Werden Softwaresysteme auf Basis eines komponentenorientierten Architekturparadigmas entwickelt, stellt sich die Frage, welches Vorgehensmodell zur Projektabwicklung herangezogen werden kann. In der Literatur werden unterschiedliche Vorgehensmodelle zur komponentenorientierten Softwareentwicklung vorgeschlagen. Aus diesen werden in der vorliegenden Untersuchung vier Modelle ausgewählt: Catalysis, Perspective, Rational Unified Process 2002 und V-Modell ’97. Die ausgewählten Vorgehensmodelle werden auf Basis eines allgemeinen Rahmens beschrieben und verglichen. Dabei werden die Aspekte Terminologie, Klassifizierung, Komponentenbegriff, Abdeckung des Lebenszyklus einer Komponente, Abdeckung der Tätigkeitsbereiche, Prozessarchitektur, Prozesssteuerung, Rollenabdeckung und Adaption untersucht. Komponentenorientierte Vorgehensmodelle sind sowohl Weiterentwicklungen bekannter konventioneller Vorgehensmodelle als auch ausschließlich auf die komponentenorientierte Entwicklung ausgerichtet. Obwohl die ausgewählten Vorgehensmodelle speziell auf eine komponentenorientierte Entwicklung ausgerichtet sind, zeigt sich, dass wesentliche Lebenszyklen einer Komponente nur rudimentär behandelt werden. Eine Ausnahme bildet hier Catalysis.

Die Analyse des Standes der Technik zu Simulationsmethoden im Werkzeugentwicklungsprozess zeigt die breiten Bestrebungen ganzheitliche Modelle zur Abbildung der Maschinen- und Werkzeugeigenschaften in der Prozesssimulation zu schaffen um die Werkzeuginbetriebnahme in Zukunft in die virtuelle Welt überführen zu können. Dabei werden die Einflüsse wie die Stößelkippung unter Last, die Durchbiegung der Werkzeugaufspannplatten, die Verformung des Ziehkissens und die elastische Nachgiebigkeit der Werkzeuge separat betrachtet. Es konnte kein Simulationsmodell identifiziert werden, welche alle relevanten Eigenschaften der Werkzeuge und der Maschinen zu einem Gesamtmodell vereint. Zudem fehlten Modellierungsansätze für wesentliche Teilaspekte einer ganzheitlichen Abbildung der Wechselwirkungen von Maschine, Werkzeug und Prozess. Insbesondere ist dabei die systematische Untersuchung zur Abbildung des Pinolentragbildes sowohl örtlich als auch über dem Pressenhub und der versteifende Einfluss der Werkzeugführung zu nennen. Mit der vorliegenden Arbeit konnte ein ganzheitliches FE-Prozessmodell mit den wesentlichen elastischen Eigenschaften der Maschine und der Werkzeuge erstellt werden. Wichtig ist dabei insbesondere die systematische Abbildung relevanter mechanischer Ziehkissenstrukturen als Ersatzmodell und die Integration der tatsächlichen Ziehkissenkraft im Prozessmodell. Bekannte Modellierungsansätze wie z.B. die Abbildung der Kippsteifigkeit des Stößelsystems und die Berücksichtigung der Durchbiegung der Werkzeugaufspannplatten wurden weiterentwickelt und in das Gesamtmodell implementiert. Für jedes Ersatzmodell wurde eine Strategie zur Modellerstellung und zur zweckmäßigen Parametrierung mit dem Ziel eines minimalen Zeit- und Kostenaufwandes vorgeschlagen. Die elastische Modellierung der Werkzeuge wurde mit einer systematischen Vorgehensweise hinterlegt und zeigt bei konsequenter Anwendung signifikant reduzierte Berechnungszeiten. Die Berücksichtigung der Ziehstäbe erfolgt in dieser Arbeit aufgrund der Einschränkungen des verwendeten FE-Solvers als Strukturmodell. Zusätzlich wurde ein Modellierungsansatz vorgestellt, welcher die analytische Berücksichtigung der