Der wirtschaftliche Erfolg von Unternehmen der Mobilfunkbranche wird nicht nur durch die zuverlässige Bereitstellung von Diensten und die Entwicklung innovativer Geschäftsmodelle, sondern auch durch die Planung, Errichtung und Unterhaltung qualitativ hochwertiger und kosteneffizienter Funknetzinfrastrukturen bestimmt. Angesichts eines rasanten technischen Fortschritts, der Veränderung von Kundenansprüchen sowie der Komplexität und Langlebigkeit der Funknetze stellt dies eine enorme Herausforderung dar. Vor diesem Hintergrund wird zur Sicherstellung einer langfristigen Wirtschaftlichkeit der Infrastruktur im Rahmen der Arbeit ein aus drei miteinander verzahnten Bausteinen bestehendes Modellierungs- und Managementkonzept zur Analyse und Gestaltung der Lebenszykluskosten von Funknetzinfrastrukturen entwickelt. Den ersten Baustein repräsentieren Entscheidungsmodell(system)e, deren Bildung und Auswertung sich zur Vorbereitung von Investitionsentscheidungen bei komplexen, infrastrukturbezogenen Problemstellungen eignet. Ansätze eines lebenszyklusorientierten Target Costing für die Infrastruktur von Funknetzen als zweiter Baustein tragen zum Aufdecken von Kostensenkungspotenzialen bei und liefern Ansatzpunkte zur marktgerechten Gestaltung der Infrastruktur. Die erfolgreiche Anwendung des Konzepts unterstützen Ansätze bzw. IT-Lösungen zur Bereitstellung zeit- und sachgerechter Informationen (dritter Baustein). Schließlich wird die Anwendbarkeit des Konzepts auf praxisbezogene Fragestellungen demonstriert sowie die Transferierbarkeit der Erkenntnisse auf weitere komplexe technische Systeme, hier Werkzeugmaschinen, geprüft. / The economic success of companies in the mobile communications industry is determined not only by a reliable provision of services and by the development of innovative business models, but also by the planning, construction, operation and maintenance of high quality and cost-effective radio network infrastructures. This represents an enormous challenge in view of rapid technological progress, changes in customer requirements as well as complexity and longevity of radio networks. Against this background and in order to ensure a long-term cost-effectiveness of infrastructure, a modeling and management concept that allows to analyze and to influence the life cycle costs of radio network infrastructures is developed. This concept consists of three interlinked components. (Systems of) Decision models represent the first component. They are suitable for preparing decision-making about investments in view of complex, infrastructure-related (decision) problems. Approaches of a life cycle oriented target costing for radio network infrastructures as the second component make cost reduction potentials accessible and provide starting points for the market-driven design of infrastructure. The successful application of the concept is supported by IT solutions, which provide appropriate information (third component). Finally, the practical use of the concept is demonstrated and it is investigated whether findings are transferable to other complex technical systems – here machine tools.

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.

Der wirtschaftliche Erfolg von Unternehmen der Mobilfunkbranche wird nicht nur durch die zuverlässige Bereitstellung von Diensten und die Entwicklung innovativer Geschäftsmodelle, sondern auch durch die Planung, Errichtung und Unterhaltung qualitativ hochwertiger und kosteneffizienter Funknetzinfrastrukturen bestimmt. Angesichts eines rasanten technischen Fortschritts, der Veränderung von Kundenansprüchen sowie der Komplexität und Langlebigkeit der Funknetze stellt dies eine enorme Herausforderung dar. Vor diesem Hintergrund wird zur Sicherstellung einer langfristigen Wirtschaftlichkeit der Infrastruktur im Rahmen der Arbeit ein aus drei miteinander verzahnten Bausteinen bestehendes Modellierungs- und Managementkonzept zur Analyse und Gestaltung der Lebenszykluskosten von Funknetzinfrastrukturen entwickelt. Den ersten Baustein