Die additiven Fertigungstechnologien erleben seit einigen Jahren einen enormen Zuspruch bei der Herstellung von Einzelteilserien mit komplexen, endkonturnahen Geometrien und der Verarbeitung von Sonder- oder hybriden Werkstoffen. Prinzipiell lassen sich die Verfahren gemäß VDI- Richtlinie 3404 in drahtbasierte und pulverbasierte unterteilen. Eine weitere Unterteilung erfolgt hinsichtlich der Ausschmelztechnologie. Allen Verfahren ist gleich, dass schichtweise der Grundwerkstoff an den Stellen aufgetragen wird, wo er gemäß Endkontur benötigt wird. Damit ist ein immer wiederkehrender Wärmeeintrag verbunden, der somit Einfluss auf die Mikrostruktur der Bauteile und gleichzeitig auch auf die mechanischen Endeigenschaften ausübt. Die so erzeugten Komponenten sollten wenig Verzug oder Eigenspannungen als auch keine Porosität aufweisen, um die Gebrauchseigenschaften nicht negativ zu beeinflussen. Das Ziel ist es mittlerweile, diese verschiedenen Technologien numerisch abzubilden, um die Bauteileigenschaften vorherzusagen und ggf. Optimierungspotenziale zu eruieren. Der untersuchte Prozess ist das drahtbasierte Mehrlagenschweißen mittels des Metallschutzgasschweißens, bei dem neben der Simulation auch die Validierung im Fokus hinsichtlich Geometrie und Gefügeausbildung in den Schweißlagen stand. Diesbezüglich wurden im vorliegenden Fall zum einen alle, für die numerische Simulation notwendigen Materialparameter (mechanische und thermophysikalische Kenngrößen) des Schweißzusatzwerkstoffes G4Si1 bestimmt und in ein kommerzielles FEM-Programm (MSC Marc Mentat) implementiert. Zum anderen erfolgt zukünftig die wissenschaftliche Analyse der Verbesserung der Bauteileigenschaft, in dem die Schweißnaht unter Ausnutzung der Schweißhitze warmumgeformt wird. Erste Ergebnisse numerischer Simulationsergebnisse zeigen positive Effekte. Diese zeigen mikrostrukturelle Veränderungen (Kornfeinung durch Rekristallisation) und führten letztendlich zur Steigerung der mechanischen Eigenschaften. Der Vorteil dieser Verfahrenskombination ist außerdem die Kompensation des Verzuges durch die gezielte Umformung und einem gleichzeitigen „Richten“.

OPTIMUS MOTUS (R) ist ein grafischer Editor, um komplexe Bewegungsabläufe zu modellieren, zu optimieren, zu testen und schließlich als Funktionsbausteine für die SPS-Welt zu exportieren. So können SPS-Bewegungsprogramme erheblich schneller entwickelt und geändert werden als bei manueller Programmentwicklung. Die aus der Kurventechnik bekannte Bewegungsqualität kommt damit auch bei Servoantrieben zum Tragen. Das Debugging entfällt, weil die Quelltexte maschinell erzeugt werden.

Durch die Verwendung von 3D-Druck-Verfahren wird die Gestaltung der Komponenten revolutioniert, weil die Form nicht mehr abhängig vom Fertigungsverfahren ist. Dabei werden auch optimale Gitterstrukturen innerhalb der Komponenten immer wichtiger. Diese Stützstrukturen können in Creo Parametric 4.0 mit dem neuen «Lattice-Feature» modelliert und Creo Simulate analysiert werden. Parallel dazu kann man mit ProTopCI (Hersteller CAESS, PTC Partner Advantage, Silver) eine Topologieoptimierung mit Stützstrukturen durchführen. Der Vortrag beleuchtet die Unterschiede dieser 2 Methoden.

Im Rahmen des Bundesxzellenzclusters MERGE EXC 1075 an der TU Chemnitz erfolgte die Entwicklung einer neuartigen großserientauglichen Technologie zur Herstellung faserverstärkter Thermoplastbauteile. Für die Demonstration der Technologie wurde eine Pilotanlage realisiert, die zum Ablegen des Thermoplasttapes über eine Verlegeeinheit – einen sog. Tapelegekopf – verfügt. Mit Abschluss des Legeprozesses wird das Halbzeug, das aus einer angebremsten Spule abgezogen wird, abgeschnitten und der Prozess wird von neuem begonnen. Für das Schneiden des Materials haben Voruntersuchungen gezeigt, dass konturierte Klingen erforderlich sind, um ein Verlaufen des Bandes zu vermeiden. Darüber hinaus hat sich als zweckmäßig erwiesen eine zusätzliche Fixierung vorzunehmen. Dies verbessert die Schnittqualität und Zuverlässigkeit des Systems. Aufgrund enger Bauraumrestriktionen wurde entschieden die Schneidbewegung und das Fixieren zwangläufig synchronisiert auf einen Antrieb zurück zu führen. Hierfür wurden zwei ungleichmäßige Rastgetriebe synthetisiert, ausgelegt sowie in weiteren Entwicklungsstufen auskonstruiert, gefertigt und getestet. Mit der Inbetriebnahme des Gesamtanlagensystems erfolgte ebenfalls der Funktionsnachweis dieses mechanisch zwangläufigen Schneidsystems, das im Rahmen des Vortrags vorgestellt wird. Diese Arbeiten entstanden im Rahmen des Bundesexzellenzclusters EXC 1075 „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen“ und wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Die Autoren danken für die finanzielle Unterstützung.