Ziehstäbe auf elastischen Werkzeugstrukturen ermöglicht. Damit steht jetzt ein Prozessmodell mit den relevanten Maschinen- und Werkzeugeigenschaften zur Verfügung, welches durch eine einfache Parametrierung auf die jeweilige Prozess-Maschinen-Konfiguration angepasst werden kann. Dies ermöglicht eine deutlich genauere Abbildung des Pinolentragbildes, der daraus resultierenden Niederhalterdruckverteilung und damit des Materialeinzuges in die Matrize. Dieses erweiterte Prozessmodell ist damit in der Lage eine virtuelle Inbetriebnahme der Werkzeuge zu unterstützen und in Zukunft eine weitere Verkürzung des Inbetriebnahmeprozesses zu ermöglichen.:I. Inhaltsverzeichnis I II. Formelzeichen und Abkürzungen V II.1. Formelzeichen V II.2. Abkürzungen VI 1 Einführung 2 2 Stand der Technik 4 2.1 Modellierung des Blechwerkstoffes 6 2.1.1 Strukturelle und funktionale Abbildung 6 2.1.2 Ermittlung der Parameterwerte 9 2.2 Reibungsverhältnisse in der Kontaktfuge 10 2.2.1 Strukturelle und funktionale Abbildung 11 2.2.2 Ermittlung der Parameterwerte 11 2.3 Karosserieziehwerkzeuge 12 2.3.1 Prinzip und Bedeutung für den Umformprozess 12 2.3.2 Wechselwirkungen im Gesamtsystem Presse-Werkzeug-Prozess 15 2.3.3 Strukturelle und funktionale Abbildung in der FE-Prozesssimulation 16 2.3.4 Ermittlung der Parameterwerte 18 2.4 Pressen der Blechumformung 18 2.4.1 Prinzip und Bedeutung für den Umformprozess 18 2.4.2 Wechselwirkungen im Gesamtsystem Presse-Werkzeug-Prozess 22 2.4.3 Strukturelle und funktionale Abbildung der Maschine in der Prozesssimulation 26 2.4.4 Ermittlung von Pressenparameter 30 2.5 Werkzeugentwicklung und -inbetriebnahme 33 2.5.1 Werkzeuginbetriebnahme 34 2.5.2 Simulationsmethoden zur Unterstützung der Werkzeugeinarbeitung 35 2.6 Defizite in der FE-Prozesssimulation des Karosserieziehprozesses 36 3 Zielstellung, Abgrenzung und Vorgehensweise 38 4 Modellerweiterung Werkzeug 40 4.1 Simulationsumgebung 40 4.2 Virtuelles Testwerkzeug 40 4.3 Elastische Werkzeugstruktur 43 4.4 Werkzeuganbindung an umliegende Strukturen 48 4.4.1 Matrize und Stempel 48 4.4.2 Niederhalter 48 4.4.3 Abbildung der Ziehstäbe auf elastisch modellierten Werkzeugen 50 4.5 Die Werkzeugführung 54 4.5.1 Analytische Berechnung der Wirkung der Werkzeugführung 54 4.5.2 Messtechnische Berücksichtigung 56 4.5.3 Bewertung der Modellierungsansätze 56 4.6 Zwischenfazit zur Modellerweiterung der Werkzeuge 58 5 Modellerweiterung Maschine 60 5.1 Messung der Stößel- und Tischdurchbiegung 60 5.2 Ersatzmodellierung und Parametrierung 61 5.3 Überlagerung von Stößelkippung und -durchbiegung 64 5.4 Berücksichtigung der Tischdurchbiegung 67 5.5 Modellstrukturen zur Berücksichtigung der ZK-Mechanik 67 5.6 Kippelastischer Modellierungsansatz 70 5.6.1 1-Punktziehkissen mit Führung 70 5.6.2 2- und 4-Punktziehkissen 72 5.6.3 Ziehkissen mit mehr als 4 Druckpunkten 73 5.7 Elastische Abbildung des Druckkastens 74 5.7.1 Strukturmodell des Druckkastens 74 5.7.2 Ersatzmodell des Druckkastens 76 5.8 Modellstrukturen zur Berücksichtigung der Krafterzeugung 78 5.8.1 Ziehkissenkraft als wegabhängige Größe 79 5.8.2 Ziehkissen-Istkraft als Verhaltensmodell 80 5.8.3 Integration eines reduzierten Anlagenmodells 80 5.9 Ableitung einer Standardparametrierung 84 5.10 Zwischenfazit zu Modellerweiterungen Presse 85 6 Anwendung der Modellerweiterungen auf Versuchsumgebung 88 6.1 Versuchsumgebung 88 6.1.1 Versuchsmaschine 88 6.1.2 Blechwerkstoffe 89 6.1.3 Versuchswerkzeug 