschinenmodellen

und Aktorkennfeldern sollen, unter

Verwendung eines am iwb zu entwickelnden

Software-Tools, bestmögliche Positionen

von Aktor-Sensor-Konfigurationen

bestimmt werden. Hierzu wird ein Optimierungsalgorithmus

mit mehreren Kriterien

formuliert, um so unter der Berücksichtigung

von Randbedingungen wie u. a. Bauraum,

Aufwand und Kosten schon während

der frühen Entwicklungsphasen Aktor-Sensor-Varianten

aufzeigen zu können.

lösungsansatz

Aus dem Nachgiebigkeitsverhalten ergibt

sich für einen Arbeitspunkt mit einer

bekannten Erregerkraft für jeden Struk-

iwb Newsletter 3 8/2006


turpunkt eine Schwingung mit einer bekannten

relativen Verlagerung und einer relativen

Dehnungsenergie. Damit kann nun

einem Punktepaar, dessen Punkte auf benachbarten

Komponenten liegen, ein Wegbetrag

(relative Verlagerung) und ein Kraftbetrag

(umgerechnet durch die Steifigkeit

der Verbindung) zugeordnet werden. Abbildung

2 zeigt das Knotenmodell einer Fräsmaschine

mit vier markierten Strukturstellen.

Für die vier beispielhaften Punkte der Maschine

gemäß Abbildung 2 werden die entsprechenden

Arbeitspunkte in ein qualitatives

Aktorkennfeld in Abbildung 3 eingetragen.

Um die höchste Betriebsleistung des

Aktors zu erreichen ist der Arbeitspunkt in

den mittleren Bereich des Kennfelds zu legen.

Der maximale Stellweg ist durch die

Konstruktion und die Größe des Aktors

festgelegt. Die Grenzwerte der Belastung

sind von der mechanische Konstruktion

des Aktors abhängig, wobei die Piezomaterialien

sehr empfindlich sind. Über Hebelmechanismen

zwischen Aktor und Struktur

können die Arbeitspunkte entlang von

Hyperbeln konstanter Energie verschoben

werden. So kann z. B. der Strukturpunkt

3, der aufgrund einer zu großen erforderlichen

Kraft außerhalb des Aktorkennfeldes

liegt, durch einen entsprechenden Mechanismus

(Hebel) in den Arbeitspunkt 3 innerhalb

der Kennfelder der vorhandenen

Aktoren überführt werden. Dieser verfügt

über Reserven gekennzeichnet durch die

Abstände zu den maximal zulässigen Werten

für Spannung, Kraft und Stellweg. Arbeitspunkte

1 und 2 können auch zu einem

günstigeren Bereich bewegt werden. Punkt

4 zeigt exemplarisch, wie der gewählte Aktor

an einer Strukturstelle nicht eingesetzt

werden kann.

Das oben beschriebene Vorgehen ist zur

Wahl einer geeigneten Stelle zum Einsatz

des Aktors mittels eines Optimierungsverfahrens

vorzunehmen. Hierfür eignet sich

besonders die Methode der Multi-Objective-Optimization,

da die optimale Lösung

iwb Newsletter 3 8/2006

in diesem Fall einen Kompromiss zwischen

mehreren Designvariablen darstellt. Wie

Abbildung 4 zeigt, werden beispielsweise

neben Kriterien wie Kraft-, Dehnungs- und

Spannungsreserve auch Kosten, Geometrie

und der Aufwand für den Einbau berücksichtigt.

Nachdem wie in Abbildung 5 rechts gezeigt

die optimale Aktorkonfiguration be-

Abb. 4: Kriterien des Optimierungsalgorithmus

Abb. 5: Reglerstruktur und optimale Aktorkonfiguration

Abb. 2 (links): Modales

Ersatzmodell

Abb. 3 (rechts): Aktorkennfeld

(qualitativ)

stimmt ist, werden aus dem modalen Ersatzmodell

der Maschine automatisch die

Parameter für einen Loop-Forward-Regler

abgeleitet (vgl. Abbildung 5 links).

Es gibt mehrere Möglichkeiten die Reglereingangsgröße,

also die Prozesskraft, zu

identifizieren. Entweder erfolgt die Erfassung

(Fortsetzung Seite 6)


über eine Kraftmessplattform direkt am Ort

des Prozesses oder über einen im Aktor integrierten

Sensor. In diesem Fall wird die wirkende

Prozesskraft auf der Basis der modalen

Ersatzmodelle berechnet. Das Übertragungsverhalten

zwischen Aktor und Werkzeug

bzw. Aktor und Einspannung wird moduliert

und ergibt dann die Aktorkraft, die

der Deformation durch die Prozesskraft entgegenwirkt.