repräsentieren Entscheidungsmodell(system)e, deren Bildung und Auswertung sich zur Vorbereitung von Investitionsentscheidungen bei komplexen, infrastrukturbezogenen Problemstellungen eignet. Ansätze eines lebenszyklusorientierten Target Costing für die Infrastruktur von Funknetzen als zweiter Baustein tragen zum Aufdecken von Kostensenkungspotenzialen bei und liefern Ansatzpunkte zur marktgerechten Gestaltung der Infrastruktur. Die erfolgreiche Anwendung des Konzepts unterstützen Ansätze bzw. IT-Lösungen zur Bereitstellung zeit- und sachgerechter Informationen (dritter Baustein). Schließlich wird die Anwendbarkeit des Konzepts auf praxisbezogene Fragestellungen demonstriert sowie die Transferierbarkeit der Erkenntnisse auf weitere komplexe technische Systeme, hier Werkzeugmaschinen, geprüft. / The economic success of companies in the mobile communications industry is determined not only by a reliable provision of services and by the development of innovative business models, but also by the planning, construction, operation and maintenance of high quality and cost-effective radio network infrastructures. This represents an enormous challenge in view of rapid technological progress, changes in customer requirements as well as complexity and longevity of radio networks. Against this background and in order to ensure a long-term cost-effectiveness of infrastructure, a modeling and management concept that allows to analyze and to influence the life cycle costs of radio network infrastructures is developed. This concept consists of three interlinked components. (Systems of) Decision models represent the first component. They are suitable for preparing decision-making about investments in view of complex, infrastructure-related (decision) problems. Approaches of a life cycle oriented target costing for radio network infrastructures as the second component make cost reduction potentials accessible and provide starting points for the market-driven design of infrastructure. The successful application of the concept is supported by IT solutions, which provide appropriate information (third component). Finally, the practical use of the concept is demonstrated and it is investigated whether findings are transferable to other complex technical systems – here machine tools.

Spanende Werkzeugmaschinen stellen einen zentralen Faktor in der Produktion technischer Güter dar. Sie haben einen erheblichen Anteil am industriellen Ener-gieverbrauch und fanden somit Aufnahme in die ErP-Richtlinie 2009/125/EG für energiegetriebene Produkte (Ökodesign-Richtlinie). Ähnlich Gebäuden, Konsum-gütern und Elektromotoren müssen Werkzeugmaschinen nachweislich energieef-fizienter werden. Obwohl die Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen und de-ren Vergleichbarkeit seit langem Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen ist, konnten noch keine geeigneten Methoden zur energetischen Klassifizierung gefunden werden, die ein Energielabel ermöglichen. Zentrale Herausforderun-gen liegen vor allem im Fehlen geeigneter Bezugsgrößen, der Fülle potenzieller Einflussgrößen und der Vielfalt der Anwendungsfälle. Deshalb werden zunächst etablierte Klassifizierungsmethoden anderer Produktgruppen auf deren Über-tragbarkeit analysiert. Der daraus abgeleitete modulare Lösungsansatz umfasst neben einer detaillierten Vorgehensweise die empirisch-statistischen Methoden zur Normierung signifikanter Einflussgrößen auf einen Kennwert. Am Beispiel eines prozessunabhängigen Energieeffizienzindikators wird die Klassifizie-rungsmethode angewendet und diskutiert. Der so klassifizierte Kennwert fließt als Modul in zwei Label-Entwürfe ein.:1 Einleitung und gesellschaftliche Einordnung 23 1.1 Motivation 23 1.2 Relevanz 25 1.3 Wirkungsbetrachtung 30 2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 35 2.1 Zielsetzung 35 2.2 Aufbau der Arbeit 36 3 Analyse bestehender Ansätze und Rahmenbedingungen 39 3.1 Normen und rechtlicher Rahmen 39 3.2 Ausgeführte Energielabel 43 3.3 Methoden zum energetischen Vergleich