91 6.1.4 Messwerterfassung 92 6.2 Modellierung des Blechwerkstoffes 95 6.3 Reibungsverhältnis zwischen Blech und Werkzeug 96 6.4 Modellerweiterungen Werkzeug 98 6.4.1 Modellerstellung 98 6.4.2 Einflussanalyse der elastischen Werkzeugeigenschaften 99 6.5 Modellerweiterung Maschine 100 6.5.1 Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften des Stößelsystems 100 6.5.2 Berücksichtigung der Ziehkissenmechanik 105 6.5.3 Validierung der erweiterten FE-Prozessmodelle 109 6.6 Modellbewertung anhand Grenzformänderungsdiagramme 112 6.7 Modellierung der Regelabweichungen der Ziehkissenzylinderkräfte 113 6.8 Anwendung der Standardparametrierung 116 7 Anwendungsbeispiele für die Werkzeugentwicklung 118 7.1 Werkzeugkonstruktion am Beispiel der Fertigungstoleranzen 118 7.2 Werkzeuginbetriebnahme 120 7.2.1 Ermittlung der Zylindersollkräfte auf Mehrpunktziehkissen 121 7.2.2 Virtuelles Tuschieren der Werkzeughälften 123 8 Zusammenfassung 126 9 Literatur 128 III. Anhang 136

The book summarises the results of the DFG-funded coordinated priority programme \"Fast Algorithms for Material Specific Process Chain Design and Analysis in Metal Forming\". In the first part it includes articles which provide a general introduction and overview on the field of process modeling in metal forming. The second part collates the reports from all projects included in the priority programme.

Der Operationssaal ist ein hochkomplexes System mit dem Ziel patientenindividuelle Therapien zum Erfolg zu führen. Schwerpunkt dieser Arbeit ist der Arbeitsablauf des Chirurgen. Ein chirurgischer Prozess beinhaltet die durchgeführten Arbeitsschritte des Operateurs während eines Eingriffffs. Der protokollierte chirurgische Prozess ist Ausgangspunkt der Untersuchungen. Es wurde eine Methodik entwickelt, die mit statistischen und standardisierten Verfahren Unterschiede zwischen dem Ablauf verschiedener chirurgischer Prozesse messen kann. Dazu wurden die vier Distanzmaße Jaccard, Levenshtein, Adjazenz und Graphmatching auf chirurgische Prozesse angewandt. Eine Evaluation anhand von Daten einer Trainingsstudie zur Untersuchung laparoskopischer Instrumente in der minimalinvasiven Chirurgie bildet die Grundlage zur Bestimmung von Levenshteindistanz und Adjazenzdistanz als die Maße, die optimal geeignet sind Unterschiede zwischen chirurgen Prozessen zu messen. Die Retrospektivität der Distanzanalyse wird aufgehoben indem folgende Hypothese untersucht wird: Es gibt einen Zusammenhang zwischen der Distanz zur Laufzeit eines chirurgischen Eingriffs mit der Distanz nach kompletten Ablauf des Eingriffs. Die Hypothese konnte bestätigt werden. Der Zusammenhang zwischen Prozessablauf und Qualität des Prozessergebnisses wird mit folgender Hypothese untersucht: Je größer die Distanz eines chirurgischen Prozesses zum Best Practice, desto schlechter ist das Prozessergebnis. In der Chirurgie ist der Best Practice der chirurgische Prozess, der als die beste Prozedur angesehen wird, um das angestrebte Therapieziel zu erreichen. Auch diese Hypothese konnte bestätigt werden. Die Anwendung der Distanzmaße in der klinischen Praxis erfolgte beispielhaft an Eingriffffen aus der Neurochirurgie (zervikale Diskektomie) und der HNO (Neck Dissection). Insgesamt wurde mit der in dieser Arbeit dargelegten grundlegenden Methodik der Distanzmaße bei der Analyse chirurgischer Prozesse ein Grundstein für vielfältige weitere Untersuchungen gelegt.