Durch die Regelung des Aktorspannungssignals

kann diese Kraft mit hoher

Genauigkeit eingestellt und variiert werden.

ausblick

Die bisherige Arbeit soll um weitere Aktorprinzipien

und Aktorgeometrien erweitert

werden. Hierzu müssen alle Punkte des

Knotenmodells berücksichtigt werden, da

beispielsweise ein Aktor mit einer Gegenmasse

theoretisch an allen Strukturpunkten

angreifen kann.

Mit der Verallgemeinerung der Methodik ist

eine Systematisierung des Einsatzes von

Adaptronik für Werkzeugmaschinen mög-

lich. Für die Konstruktion ist es von großem

Vorteil, die Integration von aktiven Komponenten

anhand von Knotenmodellen bzw.

vereinfachter FE-Modelle zukünftig automatisiert

beurteilen zu können.

Deshalb ist das Forschungsziel die entwickelten

Programme in der industriellen

Entwicklung von Werkzeugmaschinen zur

Anwendung kommen zu lassen.

Haitham Rashidy

Matthias Waibel

reibschweißen – auf dem Weg zu einem besseren

Prozessverständnis

Für das reibschweißen sind zwei unterschiedliche Prozess- und anlagentypen

bekannt. Zum Schwungradreibschweißen sind im Gegensatz zum kontinuierlichen

reibschweißen nur wenige Untersuchungen verfügbar. durch das geringe

Wissen zum schwungradgetriebenen Prozess ist ein definierter regelnder

Eingriff in die Schweißung bisher nicht möglich. Mit dem ausbau der kenntnisse

zum Schwungradreibschweißen und dem aufbau eines entsprechenden

Prozessmodells kann dieses defizit behoben werden. auf der Basis eines ausreichend

abgesicherten Prozessmodells kann das Schwungradverfahren zu

einem Verfahren für das drehwinkelgenaue Verschweißen von vorbearbeiteten

Bauteilen erweitert werden.

In Zusammenarbeit mit MTU Aero Engines

GmbH und Kuka Schweissanlagen

GmbH bearbeitet das iwb, gefördert durch

die Bayerische Forschungsstiftung, ein

Projekt zur Untersuchung des Reibschweißens.

Ziel ist es, Fertigteile vornehmlich im

Bereich der Luftfahrttriebwerke, zu verschweißen

und dadurch neue Möglichkeiten

für den Triebwerksbau zu eröffnen

und Kosten einzusparen.

anwendungsbereich und

aktuelle Entwicklungstrends

Das Reibschweißen bietet den Vorteil, dass

Werkstücke mit unterschiedlichen Geometrien

und Durchmessern stoffschlüssig

miteinander verbunden werden können.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Möglichkeit,

unterschiedliche Werkstoffe miteinander zu

verbinden, so z. B. ein Turbinenläuferrad

aus einer warmfesten Nickellegierung mit

einer Welle aus Einsatzstahl.

Aufgrund dieser wichtigen Vorteile findet

das Reibschweißen Anwendung im Automobilbau

sowie in der Luftfahrtindustrie.

Wegen zunehmendem Einsatz warmfester

Werkstoffe wächst das Interesse an

Reibschweißverfahren. Häufig werden jedoch

neue Werkstoffkombinationen gefügt,

was aufgrund fehlender Daten eine

neue Untersuchungsreihe notwendig

macht, um die Schweißparameter zu ermitteln.

Um Fertigteile präzise zu verschweißen,

muss nicht nur die Ausrichtung entlang

der Achse zu kontrolliert werden, sondern

auch die Drehlage um die Achse. Dies ist

notwendig, da bereits gefertigte, nicht rotationssymmetrische

Konturen eine zueinander

vorgegebene Lage einnehmen müssen.

Entsprechendes kann für kontinuierliches

Reibschweißen durch geregeltes

Abbremsen der Spindel bereits durchgeführt

werden. Für das in der Luftfahrtindustrie

meist angewendete Schwungradreibschweißen,

ist entsprechendes noch nicht

realisiert. Die Drehlage nach dem Schweißen

ist nicht definiert, da der Prozess erst

zum Stillstand kommt, wenn die Rotationsenergie

aufgebraucht ist.

