War bisher die Gestalt von Bauteilen und Baugruppen in Konstruktionen sehr stark durch ihre Fertigungsverfahren beeinflusst, so ändern sich diese Vorgaben durch die Verwendung von 3D- Druck auf beinahe revolutionäre Art und Weise. Und somit werden Ansätze salonfähig, die bisher doch eher selten in Anwendung waren, wie z.B. Gitterstrukturen oder Topologieoptimierung. Diese finden nun wieder häufiger ihren Weg in die Bauteil- und Baugruppenstrukturen. Die Verwendung birgt aber auch damit einhergehende Herausforderungen, da sich z.B. die Bauteilgrößen nach einer Topologieoptimierung drastisch vergrößern und z.B. auch die Glättung der Teile für den Druck, sowie die Rückführung in die CAD-Systeme, häufig noch eine ungelöste Aufgabe darstellen. Diese Ansätze müssen bezogen auf den PLM Gedanken, prozesstechnisch durchdacht und entsprechend implementiert werden. Der Vortrag beschäftigt sich mit der dafür notwendigen Prozesskette vom CAD-Model über die Simulationsverfahren wie Topologieoptimierung oder Gitterstrukturen, Glättung von Strukturen u.v.m. sowie deren Rückführung ins CAD/PLM.

Eine effiziente und effektive Technologieentwicklung und –optimierungen im Bereich der Umform- und Fertigungstechnik erfolgt heutzutage fast ausschließlich rechnergestützt auf Basis der Finiten Elemente Methode (FEM) oder der Finiten Differenzen Methode (FDM). Die aktuellen Umformsimulationssysteme sind in der Lage die notwendige Energie der Anlagen, den prozessbedingten Stofffluss des Umformgutes inkl. der resultierenden Temperaturen und die Spannungen des Halbzeuges bzw. Bauteiles als auch der Werkzeuge vorauszuberechnen. Allerdingssind bereits dafür die sehr sensitiven Materialdaten, wie z. B. temperatur- und umformgeschwindigkeitsabhängige Fließkurven, Wärmeleitfähigkeit usw., notwendig. Momentane Forschungsaktivitäten beschäftigen sich damit, den nächsten Schritt der FE-Simulation zu bewältigen, in dem die Gefügeentwicklung und die daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit, Bruchdehnung etc.) numerisch ermittelt werden können. Auch dafür müssen sehr aufwendige und materialspezifische Materialdaten generiert und modelliert und abschließend in Simulationssysteme über Schnittstellen implementiert werden. Die Vorhersage zu Verschleiß und Versagen von Werkzeugen wird in Zukunft immer mehr in das Interesse von Anwendern von FE-Software rücken, um die kompletten Einflussgrößen der Prozesse abzubilden. Dieser Beitrag soll am Beispiel einer aushärtbaren Aluminiumlegierung (EN AW 6.xxx) verdeutlichen, wie unterschiedlich das Materialverhalten in Abhängigkeit des Ausgangszustandes (stranggepresst, stranggegossen) und der Erwärmungsmodi (konvektiv, induktiv) sein kann und wie sich diese Variationen für ein und denselben Werkstoff auf die Berechnungsgenauigkeit ausgewählter Warmmassivumformprozesse (Reckwalzen, Gesenkschmieden) auswirkt.