Der Operationssaal ist ein hochkomplexes System mit dem Ziel patientenindividuelle Therapien zum Erfolg zu führen. Schwerpunkt dieser Arbeit ist der Arbeitsablauf des Chirurgen. Ein chirurgischer Prozess beinhaltet die durchgeführten Arbeitsschritte des Operateurs während eines Eingriffffs. Der protokollierte chirurgische Prozess ist Ausgangspunkt der Untersuchungen. Es wurde eine Methodik entwickelt, die mit statistischen und standardisierten Verfahren Unterschiede zwischen dem Ablauf verschiedener chirurgischer Prozesse messen kann. Dazu wurden die vier Distanzmaße Jaccard, Levenshtein, Adjazenz und Graphmatching auf chirurgische Prozesse angewandt. Eine Evaluation anhand von Daten einer Trainingsstudie zur Untersuchung laparoskopischer Instrumente in der minimalinvasiven Chirurgie bildet die Grundlage zur Bestimmung von Levenshteindistanz und Adjazenzdistanz als die Maße, die optimal geeignet sind Unterschiede zwischen chirurgen Prozessen zu messen. Die Retrospektivität der Distanzanalyse wird aufgehoben indem folgende Hypothese untersucht wird: Es gibt einen Zusammenhang zwischen der Distanz zur Laufzeit eines chirurgischen Eingriffs mit der Distanz nach kompletten Ablauf des Eingriffs. Die Hypothese konnte bestätigt werden. Der Zusammenhang zwischen Prozessablauf und Qualität des Prozessergebnisses wird mit folgender Hypothese untersucht: Je größer die Distanz eines chirurgischen Prozesses zum Best Practice, desto schlechter ist das Prozessergebnis. In der Chirurgie ist der Best Practice der chirurgische Prozess, der als die beste Prozedur angesehen wird, um das angestrebte Therapieziel zu erreichen. Auch diese Hypothese konnte bestätigt werden. Die Anwendung der Distanzmaße in der klinischen Praxis erfolgte beispielhaft an Eingriffffen aus der Neurochirurgie (zervikale Diskektomie) und der HNO (Neck Dissection). Insgesamt wurde mit der in dieser Arbeit dargelegten grundlegenden Methodik der Distanzmaße bei der Analyse chirurgischer Prozesse ein Grundstein für vielfältige weitere Untersuchungen gelegt.

