Vom 8.6. bis 9.6.2017 fand im Rahmen des BHT das Fachkolloquium Elektrische Antriebstechnik statt. Das Freiherger Kolloquium Elektrische Antriebstechnik umfasst den Themenkreis elektrische Maschinen, elektrische Antriebe und Energiespeicher. Dabei sind Modellierung und Simulation von elektrischen Maschinen und Antrieben, Auslegung neuer Motorenkonzepte, thermische Untersuchungen an elektrischen Maschinen und Alterung der Energiespeicher die thematischen Schwerpunkte der Veranstaltung. Der Kolloquiumsband ist Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrich Beckert zu semem 75. Geburtstag gewidmet.

Vom 6.6. bis 7.6.2019 fand das 2. Freiberger Kolloquium Elektrische Antriebstechnik (FKEA) im Rahmen des 70. BHT statt. Schwerpunkte sind die Modellierung und Simulation von elektrischen Maschinen, thermische Untersuchungen, Auslegung und Fertigung neuer Motorenkonzepte sowie Traktionsspeicher.

Mit dem Wälzschälen hat in den vergangenen Jahren ein viel versprechendes Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen Einzug in die Produktionstechnik gehalten. Die Technologie ist nach derzeitigem Stand der Technik gekennzeichnet durch Mehrschnittstrategien mit mehreren radialen Zustellungen bis zur vollen Ausformung der Verzahnung. Dabei werden in der Regel alle Achs- Einstellungen wie Achskreuzwinkel und Spanflächenversatz aus dem finalen Schnitt abgeleitet, welcher Auslegungsgrundlage für Werkzeug und Technologie darstellt. Dadurch herrschen in den vorgelagerten Schnitten keine optimalen Bedingungen, insbesondere im Hinblick auf die sich einstellenden effektiven Freiwinkel. In der vorliegenden Arbeit werden Ansätze zur verbesserten Auslegung von Mehrschnittstrategien beim Wälzschälen vorgestellt. Die Untersuchungen werden anhand eines mathematisches Prozessmodells und mit Hilfe experimenteller Versuchsreihen durchgeführt. Im Rahmen einer Prozessanalyse werden theoretische und praktische Ergebnisse miteinander korreliert sowie systematische Zusammenhänge zwischen technologischen Stellgrößen und Prozesseigenschaften aufgezeigt. Darauf aufbauend werden Richtlinien zur Auslegung von Mehrschnittstrategien vorgestellt. Dabei wird durch Individualisierung der technologischen Einstellparameter eine Erhöhung des Werkzeugstandwegs bei gleichzeitiger Reduzierung der Fertigungszeit hergeleitet und stichprobenartig experimentell nachgewiesen.:1 Einleitung 2 Stand der Technik 3 Konkretisierung der Aufgabenstellung 4 Entwicklung des Berechnungsmodells 5 Experimentelle Untersuchungen 6 Prozessanalyse 7 Auslegung von Mehrschnittstrategien

Produzierende Unternehmen benötigen Lösungen, um neue Produkte immer schneller auf den Markt zu bringen und wettbewerbsfähig zu bleiben. Die Herausforderung dabei ist, dass die drei OEE-Komponenten Verfügbarkeit, Performance und Qualität im Vergleich zur reinen Serienproduktion nicht sinken. Es muss zudem ein attraktiver Return of Investment (ROI) und eine möglichst niedrige Time-to-Market (TTM) für neue Produkte oder Produktänderungen gewährleistet sein. Nur so lässt sich die Individualisierung von Massenprodukten im großen Stil wirtschaftlich umsetzen. Die Digitalisierung aber reicht nicht aus, um beide Anforderungen zugleich umzusetzen. Dazu gehören auch intelligente Transportsysteme, mit denen sich adaptive Maschinen und Anlagen für eine flexible und wirtschaftliche Produktion herstellen lassen. [... aus dem Text]

Bei Raupenfahrwerken wird das allgemeingültige Prinzip verfolgt, dass durch die scharnierbare Aneinanderreihung von Kettengliedern eine fahrzeugeigene Fahrstrecke entsteht. Dies erlaubt selbst schwere Geräte im unwegsamen, brüchigen Gelände mit großen Vortriebskräften zu mobilisieren. Jedoch wohnt, der Diskretisierung des Raupenbandes in Glieder endlicher Länge geschuldet, dem Fahrwerk eine hohe Fahrunruhe inne. Dadurch entstehen zeitvariante Lasten im Fahrwerk, welche die Lebensdauer der Kette, des Fahrwerkantriebs und der Tragstruktur des Fahrzeugs limitieren und somit regelmäßig kostenintensive Instandsetzungsmaßnahmen erzwingen. Diese Problemstellung aufgreifend beschäftigt sich die Arbeit mit der Analyse und Optimierung des fahrdynamischen Verhaltens von Raupenfahrzeugen. Zugleich werden Methoden vorgestellt, welche eine rechenzeiteffiziente Simulation von Raupenfahrzeugen und Antriebssystemen zulassen.