Das Formdrücken findet seine industrielle Anwendung in der Herstellung rotationssymmetrischer Hohlbauteile für kleine und mittlere Losgrößen. Diese Bauteile werden häufig in einem weiteren Verfahrensschritt als Vorform für die Herstellung profilierter Hohlkörper genutzt. Verfahrensbedingt tritt bereits bei der Vorformherstellung eine ungewollte Blechdickenabnahme auf. Um diese Blechdickenabnahme zu minimieren, wurde anhand numerischer Methoden das Verfahren des Rotationsschwenkbiegens an der Professur Virtuelle Fertigungstechnik der TU Chemnitz entwickelt. Das Prinzip dieses inkrementellen Umformprozesses basiert auf einer Verfahrenskombination des konventionellen Drückens und des Schwenkbiegens, mit dem Ziel der faltenfreien Herstellung von Hohlbauteilen bei gleichzeitiger minimaler Blechausdünnung. Die als Halbzeug verwendete Ronde wird zu Beginn des Prozesses auf eine formgebende Matrize gespannt und in Rotation versetzt. Durch die Schwenkbewegung eines zylindrischen Umformwerkzeuges wird das ebene Blech an die Kontur der Matrize angelegt, wobei keine Relativbewegung zwischen Blech und Werkzeug stattfindet. Demzufolge entstehen minimale Zugspannungen in der Blechebene und die Blechausdünnung wird deutlich verringert. Durch die Durchmesserreduzierung bilden sich jedoch ebenso tangentiale Druckspannungen aus, welche zu einer ungewollten Faltenbildung führen können. Im Rahmen des Vortrages werden anhand von FEM-Simulationen Möglichkeiten vorgestellt, um diese Druckspannungen zu reduzieren oder gezielt zur Vorformherstellung für profilierte Hohlbauteile zu nutzen.

Die ersten Umlaufrädergetriebe wurden in Planetarien verwendet, um die Bewegung der Gestirne exakt aufzuzeigen. Bis in die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts wurden sie danach meist zur Lösung schwieriger Regelaufgaben verwendet. Erst durch größere Fortschritte in der Werkstoff- und Fertigungstechnik wurden Umlaufrädergetriebe als Drehmomentenwandler eingesetzt. Dadurch konnten die großen Vorteile der Umlaufrädergetriebe gegenüber Stirnradgetrieben in der Antriebstechnik genutzt werden. Umlaufrädergetriebe ermöglichen hohe Übersetzungen bei geringem Bauraum und Gewicht, da die Leistung über mehrere Zahnkontakte übertragen wird. Des Weiteren gibt es neben dem Zweiwellenbetrieb die Möglichkeit, im Dreiwellenbetrieb voneinander unabhängige Drehbewegungen zu überlagern. Dadurch sind beispielsweise Regelungsaufgaben bei Windenergieanlagen möglich. Dabei wird die Ungleichförmigkeit des Windes über einen zweiten drehzahlvariablen Antrieb ausgeglichen, damit am Abtrieb eine stets gleichmäßige Drehzahl am Generator anliegt. Weitere Vorteile sind die koaxiale Lage von Antrieb und Abtrieb und die symmetrische Bauform. MDESIGN LVR planet wurde entwickelt, um die Berechnung der Lastverteilung über der Zahnflanke und der Lastaufteilung auf die Planetenräder in Planetengetrieben zu übernehmen. Es ist möglich, diese Berechnung für geradverzahnte, einfachschräg- und doppeltschrägverzahnte Planetengetriebe im Zwei- und Dreiwellenbetrieb durchzuführen. Da doppelschrägverzahnte Planetengetriebe in Getrieben mit hohen Drehzahlen häufig in der Industrie verwendet werden, untersucht diese Forschungsarbeit die Theorie zur Umsetzung der Berechnung von Lastverteilungen unter dem Aspekt der Zeit – und Kosteneffizienz. Dabei sollen spezifische Probleme bei der Berechnung der Breitenlastverteilung über der Zahnflanke für doppelschrägverzahnte Planetengetriebe erfasst werden. Diese Probleme umfassen bei Doppelschrägverzahnung beispielsweise die hohen Torsionsverformungen, die Aufteilung der Last auf die Zahnhälften und die gegenseitige Beeinflussung der Verformung der Zahnhälften untereinander.