spanender Werkzeugmaschinen 55 3.4 Energetische Kennwerte als mögliche Bezugsgröße 66 3.5 Kennwertermittlung 81 3.6 Zwischenfazit zu bestehenden Ansätzen und Rahmenbedingungen 90 4 Ansatz zur energetischen Klassifizierung 93 4.1 Methode zur energetischen Klassifizierung 93 4.2 Vorgehen zur Kennwertermittlung und Klassifizierung 96 4.3 Analyse von Einflussgrößen und Randbedingungen zur Kennwertbildung 96 4.4 Konzeption der Klassifizierungsmodule 118 4.5 Zwischenfazit zum entwickelten Ansatz zur energetischen Klassifizierung 121 5 Anwendung der Kennwertermittlung und Klassifizierung 123 5.1 Schritt 1: Maschinenklasse festlegen 123 5.2 Schritt 2: Bilanzgrenzen definieren 124 5.3 Schritt 3: Bezugsgröße bestimmen 124 5.4 Schritt 4: Potenzielle Einflussparameter auswählen 127 5.5 Schritt 5: Bezugsgröße und Einflussparameter messen bzw. erfassen 130 5.6 Schritt 6: Datensatz empirisch-statistisch analysieren 132 5.7 Schritt 7: Maschinen energetisch klassifizieren 141 5.8 Zwischenfazit zum ermittelten Kennwert für die prozessunabhängige Klassifizierung 145 6 Label-Entwurf 151 6.1 Auswahl der Beispielparameter 151 6.2 Label-Typ „Hexagon“ 153 6.3 Label-Typ „Piktogramm“ 154 6.4 Wirkung der Klassifizierungsmodule 155 7 Diskussion 157 7.1 Übertragbarkeit auf andere Maschinenklassen 157 7.2 Erfüllung der Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 157 8 Zusammenfassung 161 9 Ausblick 163 10 Literaturverzeichnis 165 A Anhang 189 A 1 Umwelt- und Verbrauchskennzeichnung nach ISO 14020 189 A 2 Ökodesign nach DIN 50598 191 A 3 Einflussgrößen und deren Auswirkungen auf die Schnittkraft 194 A 4 Liste der untersuchten Maschinen 196 A 5 Energetische Testwerkstücke und Messergebnisse 197 A 6 Scatterplott-Matrix aller Parameter 203 A 7 Begriffsdefinition für Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 204 A 8 Historische Entwicklung 205 / Cutting Machine tools are playing an important role in the production of technical goods. Their energy consumption is significant in the industrial sector and so they were included in the European directive 2009/125/EC for energy-related products (ecodesign requirements). As buildings, consumer goods, and electric engines, machine tools must become verifiable more efficient. As the energy efficiency of machine tools and their comparison are research topics since a long time, no suitable methods for classification were found to facilitate an energy label. Cen-tral challenges are the lack of appropriated reference values as well as the large amount of impact values and use cases. Therefore, this work initially analyses established classification methods of other product groups and their applicability. The derived modular approach consists of a detailed procedure as well as statisti-cal methods for the normalization of significant impact parameters to one charac-teristic value. The classification method is applied and discussed exemplarily to a process-independent energy efficiency indicator. This classified value becomes one module in two drafts for an energy label.:1 Einleitung und gesellschaftliche Einordnung 23 1.1 Motivation 23 1.2 Relevanz 25 1.3 Wirkungsbetrachtung 30 2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 35 2.1 Zielsetzung 35 2.2 Aufbau der Arbeit 36 3 Analyse bestehender Ansätze und Rahmenbedingungen 39 3.1 Normen und rechtlicher Rahmen 39 3.2 Ausgeführte Energielabel 43 3.3 Methoden zum energetischen Vergleich spanender Werkzeugmaschinen 55 3.4 Energetische Kennwerte als mögliche Bezugsgröße 66 3.5 Kennwertermittlung 81 3.6 Zwischenfazit zu bestehenden Ansätzen und Rahmenbedingungen 90 4 Ansatz zur energetischen Klassifizierung 93 4.1 Methode zur energetischen Klassifizierung 93 4.2 Vorgehen zur Kennwertermittlung und Klassifizierung 96 4.3 Analyse von Einflussgrößen und Randbedingungen zur Kennwertbildung 96 4.4 Konzeption der Klassifizierungsmodule 118 4.5 Zwischenfazit zum entwickelten Ansatz zur energetischen Klassifizierung 121 5 Anwendung der Kennwertermittlung und Klassifizierung 123 5.1 Schritt 1: Maschinenklasse