Produzierende Unternehmen benötigen Lösungen, um neue Produkte immer schneller auf den Markt zu bringen und wettbewerbsfähig zu bleiben. Die Herausforderung dabei ist, dass die drei OEE-Komponenten Verfügbarkeit, Performance und Qualität im Vergleich zur reinen Serienproduktion nicht sinken. Es muss zudem ein attraktiver Return of Investment (ROI) und eine möglichst niedrige Time-to-Market (TTM) für neue Produkte oder Produktänderungen gewährleistet sein. Nur so lässt sich die Individualisierung von Massenprodukten im großen Stil wirtschaftlich umsetzen. Die Digitalisierung aber reicht nicht aus, um beide Anforderungen zugleich umzusetzen. Dazu gehören auch intelligente Transportsysteme, mit denen sich adaptive Maschinen und Anlagen für eine flexible und wirtschaftliche Produktion herstellen lassen. [... aus dem Text]

To meet the continuously increasing goals in vehicle fuel efficiency, a number of measures are taken in automotive powertrain engineering, such as the combination of electric drives and conventional combustion engines in hybrid vehicles or the increase in gear ratios. This development leads to more complex powertrain systems, such as automatic transmissions. At the same time, the need for complex control systems is increased to achieve this desired functionality. Automatic transmissions are controlled by an electro-hydraulic control unit that governs all operations such as gear shifting and starting. Since most of the control software is designed in the form of open-loop control, most of the operations have to be calibrated manually. Thus, there exists a large number of calibration parameters in the control software that have to be tuned individually for each combination of engine, transmission and vehicle model. This process is therefore time-consuming and costly. Hence, it would be advantageous to reduce the need for calibration and in the end shorten the development process for automatic transmissions by reducing software complexity while maintaining functionality and performance. The goal of this thesis is to replace parts of the control software responsible for conducting the gearshifts that require extensive tuning by implementing control systems that have no need for calibration: adaptive high-gain λ-tracking controllers. In order to obtain the control parameters, i.e., the feedback gains, without calibration, an adaption law is implemented that continuously computes these parameters during operation of the controller. Thus, calibration is no longer needed. Since the system has to be high-gain-stabilizable, an extensive system analysis is conducted to determine whether an adaptive λ-tracking controller can be implemented. A nonlinear model of the clutch system dynamics is formulated and investigated. As a result, high-gain stability is proven for the system class and validated in simulation. Following the stability analysis, the devised adaptive controller is implemented into the control software running on the series production transmission control unit. Extensive simulations with a comprehensive vehicle model running the extended transmission software are conducted to design and to test the adaptive controllers and their underlying parameters during transmission operation in order to evaluate the control performance. The control software containing the adaptive controller is then implemented in two distinct vehicles with different automatic transmissions equipped with series production control hardware for the purpose of hardware experiments and validation. The resulting reduction of calibration efforts is discussed.

To meet the continuously increasing goals in vehicle fuel efficiency, a number of measures are taken in automotive powertrain engineering, such as the combination of electric drives and conventional combustion engines in hybrid vehicles or the increase in gear ratios. This development leads to more complex powertrain systems, such as automatic transmissions. At the same time, the need for complex control systems is increased to achieve this desired functionality. Automatic transmissions are controlled by an electro-hydraulic control unit that governs all operations such as gear shifting and starting. Since most of the control software is designed in the form of open-loop control, most of the operations have to be calibrated manually. Thus, there exists a large number of calibration parameters in the control software that have to be tuned individually for each combination of engine, transmission and vehicle model. This process is therefore time-consuming and costly. Hence, it would be advantageous to reduce the need for calibration and in the end shorten the development process for automatic transmissions by reducing software complexity while maintaining functionality and performance. The goal of this thesis is to replace parts of the control software responsible for conducting the gearshifts that require extensive tuning by implementing control systems that have no need for calibration: adaptive high-gain λ-tracking controllers. In order to obtain the control parameters, i.e., the feedback gains, without calibration, an adaption law is implemented that continuously computes these parameters during operation of the controller. Thus, calibration is no longer needed. Since the system has to be high-gain-stabilizable, an extensive system analysis is conducted to determine whether an adaptive λ-tracking controller can be implemented. A nonlinear model of the clutch system dynamics is formulated and investigated. As a result, high-gain stability is proven for the system class and validated in simulation. Following the stability analysis, the devised adaptive controller is implemented into the control software running on the series production transmission control unit. Extensive simulations with a comprehensive vehicle model running the extended transmission software are conducted to design and to test the adaptive controllers and their underlying parameters during transmission operation in order to evaluate the control performance. The control software containing the adaptive controller is then implemented in two distinct vehicles with different automatic transmissions equipped with series production control hardware for the purpose of hardware experiments and validation. The resulting reduction of calibration efforts is discussed.

