Zugl.: Neubiberg, Universiẗat der Bundeswehr München, Diss., 2008.

Zugl.: Braunschweig, Techn. Universiẗat, Diss., 2008.

Die ressourcenschonende und energiesparende Herstellung von Produkten stellt ein wichtiges Kriterium zum Erfolg eines produzierenden Unternehmens dar. Nicht nur aus Marketing-Sicht, sondern zunehmend auch auf Grund der Kosten für Material- und Energiebeschaffung zur Herstellung eines Produkts, spielt Energieeffizienz im globalen Wettbewerb bei Automobil- und anderen Maschinenbaufirmen eine entscheidende Rolle. Neben der Entwicklung des Produkts ist dabei vor allem in der Fertigung Bedarf für Optimierungen zu finden. Eine in Hinblick auf Energie und Ressourcen effizient ausgerichtete Prozesskette zur Herstellung eines Produkts bildet die Grundlage für eine kosten- und ressourcenschonende Herstellung. Dabei fließen in die Betrachtungsweise eine ganze Reihe von Faktoren ein, nicht nur was Prozessplanung und Ergebnisse der Produktentwicklung betrifft, sondern auch Überlegungen zum gesamten Produktlebenszyklus und dessen Auswirkungen auf die Herstellung des Produkts. Im vorliegenden Bericht werden Prozessketten zur Herstellung von Antriebssträngen (Powertrain-Komponenten) betrachtet und hinsichtlich der Anforderungen an ein Datenmodell analysiert. Weiterhin wird eine IT-Unterstützung zur Betrachtung der unterschiedlichen Einflussgrößen sowie zur Optimierung der Prozesskette im Hinblick auf Energieeinsatz erarbeitet und formuliert.

Die ressourcenschonende und energiesparende Herstellung von Produkten stellt ein wichtiges Kriterium zum Erfolg eines produzierenden Unternehmens dar. Nicht nur aus Marketing-Sicht, sondern zunehmend auch auf Grund der Kosten für Material- und Energiebeschaffung zur Herstellung eines Produkts, spielt Energieeffizienz im globalen Wettbewerb bei Automobil- und anderen Maschinenbaufirmen eine entscheidende Rolle. Neben der Entwicklung des Produkts ist dabei vor allem in der Fertigung Bedarf für Optimierungen zu finden. Eine in Hinblick auf Energie und Ressourcen effizient ausgerichtete Prozesskette zur Herstellung eines Produkts bildet die Grundlage für eine kosten- und ressourcenschonende Herstellung. Dabei fließen in die Betrachtungsweise eine ganze Reihe von Faktoren ein, nicht nur was Prozessplanung und Ergebnisse der Produktentwicklung betrifft, sondern auch Überlegungen zum gesamten Produktlebenszyklus und dessen Auswirkungen auf die Herstellung des Produkts. Im vorliegenden Bericht werden Prozessketten zur Herstellung von Antriebssträngen (Powertrain-Komponenten) betrachtet und hinsichtlich der Anforderungen an ein Datenmodell analysiert. Weiterhin wird eine IT-Unterstützung zur Betrachtung der unterschiedlichen Einflussgrößen sowie zur Optimierung der Prozesskette im Hinblick auf Energieeinsatz erarbeitet und formuliert.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Anwendung der indirekten Methoden zur automatisierten Lösung von einer bestimmten Klasse von Optimalen Steuerungsproblemen im Rahmen einer modellprädiktiven Regelung für Windenergieanlagen. In einem zweiten Teil wird der Einfluss dieser Regelungsmethode auf die Festigkeit des Triebstranges untersucht. Diese führt zu einer überproportionalen Beanspruchung und damit zu einer Reduktion der Betriebsfestigkeit. Es gilt entsprechende Randbedingungen für die der Regelung zugrunde liegenden Optimalen Steuerungsprobleme zu finden, so dass weiterhin die Energieausbeute maximiert werden kann, gleichzeitig jedoch die Beanspruchung durch die Regelung begrenzt wird.

Gekoppelte Umlaufrädergetriebe bilden den Antriebsstrang von Orbital- Bearbeitungsmaschinen (OBM). Aufgrund der Variantenzahl einsetzbarer Umlaufrädergetriebekombinationen ist die konstruktive Auslegung dieser Antriebsstränge anspruchsvoll. Der Vortrag liefert unter Verwendung der Mehrkörpersimulation (Software: SIMULATION X) einen Beitrag einer systematischen Herangehensweise zur Ermittlung wesentlicher Eingangsgrößen der komplexen Getriebedimensionierung. Aussagen über wirksame Drehmomente, Drehzahlen, Verzahnungskräfte und Verlagerungen des TCP unter spezieller Betrachtung des dynamischen Systemverhaltens der Antriebsstränge werden getroffen. Variantenrechnungen ermöglichen zudem den Vergleich verschiedener Getriebe- und Maschinenelementkonfigurationen. Vertiefend wird auf die erweiterte Modellierung der Besonderheiten der Getriebearchitektur mit spielbehafteten, gekoppelten Umlaufrädergetriebe und diverser Maschinenelemente, z.B. Hauptspindellagerung oder Wälzschraubtriebe, eingegangen. Maßnahmen der Modellvereinfachung mit dem Ziel reduzierter Rechenzeiten bei erhöhter Modellrobustheit werden dargestellt. Richtlinien der Modellverifikation sowie Konstruktionsvorgaben für den getriebebasierten Nebenantriebsstrang werden abschließend geschlussfolgert.

