Das Hauptanliegen des Bundesexellenzclusters MERGE: Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen ist die Verwendung von prozesstauglichen Technologien zur resourceneffizienten Herstellung von Leichtbaustrukturen in Mischbauweise. In der Interactive Domain (IRD): Modelling, Integrative Simulation and Optimization des Cluster of Excellence „MERGE“ werden ganzheitliche und durchgängige Simulationsketten entwickelt, um das Werkstoffverhalten von unterschiedlichen Materialgruppen unter Berücksichtigung prozessbedingter und belastungsspezifischer Restriktionen aufeinander abzustimmen. Die Bauteileigenschaften und Randbedingungen bei der Herstellung der Hybridbauteile hängen dabei, neben den verwendeten Materialkombinationen (Kunststoffe, Faserverbunde, Metalle), in starkem Maße von den zugrundeliegenden Fertigungsprozessen ab. Insbesondere die multikriterielle Optimierung -- von der Herstellung bis zum belasteten Bauteil -- benötigt eine Vielzahl an aufwändigen Simulationen die ein effizientes Datenmanagement sowie verteilten Berechnungsumgebungen erfordern. / The main objective of the Cluster of Excellence “MERGE”: Merge Technologies for Multifunctional Lightweight Structures is the use of process technologies suitable for resource-efficient production of lightweight structures in composite design. In the Interactive Research Domain (IRD): Modelling, Simulation and Optimization of Cluster of Excellence "MERGE" holistic and integrated simulation chains are designed to match the material behavior of different groups of materials under consideration of process-related and load specific restrictions. The component properties and constraints in the production of hybrid components depend in addition to the used material combinations (fiber reinforced plastics and metals) largely on the underlying production process. In particular, the multicriteria optimization - from manufacturing process until the loaded lightweight structure -- requires a large number of complex simulations which require an efficient data management and distributed computing environments.

This presentation is intended to inform about the enhancements to Creo Simulate 4.0 and the Roadmap for the future (5.0 +)

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.