Bei Raupenfahrwerken wird das allgemeingültige Prinzip verfolgt, dass durch die scharnierbare Aneinanderreihung von Kettengliedern eine fahrzeugeigene Fahrstrecke entsteht. Dies erlaubt selbst schwere Geräte im unwegsamen, brüchigen Gelände mit großen Vortriebskräften zu mobilisieren. Jedoch wohnt, der Diskretisierung des Raupenbandes in Glieder endlicher Länge geschuldet, dem Fahrwerk eine hohe Fahrunruhe inne. Dadurch entstehen zeitvariante Lasten im Fahrwerk, welche die Lebensdauer der Kette, des Fahrwerkantriebs und der Tragstruktur des Fahrzeugs limitieren und somit regelmäßig kostenintensive Instandsetzungsmaßnahmen erzwingen. Diese Problemstellung aufgreifend beschäftigt sich die Arbeit mit der Analyse und Optimierung des fahrdynamischen Verhaltens von Raupenfahrzeugen. Zugleich werden Methoden vorgestellt, welche eine rechenzeiteffiziente Simulation von Raupenfahrzeugen und Antriebssystemen zulassen.:Inhaltsverzeichnis V Symbolverzeichnis VIII Abkürzungsverzeichnis XII 1 Einleitung 1 1.1 Eigenschaften und Anwendungsbereiche von Raupenfahrwerken 1 1.2 Problemstellung 2 1.3 Gesamtaufbau Bagger 293 4 1.4 Raupenfahrwerk Bagger 293 5 1.5 Raupenfahrwerk – Fahrschiff 6 1.6 Präzisierte Aufgabenstellung 7 2 Grundlagen und Stand der Technik 11 2.1 Grundlagen zur Fahrunruhe von Raupenfahrwerken 11 2.1.1 Allgemeine Einteilung der Fahrunruhe 11 2.1.2 Innere Fahrwiderstände 12 2.1.3 Äußere Fahrwiderstände 18 2.1.4 Kettenvorspannung 19 2.2 Arbeiten zur Beschreibung der Fahrunruhe von Raupenfahrwerken 20 2.3 Ganzheitliche Analyse von Raupenfahrzeugen 22 2.3.1 Ganzheitliche Systembetrachtung 22 2.3.2 Beiträge zur ganzheitlichen Raupenfahrzeuganalyse 22 3 Detaillierte Modellfindung von Raupenfahrzeugkomponenten 26 3.1 Hintergrund 26 3.2 Elektrisch-Regelungstechnisches System 27 3.2.1 Regelungsprinzip für das einzelne Fahrschiff 27 3.2.2 Regelungsprinzip für das gesamte Fahrwerk 27 3.2.3 PI-Drehzahlregelung 29 3.2.4 P-Drehzahldifferenzregelung 30 3.2.5 Lenkwinkelkorrektur 31 3.2.6 Asynchronmaschine 33 3.2.7 Feldorientierte Regelung 37 3.2.8 Frequenzumrichter 40 3.2.9 Simulation und Analyse des Einzelraupenmodells der Regelung 41 3.3 Fahrwerksmodell 43 3.3.1 Modellbildung und Topologie 43 3.3.2 Fahrsimulation ohne Schakentäler 46 3.3.3 Fahrsimulation mit Schakentälern 51 3.3.4 Fahrsimulation Hangfahrt mit Schakentälern 54 3.3.5 Fahrsimulation Kurvenfahrt mit Schakentälern 56 3.3.6 Sensitivität des Fahrverhaltens 59 3.3.7 Fazit zur Fahrdynamik eines Fahrschiffes 63 3.4 Mechanisches System – Getriebe 63 3.4.1 Modellbildung und Topologie 63 3.4.2 Simulation mit synthetischem Lastfall 67 3.5 Mechanisches System – Unterwagen und Oberbau 69 3.5.1 Modellbildung 69 3.5.2 Simulation im Frequenzbereich 71 4 Rechenzeiteffiziente Ersatzmodelle von Raupenfahrzeugkomponenten 72 4.1 Hintergrund 72 4.2 Elektrisch-Regelungstechnisches System 72 4.2.1 Methodik 72 4.2.2 Simulation und Bewertung 73 4.3 Fahrwerksmodell 74 4.3.1 Methodik 74 4.3.2 Simulation und Bewertung ohne Schakentäler 87 4.3.3 Simulation und Bewertung mit Schakentälern 90 4.4 Getriebemodell 92 4.4.1 Methodik 92 4.4.2 Simulation und Bewertung 96 4.5 Unterwagen- und Oberbaumodell 98 4.5.1 Methodik 98 4.5.2 Simulation und Bewertung 99 5 Ganzheitliche Fahrdynamik-Simulation und Messdatenabgleich 101 5.1 Modellstufen 101 5.1.1 Rheonom betriebenes Fahrschiffmodell 101 5.1.2 Ganzheitliches Fahrschiffmodell 101 5.1.3 Ganzheitliches Fahrzeugmodell 102 5.2 Simulation 103 5.2.1 Vergleich des rheonomen mit dem ganzheitlichen Fahrschiffmodell 103 5.2.2 Einfluss der Oberbauelastizität auf das Fahrverhaltens 104 5.2.3 Einfluss der Phasenlage (Parallelfahrt) 105 5.2.4 Vergleich Messung und Simulation 108 6 Ganzheitliche Optimierung am Fahrschiffmodell 115 6.1 Methodik 115 6.2 Kontinuierliche Rollbahn 115 6.2.1 Hintergrund 115 6.2.2 Erprobung am Ersatzmodell des Fahrwerkes 116 6.2.3 Erprobung am MKS-Kontaktmodell des Fahrwerkes 117 6.3 PI-Motordrehzahlregelung 118 6.3.1 Hintergrund 118 6.3.2 Erprobung am Ersatzmodell mit Schakental-Design 119 6.3.3 Erprobung am MKS-Kontanktmodell mit Schakental-Design 122 6.3.4 Erprobung am Ersatzmodell mit kontinuierlicher Rollbahn 124 6.3.5 Erprobung am MKS-Kontaktmodell mit kontinuierlicher Rollbahn 126 6.3.6 Fazit PI-Drehzahlregelung 127 6.4 PI-Zustandsregelung 127 6.4.1 Methodik 127 6.4.2 Erprobung am Ersatzmodell mit Schakental-Design 133 6.4.3 Erprobung am MKS-Kontaktmodell mit Schakental-Design 135 6.4.4 Erprobung am Ersatzmodell mit kontinuierlicher Rollbahn 135 6.4.5 Erprobung am MKS-Kontaktmodell mit kontinuierlicher Rollbahn 137 6.4.6 Fazit PI-Zustandsregelung 138 6.5 Statische und statisch-dynamische Kettenvorspannung 139 6.5.1 Hintergrund 139 6.5.2 Erprobung am Ersatzmodell 140 6.5.3 Erprobung am MKS-Kontaktmodell 142 6.5.4 Kritische Bewertung 143 7 Ganzheitliche Optimierung am Fahrzeugmodell 144 7.1 Methodik 144 7.2 Kontinuierliche Rollbahn 144 7.3 Kontinuierliche Rollbahn und statische Kettenvorspannung 145 8 Zusammenfassung und Ausblick 146 Literatur 149 Abbildungsverzeichnis 154 Tabellenverzeichnis 159 A Auswertungsgrößen 160 A.1. Amplitudensignal 160 A.2. Schwingungseffektivwert 160 A.3. Kreuzkorrelationskoeffizient 161 B Analytische Berechnung der Lasten bei Kurvenfahrt 162 C Korrelationen CB-Set 164