Prozessablauf für das

reibschweißen

Zwei Werkstücke werden in einem fest stehenden

und in einem rotierenden Spannfutter

eingespannt und die Schweißflächen

miteinander in Kontakt gebracht. In

der Einreibphase werden bestehende Unebenheiten

entfernt und die Flächen passen

sich gegenseitig an. Durch Reibung

wird in der Erwärmungsphase Wärme in

die Schweißflächen eingebracht (Abb. 1)

und es stellt sich ein konstantes Gleichgewicht

ein. Die Abbremsphase ist durch

einen Anstieg des Reibmoments und eine

kontinuierlich sinkende Drehzahl in Verbindung

mit dem Anstieg des Reibmoments

gekennzeichnet. In der letzten Phase wird

während dem Nachstauchen aus der bereits

vorhandenen Verbindung ein homogener

Stoffschluss hergestellt.

Zwei unterschiedliche

Prozessverläufe

Das kontinuierliche Reibschweißen ist weiter

verbreitet als das Schwungradreibschweißen.

Der hauptsächliche Vorteil

besteht darin, dass die Rotationsenergie

durch einen zusätzlichen Antrieb eingebracht

wird und dadurch verhältnismäßig

BErIChtE

n iwb Seminarberichte

Michael F. Zäh,

Gunther reinhart, (hrsg.)

Rapid Manufacturing

Heutige Trends – Zukünftige Anwendungsfelder

Gunther reinhart,

Michael F. Zäh (hrsg.)

Produktionsmanagement

Herausforderung Variantenmanagement

n iwb Forschungsberichte

Johann härtl

Prozessgaseinfluss beim Schweißen mit

Hochleistungsdiodenlasern

Bernd hartmann

Die Bestimmung des Personalbedarfs

für den Materialfluss in Abhängigkeit von

Produktionsfläche und -menge

Michael Schilp

Auslegung und Gestaltung von Werkzeugen

zum berührungslosen Greifen kleiner Bauteile

in der Mikromontage

iwb Newsletter 3 8/2006


geringe Anlagenkosten entstehen. Das in

der Literatur bekannte Prozessmodell ist

relativ gut verifiziert und ausreichend genau

für die Prozesssteuerung, Abb. 2.

Das Schwungradreibschweißen wird

hauptsächlich dann verwendet, wenn

kurzfristig eine hohe Energiedichte benötigt

wird, die mit einem herkömmlichen Motor

nicht wirtschaftlich bereitgestellt werden

kann. Die Schwungmassen werden über

einen kleinen Antrieb auf Solldrehzahl beschleunigt.

Dadurch wird die Energie kurzfristig

gespeichert und für den Prozess bereitgestellt.

Beide Prozessmodelle unterscheiden sich

im Verlauf zum einen durch die Drehzahlkurve

und zum anderen durch den Momentenverlauf,

siehe Abb. 2, 3.

Ziel: Winkelgenaues

reibschweißen mit dem

Schwungradverfahren

Das Ziel, auch mit dem Schwungradverfahren

drehlagenrichtig verschweißte Bauteile

zu erhalten, erfordert einen steuernden

iwb Newsletter 3 8/2006

Abb. 1: Reibschweißung

in der Erwärmungsphase

oder regelnden Eingriff in den Prozessverlauf.

Dies bedeutet, dass ein eindeutig verifiziertes

Prozessmodell vorliegen muss, um

überhaupt die Wirkung des Eingriffs abschätzen

zu können.

Die bisher bekannten Prozessmodelle für

das Schwungradreibschweißen beruhen

jedoch hauptsächlich auf abgeleiteten

Größen. Üblicherweise wird die Drehlage

γ 1 der rotierenden Spindel mittels inkrementellem

Drehgeber gemessen und über

eine Zählerkarte in eine Drehzahl n umgewandelt,

(1).

n = γ = dγ

dt

Zur Bestimmung des Drehmomentverlaufs,

wird ebenfalls auf die differenzierte Drehlage

zurückgegriffen, (2).

1 Die Drehlage wird mit γ bezeichnet, da

es sich um die Drehung um die c-Achse

handelt.