Gyroscopes have been used in previous studies to measure the peak angular velocity of the shoe or foot in the frontal plane (evVel). However, it is not clear whether different test conditions (footwear hardness or locomotion speed) can influence the accuracy of evVel. The purpose of the present study was to compare the accuracy of gyroscopes and electrogoniometers when measuring evVel and the time until evVel (t_evVel) in 12 different conditions using a single axis gyroscope attached to the heel cap. Twenty-four recreational runners were instructed to walk and run on a 15-m indoor track at four locomotion speeds (1.5, 2.5, and 3.5 m/s, and individual running speed) and in three footwear conditions (low to high hardness). The gyroscope data and electrogoniometer data were sampled at a rate of 1000 Hz. Comparisons between both measurement devices showed small mean differences up to 49.8 ± 46.9 deg/s for evVel and up to 5.3 ± 3.5 ms for t_evVel. Furthermore, strong relationships between gyroscope and electrogoniometer data were found for evVel as well as for t_evVel for all conditions. It can be concluded that gyroscopes can be used to accurately determine evVel and t_evVel under a variety of conditions.

Der neu entwickelte Multiaxiale Räderprüfstand wurde für hoch dynamische Radkräfte konzipiert. Das Prüfstands-Konzept basiert auf einer Parallelkinematik im Hexapoden-Design. Die Auslegung der Kinematik und der Kräfte wurde mit Creo MDO/MDX durchgeführt. Die grundsätzliche Vorgehensweise wird anhand von Beispielen aufgezeigt. Aufgrund der hohen Dynamik ist es erforderlich das maschinendynamische Verhalten bei der Auslegung zu berücksichtigen. Dazu wurde ein Simulationsmodell des gesamten Prüfstandes in Creo Simulate erstellt und entsprechende Modal- und dynamische Frequenzanalysen durchgeführt. Der grundsätzliche Modellaufbau und Simulationsergebnisse werden vorgestellt. Auch auf die Verifizierung durch Messungen wird eingegangen. Letzter Punkt ist das Ableiten eines geeigneten Sub-Simulations-Modells, welches den Kraftfluss der Hexapoden-Architektur für weitere Untersuchungen richtig abbildet.

Auf Grund wachsender Nachfrage der simulativen Beurteilung von Getrieben hinsichtlich Geräuschentwicklung, Vibration und Belastbarkeit, kommt den Berechnungsmethoden immer größere Bedeutung zu. Hier spielen nicht nur die Steifigkeit der Verzahnung, sondern auch die Steifigkeiten der Wellen, Lagerungen und Gehäuse eine wichtige Rolle. Dazu werden unterschiedliche Simulationsmethoden vorgestellt und diese hinsichtlich Genauigkeit, Effizienz und Limitierung bewertet. Ein wichtiger Aspekt ist in diesem Zusammenhang auch die Modellbildung, insbesondere die Ermittlung der Eingabedaten für die Beschreibung der einzelnen Komponenten und deren Verbindungselemente. Die Koppelung des Mehrkörpersystems mit einem speziellen Auslegungstool für Getriebekomponenten ist neben der Multi-Physics-Simulation und der klassischen Mehrkörperdynamik eine Methode, die die Stärken beider Tools verbindet.

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.

Im Zuge eines Forschungsprojektes werden Möglichkeiten untersucht, die Schallemissionen eines Bühnenpodiums unter einen für Zuschauer wahrnehmbaren Schalldruckegel zu reduzieren. Daraus ergibt sich u.a. die Motivation, die Schalleistung für spezifische Antriebe zu bestimmen um bühnen- und antriebsspezifische Lösungskonzepte zur Schallemissionsreduzierung zu entwickeln. Zur Ermittlung entsprechender Lösungen werden an erster Stelle die Geometrien der antriebsspezifischen Zahnradpaarungen in einem CAD-Modell dargestellt. Erlauben die Flankengeometrien die Abbildung eines Überrollvorganges mit ununterbrochenem Zahnflankenkontakt, können die Zahnradmodelle weiterführend in einer nichtlinearen FEM-Simulation verwendet werden. Ziel dieser nichtlinearen Simulation ist die Bestimmung der aus dem Überrollvorgang resultierenden Erregerkräfte im Zeitbereich. Anschließend ist die Übertragung dieser Kräfte in den Frequenzbereich möglich, was nachfolgend eine harmonische Simulation sowie final die Feststellung der antriebsspezifischen Schallleistung erlaubt.

Neuartige funktionsbedingte Bauteilgeometrien in geringen Stückzahlen lassen sich mit verschiedenen Methoden der additiv, generativen Fertigung, populärwissenschaftlich 3D- Druck genannt, effizient herstellen. Für den Konstrukteur solcher Bauteile bedeutet dies ebenfalls neuartige Methoden als bisher anzuwenden. Bauteilgeometrien, die hinsichtlich einer Zielgröße optimiert sind, können mit der Topologieoptimierung auf Basis eines FE- Modells rechnerisch ermittelt werden. Während die Topologieoptimierung schon seit längerem bekannt und etabliert ist, war die durchgängige Nutzung einer gemeinsamen Datenbasis häufig durch Hindernisse geprägt. Im vorliegenden Artikel werden die heutigen Möglichkeiten anhand des FE-Systems ANSYS aufgezeigt und hinsichtlich des effizienten praktischen Einsatzes bewertet. / Innovative function-related component geometries in small quantities can be produced efficiently with different methods of additive, generative manufacturing, in a popular science known as 3D printing. For the designer of such components it also means to use other methods as usual. Component geometries optimized regarding to a target size can be calculated using topology optimization based on a FE model. While topology optimization has been known and established for a long time, the consistent use of a common database was often characterized by obstacles. In this article today's possibilities are shown with the FE system ANSYS and evaluated with regard of the efficient practical use.