festlegen 123 5.2 Schritt 2: Bilanzgrenzen definieren 124 5.3 Schritt 3: Bezugsgröße bestimmen 124 5.4 Schritt 4: Potenzielle Einflussparameter auswählen 127 5.5 Schritt 5: Bezugsgröße und Einflussparameter messen bzw. erfassen 130 5.6 Schritt 6: Datensatz empirisch-statistisch analysieren 132 5.7 Schritt 7: Maschinen energetisch klassifizieren 141 5.8 Zwischenfazit zum ermittelten Kennwert für die prozessunabhängige Klassifizierung 145 6 Label-Entwurf 151 6.1 Auswahl der Beispielparameter 151 6.2 Label-Typ „Hexagon“ 153 6.3 Label-Typ „Piktogramm“ 154 6.4 Wirkung der Klassifizierungsmodule 155 7 Diskussion 157 7.1 Übertragbarkeit auf andere Maschinenklassen 157 7.2 Erfüllung der Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 157 8 Zusammenfassung 161 9 Ausblick 163 10 Literaturverzeichnis 165 A Anhang 189 A 1 Umwelt- und Verbrauchskennzeichnung nach ISO 14020 189 A 2 Ökodesign nach DIN 50598 191 A 3 Einflussgrößen und deren Auswirkungen auf die Schnittkraft 194 A 4 Liste der untersuchten Maschinen 196 A 5 Energetische Testwerkstücke und Messergebnisse 197 A 6 Scatterplott-Matrix aller Parameter 203 A 7 Begriffsdefinition für Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 204 A 8 Historische Entwicklung 205

Spanende Werkzeugmaschinen stellen einen zentralen Faktor in der Produktion technischer Güter dar. Sie haben einen erheblichen Anteil am industriellen Ener-gieverbrauch und fanden somit Aufnahme in die ErP-Richtlinie 2009/125/EG für energiegetriebene Produkte (Ökodesign-Richtlinie). Ähnlich Gebäuden, Konsum-gütern und Elektromotoren müssen Werkzeugmaschinen nachweislich energieef-fizienter werden. Obwohl die Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen und de-ren Vergleichbarkeit seit langem Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen ist, konnten noch keine geeigneten Methoden zur energetischen Klassifizierung gefunden werden, die ein Energielabel ermöglichen. Zentrale Herausforderun-gen liegen vor allem im Fehlen geeigneter Bezugsgrößen, der Fülle potenzieller Einflussgrößen und der Vielfalt der Anwendungsfälle. Deshalb werden zunächst etablierte Klassifizierungsmethoden anderer Produktgruppen auf deren Über-tragbarkeit analysiert. Der daraus abgeleitete modulare Lösungsansatz umfasst neben einer detaillierten Vorgehensweise die empirisch-statistischen Methoden zur Normierung signifikanter Einflussgrößen auf einen Kennwert. Am Beispiel eines prozessunabhängigen Energieeffizienzindikators wird die Klassifizie-rungsmethode angewendet und diskutiert. Der so klassifizierte Kennwert fließt als Modul in zwei Label-Entwürfe ein.:1 Einleitung und gesellschaftliche Einordnung 23 1.1 Motivation 23 1.2 Relevanz 25 1.3 Wirkungsbetrachtung 30 2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 35 2.1 Zielsetzung 35 2.2 Aufbau der Arbeit 36 3 Analyse bestehender Ansätze und Rahmenbedingungen 39 3.1 Normen und rechtlicher Rahmen 39 3.2 Ausgeführte Energielabel 43 3.3 Methoden zum energetischen Vergleich spanender Werkzeugmaschinen 55 3.4 Energetische Kennwerte als mögliche Bezugsgröße 66 3.5 Kennwertermittlung 81 3.6 Zwischenfazit zu bestehenden Ansätzen und Rahmenbedingungen 90 4 Ansatz zur energetischen Klassifizierung 93 4.1 Methode zur energetischen Klassifizierung 93 4.2 Vorgehen zur Kennwertermittlung und Klassifizierung 96 4.3 Analyse von Einflussgrößen und Randbedingungen zur Kennwertbildung 96 4.4 Konzeption der Klassifizierungsmodule 118 4.5 Zwischenfazit zum entwickelten Ansatz zur energetischen Klassifizierung 121 5 Anwendung der Kennwertermittlung und Klassifizierung 123 5.1 Schritt 1: Maschinenklasse festlegen 123 5.2 Schritt 2: Bilanzgrenzen definieren 124 5.3 Schritt 3: Bezugsgröße bestimmen 124 5.4 Schritt 4: Potenzielle Einflussparameter auswählen 127 5.5 Schritt 5: Bezugsgröße und Einflussparameter messen bzw. erfassen 130 5.6 Schritt 6: Datensatz empirisch-statistisch analysieren 132 5.7 Schritt 7: Maschinen energetisch klassifizieren 141 5.8 Zwischenfazit zum ermittelten Kennwert für die prozessunabhängige Klassifizierung 145 