M = dL

dt

= J · γ¨

Durch das zweimalige Differenzieren einer

bereits mit Ungenauigkeiten behafteten

Größe wird die Ungenauigkeit erhöht, was

hohe Anforderungen an die Messtechnik

stellt.

Weiterentwicklung des

Prozessmodells

In einem ersten Schritt muss das Prozessmodell

modifiziert werden, so dass

mit möglichst geringem Messaufwand die

Realität dargestellt werden kann. Dadurch

wird es möglich, die Auswirkungen eines

Eingriffs zu simulieren.

In einem Schweißversuch konnte gezeigt

werden, dass die kritische Betrachtung des

Drehmomentverlaufs berechtigt ist. Hier

hat sich ein deutlich geringeres maximales

Moment eingestellt, als es sich durch eine

Berechnung nach (2) ergeben hätte.

Weitere Schritte in richtung

Clocking

Für das drehlagengenaue Schweißen wird

sinnbildlich die Lage zweier Zeiger auf der

Uhr verwendet. Diese stehen in jeder Position

in einem bestimmten Winkel zueinander.

Da hier ein ähnliches Ziel verfolgt

wird, wird im Allgemeinen beim drehlagengenauen

Verschweißen auch von „Clocking“

gesprochen.

Um das Ziel „Clocking“ zu erreichen, wird

in weiteren Schritten die Abhängigkeit zwischen

Momentenverlauf und Drehzahlverlauf

untersucht. Weitere Einflüsse wie

die Veränderung der Reibbeiwerte in Abhängigkeit

von der Temperatur oder dem

Prozessfortschritt müssen in das Prozessmodell

integriert werden. Auf dieser Basis

kann dann eine entsprechend schnelle Regelung

das Clocking ermöglichen.

Axel Pöhler

Abb. 2: Prozessmodell kontinuierliches Reibschweißen Abb. 3: Prozessmodell Schwungradreibschweißen


die iwb Forschungsberichte feiern

Jubiläum: Im august erscheint die

ausgabe 200

die Forschungsberichte des iwb blicken auf eine lange tradition zurück: die

erste dissertation in dieser reihe wurde 1985 veröffentlicht, herausgegeben

von dem damaligen Institutsleiter Joachim Milberg.

die Jubiläumsausgabe wurde verfasst

von Dr.-Ing. Florian Grätz (28) und

beschäftigt sich mit der teilautomatischen

Generierung von Stromlauf- und Fluidplänen.

Darin zeigt Grätz einen Ansatz, durch

den Zeiten zur Erstellung der Maschinendokumentation

reduziert werden können.

Gleichzeitig werden die Anzahl der Fehler

in diesen Dokumenten verringert. Um den

Bezug zur Praxis der Entwicklung von Maschinen

und Anlagen zu gewährleisten,

wurden die Ergebnisse am Tagesgeschäft

der Konstruktionsabteilungen eines Herstellers

von Fräsmaschinen gespiegelt.

In seiner Arbeit, die mit „sehr gut“ bewertet

wurde, leitete Grätz ausgehend von den

Gemeinsamkeiten und Unterschieden von

Stromlauf- und Fluidplänen ein Kreislaufmodell

ab, das als Metamodell für die Planung

von Elektrik, Hydraulik und Pneumatik

dient. Hierzu wurden basierend auf der Sys-

Produktionsmanagement –

herausforderung Variantenmanagement

das Management von Varianten ist zu

einer bedeutenden Aufgabe der Unternehmensführung

geworden. Die individuelle

Erfüllung des Kundenwunsches bringt

dem Unternehmen entscheidende Wettbewerbsvorteile

und die Möglichkeit, die eige-

temtheorie verschiedene Typen von Knoten

definiert, die der Verknüpfung von Kreisläufen

miteinander oder von Kreisläufen mit ihrer

Umgebung dienen. Aus diesen Basiselementen

wurden der Aufbau und das Zusammenwirken

von Kreisläufen gefolgert. Aus

der Funktion der Knoten wurde ein Vorgehen

abgeleitet, wie aus einer Festlegung der Maschinenfunktionalität

der Aufbau von Kreisläufen

abgeleitet wird. In seiner Dissertation

zeigt Grätz auch, wie basierend auf dem entwickelten

Kreislaufmodell Stromlauf- und Fluidpläne

abgeleitet können und welche Auswirkungen

auf die mechanische Konstruktion

aus dem Kreislaufmodell entstehen können.