Im Bereich der Werkzeugmaschinen können Identifikationsmethoden zur Realisierung einer ressourceneffizienten Produktion durch Überwachung prozessrelevanter Parameter beitragen. Aufgrund der hierarchischen Trennung moderner Steuerungssysteme bildet deren konzeptionelle Gestaltung und Implementierung am Beispiel einer nichtinvasiven Identifikationsroutine an einer Werkzeugmaschine den Kern der vorliegenden Arbeit. Das Ziel besteht darin, eine autonome Anwendung zur Integration unterschiedlicher Überwachungsmechanismen zu entwickeln und durch exemplarische Integration einer Parameteridentifikation zu validieren. Im Anschluss an die theoretischen Vorbetrachtungen werden deshalb zunächst verschiedene konzeptionelle Entwürfe zur Integration des Identifikationsverfahrens an einer Werkzeugmaschine diskutiert und anhand definierter Bewertungskriterien klassifiziert. Die Auswahl eines geeigneten Konzeptes unter Berücksichtigung eines Bewertungsindex sowie eine beispielhafte Implementierung bilden die Grundlage für den experimentellen Funktionsnachweis. / In the field of machine tools, identification methods can contribute to the realization of a resource-efficient production by monitoring of process-relevant parameters. Due to the hierarchical separation of modern control systems, their conceptual design and implementation using the example of a non-invasive identification routine on a machine tool forms the main aspect of the master thesis. The goal is to develop an autonomous application for different monitoring mechanisms and its validation through an exemplary parameter identification. Following the theoretical previews different conceptual designs are discussed and classified according to defined evaluation criteria. The selection of an appropriate concept under consideration of an evaluation index and its exemplary implementation are the basis for the experimental functional verification.