6 Label-Entwurf 151 6.1 Auswahl der Beispielparameter 151 6.2 Label-Typ „Hexagon“ 153 6.3 Label-Typ „Piktogramm“ 154 6.4 Wirkung der Klassifizierungsmodule 155 7 Diskussion 157 7.1 Übertragbarkeit auf andere Maschinenklassen 157 7.2 Erfüllung der Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 157 8 Zusammenfassung 161 9 Ausblick 163 10 Literaturverzeichnis 165 A Anhang 189 A 1 Umwelt- und Verbrauchskennzeichnung nach ISO 14020 189 A 2 Ökodesign nach DIN 50598 191 A 3 Einflussgrößen und deren Auswirkungen auf die Schnittkraft 194 A 4 Liste der untersuchten Maschinen 196 A 5 Energetische Testwerkstücke und Messergebnisse 197 A 6 Scatterplott-Matrix aller Parameter 203 A 7 Begriffsdefinition für Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 204 A 8 Historische Entwicklung 205 / Cutting Machine tools are playing an important role in the production of technical goods. Their energy consumption is significant in the industrial sector and so they were included in the European directive 2009/125/EC for energy-related products (ecodesign requirements). As buildings, consumer goods, and electric engines, machine tools must become verifiable more efficient. As the energy efficiency of machine tools and their comparison are research topics since a long time, no suitable methods for classification were found to facilitate an energy label. Cen-tral challenges are the lack of appropriated reference values as well as the large amount of impact values and use cases. Therefore, this work initially analyses established classification methods of other product groups and their applicability. The derived modular approach consists of a detailed procedure as well as statisti-cal methods for the normalization of significant impact parameters to one charac-teristic value. The classification method is applied and discussed exemplarily to a process-independent energy efficiency indicator. This classified value becomes one module in two drafts for an energy label.:1 Einleitung und gesellschaftliche Einordnung 23 1.1 Motivation 23 1.2 Relevanz 25 1.3 Wirkungsbetrachtung 30 2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 35 2.1 Zielsetzung 35 2.2 Aufbau der Arbeit 36 3 Analyse bestehender Ansätze und Rahmenbedingungen 39 3.1 Normen und rechtlicher Rahmen 39 3.2 Ausgeführte Energielabel 43 3.3 Methoden zum energetischen Vergleich spanender Werkzeugmaschinen 55 3.4 Energetische Kennwerte als mögliche Bezugsgröße 66 3.5 Kennwertermittlung 81 3.6 Zwischenfazit zu bestehenden Ansätzen und Rahmenbedingungen 90 4 Ansatz zur energetischen Klassifizierung 93 4.1 Methode zur energetischen Klassifizierung 93 4.2 Vorgehen zur Kennwertermittlung und Klassifizierung 96 4.3 Analyse von Einflussgrößen und Randbedingungen zur Kennwertbildung 96 4.4 Konzeption der Klassifizierungsmodule 118 4.5 Zwischenfazit zum entwickelten Ansatz zur energetischen Klassifizierung 121 5 Anwendung der Kennwertermittlung und Klassifizierung 123 5.1 Schritt 1: Maschinenklasse festlegen 123 5.2 Schritt 2: Bilanzgrenzen definieren 124 5.3 Schritt 3: Bezugsgröße bestimmen 124 5.4 Schritt 4: Potenzielle Einflussparameter auswählen 127 5.5 Schritt 5: Bezugsgröße und Einflussparameter messen bzw. erfassen 130 5.6 Schritt 6: Datensatz empirisch-statistisch analysieren 132 5.7 Schritt 7: Maschinen energetisch klassifizieren 141 5.8 Zwischenfazit zum ermittelten Kennwert für die prozessunabhängige Klassifizierung 145 6 Label-Entwurf 151 6.1 Auswahl der Beispielparameter 151 6.2 Label-Typ „Hexagon“ 153 6.3 Label-Typ „Piktogramm“ 154 6.4 Wirkung der Klassifizierungsmodule 155 7 Diskussion 157 7.1 Übertragbarkeit auf andere Maschinenklassen 157 7.2 Erfüllung der Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 157 8 Zusammenfassung 161 9 Ausblick 163 10 Literaturverzeichnis 165 A Anhang 189 A 1 Umwelt- und Verbrauchskennzeichnung nach ISO 14020 189 A 2 Ökodesign nach DIN 50598 191 A 3 Einflussgrößen und deren Auswirkungen auf die Schnittkraft 194 A 4 Liste der untersuchten Maschinen 196 A 5 Energetische Testwerkstücke und Messergebnisse 197 A 6 Scatterplott-Matrix aller Parameter 203 A 7 Begriffsdefinition für Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 204 A 8 Historische Entwicklung 205