Zur Unterstützung der Konstrukteure beim

Einsatz der oben geschilderten Methode

entwickelte Grätz zusätzlich einen Softwareprototyp

und beschreibt die Erfahrungen,

die mit der erarbeiteten Methode

sowie dem zugehörigen Softwareproto-

iwb-Institutsleiter Michael Zäh erklärte auf dem diesjährigen Produktionsmanagementseminar,

wie durch die Erfüllung individueller kundenwünsche

entscheidende Wettbewerbsvorteile generiert werden können.

nen Produkte von denen der Wettbewerber

zu differenzieren. Gleichzeitig steigt der

technische und organisatorische Aufwand

in der Produktion exponentiell an.

Im Eröffnungsvortrag des Seminars betonte

Michael Zäh die Bedeutung der individualisierten

Produktgestaltung, warnte aber davor,

die damit verbundenen Kosten zu unterschätzen.

„Kosten- und Differenzierungsstrategie

sollten immer gleichzeitig verfolgt

werden“, forderte Zäh. Der dabei entstehende

Zielkonflikt lässt sich nach Meinung Zähs

durch ein geeignetes Variantenmanagement

lösen. „Die durch eine steigende Individualisierung

erhöhten Anforderungen an eine

effiziente Auftragsabwicklung lassen sich in

nahezu allen Bereichen durch die Unterstützung

von EDV-Systemen bewältigen“, so

Zäh weiter. „Die Auftragsabwicklung ist nur

dann effizient und effektiv, wenn der Infor-

typen im Rahmen von Pilotprojekten gesammelt

wurden. Im Auftrag eines Herstellers

für Fräsmaschinen wurden sämtliche

Aktoren und Sensoren einer Maschinenbaureihe

erfasst sowie die Konstruktion

einer neuen Baugruppe begleitet. Hierfür

waren spezifische Anpassungen, wie

die Berücksichtigung von Konstruktionsvarianten

sowie die Programmierung von

Schnittstellen zur Anbindung an die vorhandene

IT-Infrastruktur notwendig. Ferner

wird beschrieben, wie ein Hersteller

von CAD-Systemen die Ergebnisse dieses

Projektes in ein neues Produkt einfließen

lässt.

mationsfluss zwischen den beteiligten Bereichen

sichergestellt ist.“

Die Gestaltung optimaler Variantenvielfalt

ist auch ein Anliegen der AUDI AG.

Um eine Eskalation der Gestaltungsmöglichkeiten

und den damit einhergehenden

Gefahren für Prozesssicherheit und Kosten

zu verhindern, wurde bei der AUDI

AG ein Projekt zur Komplexitätsreduzierung

gestartet, dessen Ergebnis die optimale

Variantenvielfalt sein soll. Mit Hilfe

dieses neuen Variantenmanagementprozesses

werden ausgehend von einer detaillierten

Beschreibung des Ist-Standes

mit Variantenbaum und Kostenbewertung

Zielrichtungen formuliert, so dass

bis zum Lastenheft konkret durchdachte

und bewertete Szenarien mit einer Empfehlung

des Variantenziels vorliegen. „Zu

den Erfolgsbausteinen für ein erfolgreiches

Variantenmanagement“, erklärte

Dr. Klaus Alders, Leiter Komplexitätsmanagement

bei AUDI, „gehören neben

der Priorisierung des Themas durch die

10 iwb Newsletter 3 8/2006


Geschäftsleitung auch Transparenz, die

aktive Gestaltung der Varianten und die

Einbeziehung von Teams, die sich aus

Vertretern der betroffenen Geschäftsbereiche

zusammen setzen.“

optimierungspotenziale der

Werkzeugmaschine nutzen

die steigenden Forderungen nach einer

Reduzierung der Entwicklungszeiten

und schnelleren Arbeitsprozessen bei

gleichzeitiger Steigerung der Fertigungsgenauigkeit

zwingen Werkzeugmaschinenentwickler

dazu, die Potenziale einer Werkzeugmaschine

vollständig auszunutzen. Ungenutzte

Reserven verteuern die genutzten

Funktionen im Vergleich zum Wettbewerb,

da die zusätzlichen Kosten übertragen werden.

Diese Optimierungspotenziale lassen

sich realisieren, wenn die Eigenschaften der

Maschine bereits in einem frühen Entwicklungsstadium

bekannt sind und das Verhalten

vorhergesagt werden kann.

