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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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