Für nanoskalige Füllpartikel, die stark zum Agglomerieren tendieren, ist das Ultraschalldispergieren mittels Sonotrode eine geeignete Methode, um Agglomerate hinreichend gut zu entbündeln. Um dabei die optimalen Ultraschallparameter ermitteln zu können, ist es nötig, das effektive Dispergiervolumen, in welchem die Agglomerate durch Kavitation aufgebrochen werden, zu kennen. Die hier vorgestellte CAD-basierte Methode zur Berechnung des effektiven Dispergiervolumens ist dabei deutlich weniger zeitintensiv als die bisher üblicherweise verwendete analytische Methode.

Der Beitrag stellt zunächst kurz die geometrischen Grundlagen der klassischen Genaulagen- Synthese von Koppelgetrieben vor und erläutert diese anschaulich für Zuhörer ohne spezielle getriebetechnische Vorkenntnisse. Dies mündet ein in die Definition und mathematische Formulierung der in der Getriebe-Software GENESYS zugrunde gelegten allgemeinen Bemessungsbausteine ,,Drei-Glieder-Gruppe“ und ,,Zweischlag mit Relativwinkel“. Dazu werden das typische Lösungsspektrum und die Lösungsvielfalt für jeweils drei, vier und fünf Lagenzuordnungen benannt, ohne jedoch näher auf mathematische Details der jeweiligen Lösungsbestimmung einzugehen. Den Kern des Beitrages bildet die anschließende Vorstellung des Konzeptes ,,Bearbeitungsstrategie“ als Ansatz für die jeweils aufgabenspezifische individuelle Entwicklung von Bearbeitungsabläufen, in denen die allgemeinen Bemessungsbausteine mit jeweils geeigneter Anpassung ihrer Eingabe- und Variationsdaten in eine Abfolge sonstiger Bearbeitungsschritte, z. B. freie Variation von Vorgaben sowie vor- und nachbereitende Analyseschritte, eingebettet werden. Abschließend wird an praktischen Beispielen demonstriert, wie dieses Konzept in GENESYS software-technisch unterstützt wird und effektiv eingesetzt werden kann.

Die Anlage DRESDYN dient in erster Linie der Erforschung des planetaren Dynamo-Effektes. Für die Untersuchungen wird ein zylindrischer Behälter mit 2 Meter Innendurchmesser und 2 Meter Länge vollständig mit flüssigem Natrium gefüllt. Zur Erzielung des Dynamoeffektes vollführt der Behälter eine Rotation bis zu 10 Hz und eine Präzession bis zu 1 Hz, wobei der Winkel zwischen den jeweiligen Achsen zwischen 45 und 90° liegt. Während der Versuche entsteht im Behälter ein komplexes dynamisches Druckfeld, sowie Temperaturgradienten, was zu komplexen überlagerten Spannungszuständen führt. Desweiteren entstehen während der Rotation des Behälters und der massiven Rahmenkonstruktionen große Massenkräfte, welche z.B. in Form vom gyroskopischen Moment beschrieben werden können. Die Strukturzuverlässigkeit der Anlage muss gewährleistet sein, was vielerlei Nachweise nach sich zieht. Es wird erläutert wie die Knotenlasten mittels MKS (MBSim) berechnet wurden und wie mittels FEM (ANSYS) an linearen und nichtlinearen Modellen verschiedene Analysen durchgeführt wurden. Zusätzlich wird eine Möglichkeit der Anwendung der FKM-Richtlinie auf die Ergebnisse von ANSYS mit Hilfe von MathCad Prime kurz erklärt, wobei durch die Rückführung die Auslastungsgrade direkt im ANSYS Modell angezeigt werden können. Zusätzlich werden Untersuchungen und Modellabgleiche (Nichtlinearitäten z.B. reibungsbehaftete Kontakte) an einem skalierten Prototyp der Verriegelungseinrichtung geplant, was ebenfalls vorgestellt wird. Der Vortrag soll einen Aufschluss über die für die Entwicklung der Anlage angewendeten Methoden geben, sowie einige interessante mittels MKS und FEM gelöste Aufgaben vorstellen.