Weitere Vorträge beschäftigten sich u.a.

mit Qualitätsrisiken infolge des Variantenreichtums

und mit dem effizienten Variantenmanagement

als Basis für leistungsfähige

Supply Chain Prozesse.

rapid Manufacturing:

heutige trends – Zukünftige anwendungsfelder

das iwb anwenderzentrum in augsburg beschäftigt sich seit 10 Jahren mit

dem thema rapid Manufacturing und präsentierte auf dem gleichnamigen

Seminar die neuesten trends auf diesem Gebiet

Ziel der Veranstaltung war es, den Bekanntheitsgrad

von Rapid-Technologien

zu erhöhen und neue Anwendungsmöglichkeiten

vorzustellen. Die umfangreichen

Potenziale dieser Verfahren ermöglichen

auch die Anwendung in Sonderbereichen,

so ist es beispielsweise heute

schon möglich, hochkomplexe Mikrostrukturen

sowohl generativ herzustellen als

auch abzuformen. Diese Innovationen prägen

die Begriffe Rapid Manufacturing und

Rapid Tooling neu. Darüber hinaus wurden

für bereits etablierte Verfahren Optimierungsmöglichkeiten

durch den Einsatz von

Simulationsmethoden aufgezeigt.

Michael Zäh erklärte in seinem Einführungsvortrag

die Grundlagen generativer

Fertigungsverfahren und stellte die Potenziale

und Anwendungsfelder der Rapid

Technologien vor. Rapid-Technologien er-

lauben die schichtweise Generierung eines

Bauteils und bieten damit eine völlig neue

Formgebungsfreiheit. Zudem lassen sich

Bauteile in sehr kurzer Zeit fertigen und unterstützen

damit eine wirtschaftliche Produktion

komplexer Produkte.

das Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) stellt

im Seminar Mechatronik am 21. September 2006 neue Möglichkeiten in der

Maschinenentwicklung vor.

Aufgrund der wachsenden Bedeutung dieser

Thematik veranstaltet das Institut für

Werkzeugmaschinen und Betriebwissenschaften

(iwb) auch in diesem Jahr wieder

ein Seminar zum Thema Mechatronik. Neben

Vorträgen, die über die neuesten Forschungsergebnisse

berichten, stellen Referenten,

wie zum Beispiel Herr Dr. Alois

Mundt von der Liebherr Verzahntechnik

GmbH und Herr Dr. Jens Kummetz von

der Dr. Johannes Heidenhain GmbH die

neuen Möglichkeiten in der Maschinenentwicklung

durch Simulation und Optimierungspotenziale

mittels Sensoren und Aktoren

dar.

Der Tagungsband zu diesem Seminar ist

beim Utz-Verlag erschienen und kann bei Interesse

dort bestellt werden. Nicole Raab

Weitere Informationen unter

www.utzverlag.de

Den Zeitvorteil betonte auch Dr.-Ing.

I. Ederer von der Augsburger Voxeljet

Technology GmbH in seinem Vortrag. Mittels

3D-Druck werden Formen für den Metallguss

in fünf oder weniger Tagen direkt

vom CAD-Modell hergestellt. In Folge entstehen

einsetzbare Gussteile in nur zwei

Wochen. Nach Meinung Ederers weist das

3D-Drucken weitere hohe Potenziale auf

und könnte in naher Zukunft neben etablierten

Techniken wie Spritzgruss ein Standardfertigungsverfahren

für Kunststoffteile

werden.

Weitere vorgestellte Trends waren u.a. das

Rapid Manufacturing von Blechformteilen

und die Prozesssimulation für Sintervorgänge

mit der Finite-Elemente-Methode.

Der Tagungsband zu diesem Seminar ist

beim Utz Verlag erschienen und kann bei

Interesse dort bestellt werden.

Nicole Raab

Weitere Informationen unter

www.utzverlag.de

Weitere Informationen und Anmeldung

unter www.iwb.tum.de

iwb Newsletter 3 8/2006 11

Quelle: EMCO Maier GmbH


Virtuelle Inbetriebnahme –

Von der kür zur Pflicht?

das Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) stellt im

Seminar Virtuelle Inbetriebnahme am 28. September 2006 die Möglichkeiten

der virtuellen Inbetriebnahme im Maschinen- und anlagenbau vor.

durch die Virtuelle Inbetriebnahme

lässt sich Steuerungssoftware frühzeitig

entwickeln und testen. Damit trägt

sie dazu bei, die Qualität der Software zu

steigern und die Inbetriebnahmezeit zu

verkürzen.