Redundant parallel kinematic machines are parallel mechanisms to which one or more kinematic branch is added in order to improve their mechanical properties, in particular, their stiffness. Redundant parallel kinematic machines have then more actuators than their degree of freedom. New calibration methods are developed in this thesis in order to deal with the particularities related to the actuation redundancy. First, calibration methods using geometrical models are tested. Several measurement systems and control models are compared. A self-calibration is also carried out, where the redundant branches are switched to a passive mode. Thus, they play the role of the measurement system and the mechanism can be calibrated without the help of extra sensors. Geometrical calibration methods, however, do not take into account the internal constraints due to the redundancy. Elastic deformations are neglected although they are shown to have an influence on the positioning accuracy after the calibration. Modeling methods are then developed that take into account the geometry of the mechanism as well as the stiffness of its elements to improve the accuracy of the calibration. With such modeling methods, it is possible to determine the tool-center-point position for redundantly actuated parallel mechanisms from geometrical and stiffness parameters and given positions for all actuators. The modeling methods are first demonstrated on a simple mechanism. They are then tested on a real machine and used in calibration processes. / Mechanismen mit redundanter Parallelkinematik sind Parallelmechanismen, denen eine oder mehrere kinematische Ketten zugefügt werden, um die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Steifigkeit, zu verbessern. Maschinen mit redundanter Parallelkinematik besitzen dann mehr Antriebe als ihr Freiheitsgrad erfordern würde. In dieser Dissertation werden neue Kalibrierungsmethoden entwickelt, um die mit der Antriebsredundanz gebundenen Besonderheiten zu betrachten. Zuerst werden Kalibrierungsmethoden basierend auf geometrischen Modellen getestet. Verschiedene Messmethoden und Messsysteme werden verglichen. Eine Selbstkalibrierung wird durchgeführt. Bei dieser Kalibrierungsmethode werden die redundanten Antriebe freigeschaltet und als Messsystem genutzt. Die Maschine kann dadurch ohne externes Messsystem kalibriert werden. Dennoch betrachten geometrische Kalibrierungsmethode keine internen Verspannungen, die mit der Redundanz verbunden sind. Die elastischen Verformungen werden vernachlässigt, obwohl gezeigt wird, dass sie einen Einfluss auf die Positioniergenauigkeit nach der Kalibrierung haben. Es werden deshalb Modellierungsmethoden entwickelt, die sowohl die Geometrie des Mechanismus als auch die Elementsteifigkeit betrachten, um die Genauigkeit der Kalibrierung zu verbessern. Mit solchen Methoden ist es möglich, die Werkzeugposition redundanter Parallelkinematiken aus den Geometrie- und Steifigkeitsparametern und allen Antriebspositionen zu bestimmen. Die Modellierungsmethoden werden zuerst an einem einfachen Mechanismus angewandt. Sie werden danach an einer realen Maschine getestet und in einem Kalibrierungsprozess genutzt / Les mécanismes à cinématique parallèle redondante sont des mécanismes parallèles auxquels a été ajoutée une branche cinématique, ou plus, dans le but d'améliorer leurs propriétés mécaniques, en particulier, leur rigidité. Les mécanismes à cinématique parallèle redondante possèdent donc plus d'actionneurs que leur degré de liberté. De nouvelles méthodes d'étalonnage sont développées dans cette thèse afin de prendre en compte les spécificités liées à la redondance d'actionnement. Les méthodes d'étalonnage utilisant des modèles géométriques sont d'abord testées. Plusieurs systèmes de mesure et plusieurs modèles de contrôle sont comparés. Un auto-étalonnage est