Die erste Chemnitzer Brennstoffzellenkonferenz wurde vom Innovationscluster HZwo und dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU durchgeführt. Ausgewählte Fachbeiträge und Präsentationen werden in Form eines Tagungsbandes veröffentlicht. / The first fuel cell conference was initiated by the innovation cluster HZwo and the Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology. Selected lectures and presentations are published in the conference proceedings.

Ein wichtiger Aspekt bei der Beurteilung und Gegenüberstellung von Fahrzeugantriebskonzepten sind Prognosen zu deren zukünftigen Entwicklung hinsichtlich gesellschaftlicher, ökonomischer und technischer Kriterien. Zukünftige technologische Potenziale von Fahrzeugantriebskonzepten und damit verbundene technologische Begleitaspekte nehmen hierbei eine wichtige Rolle im Rahmen der Antriebskonzipierung der frühen Konzeptphase ein. In dieser Arbeit wird eine in weiten Teilen simulationsbasierte Methodik für die Ermittlung und Analyse entsprechender Potenziale entwickelt. Die Methodik bildet dabei eine Kombination aus Expertenbefragungen und einer Metaanalyse für die Identifikation von Prognosen zu Antriebsstrangkomponenten sowie Verfahren der Modellierung und Simulation für die Ermittlung von Prognosen zu Fahrzeugantriebskonzepten. Die Praxistauglichkeit sowie der Nutzen der Methodik werden anhand von zwei exemplarischen Anwendungen präsentiert. Die erste Anwendung umfasst die Analyse eines beispielhaften PHEVs hinsichtlich der zukünftigen Potenziale im Bereich des Kraftstoffverbrauchs und der rein elektrischen Reichweite. Die zweite Analyse stellt ein exemplarisches BEV und ein FCHEV in Bezug auf die zukünftigen Potenziale hinsichtlich der Reichweite und der Antriebsstrangherstellkosten gegenüber. Darüber hinaus erfolgen in beiden Anwendungen Analysen zu Grenzpotenzialen, technologischen Ursachen, Fehlereinflüssen und weiteren technologischen Fragestellungen.:1 Einleitung 2 Forschungsumfeld, Handlungsbedarf und Vorgehensweise 3 Grundlagen, technischer Stand und Perspektiven der Fahrzeugantriebstechnologien 4 Methodisches Vorgehen und Methodikaufbau 5 Anforderungsspezifische Modellierung im Simulationsmodell 6 Prognosen zu Antriebsstrangkomponenten 7 Systematische Analyse der zukünftigen Potenziale von Antriebskonzepten 8 Anwendung und Ergebnisdiskussion 9 Zusammenfassung und Ausblick A Programmiertechnische Umsetzung B Bewertung von Antriebskonzepten C Datenbasis und Ergebnisse der Methodikanwendung / An important aspect in the assessment and comparison of vehicle powertrain concepts are forecasts with respect to the future development of these concepts regarding societal, economical as well as technological criteria. In this context, future technological potentials of vehicle powertrain concepts and related technological issues and effects play an important role, especially within the early powertrain conception phase. This work presents a mainly simulation-based methodology for the evaluation und analysis of respective technological potentials. The methodology comprises a combination of expert surveys and a meta-analysis for the identification of powertrain component forecasts and methods in the field of modelling and simulation for the evaluation of powertrain concept forecasts. Two exemplary applications are conducted to present the practicability and utility of the methodology. The first one comprises the analysis of an exemplary PHEV regarding its future potentials with respect to the fuel consumption and the purely electric range. Within the second one, an exemplary BEV and an exemplary FCHEV are compared with regard to future range and powertrain costs potentials. In addition to that, within both methodology applications, analyses with respect to technological limits, technological reasons, fault effects and further technological issues are conducted.:1 Einleitung 2 Forschungsumfeld, Handlungsbedarf und Vorgehensweise 3 Grundlagen, technischer Stand und Perspektiven der Fahrzeugantriebstechnologien 4 Methodisches Vorgehen und Methodikaufbau 5 Anforderungsspezifische Modellierung im Simulationsmodell 6 Prognosen zu Antriebsstrangkomponenten 7 Systematische Analyse der zukünftigen Potenziale von Antriebskonzepten 8 Anwendung und Ergebnisdiskussion 9 Zusammenfassung und Ausblick A Programmiertechnische Umsetzung B Bewertung von Antriebskonzepten C Datenbasis und Ergebnisse der Methodikanwendung