Wegen der zunehmenden Bedeutung

der virtuellen Inbetriebnahme im Maschinen-

und Anlagenbau veranstaltet

das iwb in diesem Jahr wieder ein Seminar

zu diesem Thema. Neben Vorträgen

über die neuesten Forschungsergebnisse

stellen Referenten, wie zum Beispiel

Herr Dr.-Ing. Rainer Lutz von der

Schuler Pressen GmbH und Herr Dr.-

Ing. Rainer Stetter, Geschäftsführer der

ITQ GmbH, Ansätze aus der Praxis vor.

Sie berichten über Konzepte für eine

funktionale Maschinensimulation sowie

über den wirtschaftlichen und strategischen

Nutzen der Virtuellen Inbetriebnahme.

Zum Abschluss der Veranstaltung

findet ein Diskussionsforum statt,

das Besuchern die Möglichkeit bietet,

individuelle Fragestellungen zu erörtern

und neue Kontakte zu knüpfen.

Weitere Informationen und Anmeldung

unter www.iwb.tum.de

CarV2007 – 2nd International Conference on Changeable,

agile, reconfigurable and Virtual Production

Im Spätsommer 2005 fand zum ersten Mal die internationale konferenz CarV in

München statt. aufgrund des großen Erfolges der Veranstaltung ist für 2007 die

Fortsetzung geplant, diesmal mit internationaler Unterstützung durch das Intelligent

Manufacturing Systems (IMS) Centre der University of Windsor, ontario, in

kanada. die Veranstaltung wird vom 23. bis 24. Juli 2007 in toronto stattfinden

Ziel der Konferenz, zu der rund 300 Teilnehmer

aus Europa, Nordamerika und

Asien erwartet werden, ist es, die beiden

dargestellten Handlungsfelder, die Wandlungsfähige

und die Virtuelle Produktion, in

ihren jeweiligen Ausprägungen zu diskutieren

und synergetisch zu verbinden.

Folgende Themenschwerpunkte sind geplante

Bestandteile der Konferenz:

n Manufacturing Systems Paradigms

n Factory Planning and Controlling

n Product Development and Production

Planning

Auf der Internetseite der Konferenz können

sich Interessierte über alle Themen und

Termine informieren.

n

n

Cost Management and Risk Management

Enterprise Design and Knowledge

Management

Die Konferenz dient der internationalen

Wissenschaft als Podium für einen zielgerichteten

Dialog und Wissenstransfer

und richtet sich an Universitäts- und Industrieforscher

aus den Bereichen Wandlungsfähige

und Virtuelle Produktion. Neben

den neuesten Forschungsergebnissen

der genannten Themenschwerpunkte

werden erfolgreich umgesetzte

Anwendungen präsentiert. Ausblicke

orGanIZInG

CoMMIttEE

Conference Chairs:

H. A. ElMaraghy (Kanada)

M. F. Zäh (Deutschland)

Co-Chairs:

W. H. ElMaraghy (Kanada)

G. Reinhart (Deutschland)

auf zukünftige Forschungsschwerpunkte

und neue Herausforderungen runden

das Konferenzprogramm ab und sollen

Impulse für zukünftige Forschungsaktivitäten

geben.

Weitere Informationen erhalten Sie unter

www.carv-production.com

SCIEntIFIC CoMMIttEE

n L. Alting (Dänemark)

n H. Van Brussels (Belgien)

n D. Ceglarek (USA)

n H. A. ElMaraghy (Kanada)

n W. H. ElMaraghy (Kanada)

n J. Gausemeier (Deutschland)

n N. Gronau (Deutschland)

n S. Jack Hu (USA)

n Y. Ito (Japan)

n F. Kimura (Japan)

n P. Koshi (Kanada)

n L. Laperrière (Kanada)

n L. Monostori (Ungarn)

n P. Nyhuis (Deutschland)

n H.-S. Park (Süd-Korea)

n Z. Pasek (Canada)

n G. Perrone (Italien)

n G. Reinhart (Deutschland)

n P. Schönsleben (Schweiz)

n G. Schuh (Deutschland)

n K. Shea (Deutschland)

n Nam P. Suh (USA)

n M. Zäh (Deutschland)

1 iwb Newsletter 3 8/2006

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