Die Präsentation gibt einen Überblick über die Software PTC Mathcad Prime 3.1, das Software Development Kit (SDK) und den neuen Berechnungsserver Mathcad Gateway. Neue Funktionalitäten und Anwendungsmöglichkeiten von Mathcad werden vorgestellt.

The modulation methods Space Vector PWM (SVPWM), Discontinuous PWM (DPWM1, DPWMMAX) and six-step mode are investigated in the overmodulation range of a voltage-fed induction motor drive. This area enables an increase of inverter output voltage so that drive performance can be enhanced. Though, pulse dropping occurs which results in increased iron losses and current waveform quality degradation. Due to differences in harmonic distortion the modulation methods cause various torque oscillations and power losses in induction motors and inverter drives. To quantify these effects in a squirrel cage induction motor drive a simulation model containing a finite element machine model and an analytic inverter model is developed, in order to find the PWM scheme offering maximum torque and minimal power losses. Additionally, the holistic investigation of machine and inverter losses allows for making statements concerning total losses of drive systems and the most suitable overmodulation scheme for the application.

Die mikro- und makroskopischen Eigenschaften teilkristalliner Thermoplasten werden insbesondere durch die lokale Kristallisation während der Verarbeitung geprägt. Trotz des allgegenwärtigen Einsatzes dieser Werkstoffe liegen über die grundlegenden Entstehungsmechanismen der Strukturausprägungen und die daraus resultierende Auswirkung auf das Eigenschaftsprofil noch immer große Wissensdefizite vor. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde daher das Kristallisationsverhalten an ausgewählten Vertretern der Polyester untersucht, um einen wissenschaftlichen Beitrag für das weitere Verständnis der prozessinduzierten Strukturausprägungen zu leisten. Der Fokus der Untersuchungen lag darauf, die Kristallisation und ihre werkstofflichen Auswirkungen sowohl unter rein theoretischen als auch unter prozessnahen thermischen Randbedingungen zu untersuchen. Erreicht wurde dies unter anderem durch labortechnische Analysen insbesondere mittels der Hochgeschwindigkeitskalorimetrie, der Strukturaufklärung und Eigenschaftserfassung spritzgegossener Probekörper sowie der Anwendung eines experimentell-simulativen Ansatzes zur Untersuchung des lokalen Abkühl- und Kristallisationsverhaltens durch die Finite-Differenzen-Methode. Die Ergebnisse zeigen, dass die durch die Verarbeitung induzierte Strukturausprägung der untersuchten Polyester nicht nur durch eine ausgeprägte Primär-, sondern auch durch die unmittelbar einsetzende Sekundärkristallisation geprägt wird. Dabei wird deutlich, dass die resultierende strukturelle Beschreibung zwingend nach dem 3-Phasenmodell erfolgen muss, da dieses neben der klassischen amorphen und kristallinen Phase zudem eine Zwischenphase berücksichtigt, welche die Phasenzusammensetzung maßgeblich prägen kann. / The micro- and macroscopic properties of semi-crystalline thermoplastics are particularly influenced by the local crystallization during processing. Despite the widespread use of these materials, there is still a significant lack of knowledge about the fundamental mechanisms of crystallization and the impact on the resulting profile of properties. Therefore, the crystallization behavior of selected representatives of polyesters was investigated in order to contribute to a scientific understanding of the process-induced structural characteristics. The focus of the investigations was on the crystallization and its material effects both under purely theoretical and process-related thermal boundary conditions. Among other things, this was achieved through laboratory studies especially using the Fast Scanning Calorimetry as well as the structure clarification and property detection of injection-molded specimens. Furthermore, the application of an experimental-simulative approach using the finite-difference method in order to investigate the local cooling and crystallization behavior was performed. The results show that the process-induced structural characteristics of the investigated polyesters are not only influenced by a pronounced primary crystallization, but also by immediately secondary crystallization. It becomes clear that the resulting structural description must necessarily follow the 3-phase model, since this also considers the classic amorphous and crystalline phase as well as an intermediate phase, which can significantly influence the phase composition.