aussi réalisé. Pour cette méthode d'étalonnage, les actionneurs redondants sont mis en mode passif et jouent le rôle de système de mesure. Le mécanisme peut être étalonné sans ajout de codeurs. Cependant, les méthodes d'étalonnage géométriques ne prennent pas en compte les contraintes internes liées à la redondance. Les déformations élastiques sont négligées bien qu'il soit montré qu'elles ont une influence sur la précision de positionnement après étalonnage. Des méthodes de modélisation qui prennent en compte la géométrie du mécanisme ainsi que la rigidité des éléments sont donc développées pour améliorer la précision de l'étalonnage. Avec de telles méthodes, il est possible de déterminer la position de l'outil des mécanismes à redondance d'actionnement à partir de paramètres géométriques et élastiques et de la position de tous les actionneurs. Les méthodes de modélisation sont d'abord appliquées sur un mécanisme simple. Elles sont ensuite testées sur une machine réelle et utilisées dans des processus d'étalonnage.

Eine Absicherung der Maschinendynamik im gesamten Arbeitsraum unter Berücksichtigung des Einflusses der Maschinensteuerung kann nur durch eine mechatronische Analyse der Werkzeugmaschine auf Gesamtsystemebene erfolgen. Derart komplexe Berechnungen erfordern allerdings die Simulation von großen Verfahrbewegungen (MKS) unter Berücksichtigung der Strukturelastizitäten (FEM) sowie der Steuerung (Controls) und sind somit vor allem multi–disziplinären Virtual Prototyping Tools vorbehalten. Die erfolgreiche multi-disziplinäre WZM–Berechnung stellt außerordentlich hohe Anforderungen an die Modellbildungsgüte der einzelnen Maschinenkomponenten inklusive der Validierung des jeweils gewählten Modellierungsansatzes bzw. Detailierungsgrades. Dieses gilt insbesondere für funktionelle Komponenten wie Linearantriebe, Kugelgewindetriebe usw., da diese nicht ohne Weiteres aus einem CAD–Baugruppenmodell abgeleitet und in das Berechnungsmodell übernommen werden können. Das zur Modellierung und Simulation notwendige Expertenwissen ist in einer vordefinierten, parametrischen Komponentenbibliothek – ähnlich einem Baukastenprinzip – implementiert.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Darmstadt.

Die Forschungsarbeiten der 19 Teilprojektes des SFB/TR 96 verfolgen den Ansatz, spanende Werkzeugmaschinen zu Fertigungsqualität und Wirtschaftlichkeit unter den Bedingungen einer energieeffizienten Produktion durch konstruktive und steuerungstechnische Lösungen zu befähigen. Damit besteht das Ziel des SFB/TR 96 in der Lösung des Zielkonflikts von Energieeinsatz, Genauigkeit und Produktivität bei der spanenden Fertigung.

Computational methods for reducing the complexity of Finite Element (FE) models in structural dynamics are usually based on modal analysis. Classical approaches such as modal truncation, static condensation (Craig-Bampton, Guyan), and component mode synthesis (CMS) are available in many CAE tools such as ANSYS. In other disciplines, different techniques for Model Order Reduction (MOR) have been developed in the previous 2 decades. Krylov subspace methods are one possible choice and often lead to much smaller models than modal truncation methods given the same prescribed tolerance threshold. They have become available to ANSYS users through the tool mor4ansys. A disadvantage is that neither modal truncation nor CMS nor Krylov subspace methods preserve properties important to control design. System-theoretic methods like balanced truncation approximation (BTA), on the other hand, are directed towards reduced-order models for use in closed-loop control. So far, these methods are considered to be too expensive for large-scale structural models. We show that recent algorithmic advantages lead to MOR methods that are applicable to FE models in structural dynamics and that can easily be integrated into CAE software. We will demonstrate the efficiency of the proposed MOR method based on BTA using a control system including as plant the FE model of a machine tool.