Mit der vorliegenden Arbeit soll ein Beitrag zur ganzheitlichen Betrachtung eines erdgasbetriebenen Brennstoffzellen-Heizgerätes mit PEMFC und Autothermer Reformierung zur Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus geleistet werden. Wesentliches Ziel besteht in der Entwicklung und Anwendung eines BZH-Modells im Leistungsbereich bis 10 kWel das die thermischen und elektrischen Betriebsverhältnisse bei dynamischer Arbeitsweise insbesondere in Kopplung mit einem Spitzenlastkessel mit hinreichender Genauigkeit beschreibt. Auf Basis der gekoppelten Simulation von Gebäude und Anlagentechnik unter Berücksichtigung von Nutzereinflüssen werden umfassende Untersuchungen zum Betriebsverhalten und zur optimalen Dimensionierung von BZHs durchgeführt und nach energetischen, wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten bewertet. Die Untersuchung ergab folgende wesentliche Resultate: Gegenüber modernen Energieumwandlungstechnologien mit Brennwertgeräten zur hocheffzienten Wärmeversorgung und GuD-Grundlastkraftwerken zur Bereitstellung elektrischen Stromes erzielt die KWK-Nutzung mit Brennstoffzellen primärenergetische Einsparpotenziale bis zu 21%. Bereits bei niedriger BZH-Auslegung (auf den mittleren elektrischen Haushaltsbedarf)wird deren Energiebedarf um ca. 3% unterschritten. Günstige BZH-Dimensionierungen für den Einsatz im Einfamilienhaus liegen zwischen Pel=1,0 ... 2,0 kW (QBZH=2,5 ... 4,6 kW) in Verbindung mit einem BW-Spitzenlastkessel. Mit der BZH-Bemessung auf die maximale Heizlast (Gebäudewärmebedarf und TWE) sind die niedrigsten primärenergetischen Aufwendungen zu erreichen. Oberhalb dieser Dimensionierung sind keine weiteren Einsparungen zu erwarten. Während separat betrachtet die elektrischen und thermischen Effizienzen von BZ-KWK-Anlagen vergleichsweise niedrig sind, spielt die gekoppelte Erzeugung verbunden mit hohen Gesamtnutzungsgraden die entscheidende Rolle. Mit dem generierten elektrischen BZ-Strom wird der mit höheren Abwärmeverlusten erzeugte Kraftwerksstrom ersetzt. Dieser Vorteil der Kraft-Wärme-Kopplung mit Brennstoffzellen im Wohngebäude kommt nur bei der Nutzung von elektrischer und thermischer Energie zum Tragen. Bei nichtintermittierendem Betrieb fällt Überschusswärme an, die an die Umgebung abzuführen ist. Außerhalb der Heizperiode stellen sich somit energetische Mehraufwendungen im Vergleich zum wärmegeführten Betrieb ein. In der Kombination von BZ-Technik und Spitzenlastkessel sind lange BZH-Betriebszeiten zu garantieren. Diesbezüglich ist die Regelung zur Trinkwasser-Erwärmung - insbesondere in den Sommermonaten - zum optimalen Betrieb ausschlaggebend. Die teilweise Deckung des Haushaltsstrombedarfs und der Verkauf elektrischer Arbeit senken gegenüber dem konventionellen Energiebezug maßgeblich die Betriebskosten. Durch geltende BZ-Fördermaßnahmen werden per se jährliche Energiekosten gespart. Diese Einsparungen können zur mittelfristigen Refinanzierung der vergleichsweise teureren Anlagenkosten beitragen. Auf Basis der Betriebskosten-Einsparung gegenüber konventioneller Technik sind die Grenzkosten der BZH-Investition für den wärmegeführten, intermittierenden Betrieb abschätzbar. Unter Annahme einer BZ-Stack-Lebensdauer von einem Jahr beträgt die maximale Investition bei einer elektrischen BZH-Nettoleistung von beispielsweise Pel=1,0 kW rund I0,BZH=1066 EUR.

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Hoher Wettbewerbsdruck wird für Unternehmen auf allen Ebenen immer stärker spürbar. Noch vor einigen Jahren gab es ganze Bereiche in Wirtschaft, Handel und öffentlicher Verwaltung, die bestenfalls auf eine technisch-inhaltliche Optimierung der jeweiligen Produkte und Leistungen orientiert waren. Dies hat weitgehend einer markt- und wettbewerbsorientierten Ausrichtung Platz gemacht, Innensicht wird durch verstärkte Außensicht ergänzt.

Recent innovations in the information technology and computing devices magnified the volume of available information. Today’s decision makers face the challenge of analyzing ever more data in shorter timeframes. Demand for technology that can efficiently assist systematic data analysis is constantly growing. Development of dedicated information systems is, however, difficult both from organizational and technological point of view. First, traditional software production is a complex and time-consuming process that can not be performed under time-pressure. Second, changing business conditions and evolving stakeholder needs require solutions that can be efficiently tailored over time. Finally, costs of custom software development are high, so that not all use cases and scenarios can be covered sufficiently. This thesis proposes a holistic approach to address the challenges above and to enable efficient development of decision support software. The main idea is to empower end users, i.e., decision makers, in constructing their own case-specific solutions. The proposed approach called Web-Composition for End-User Development consists of a systematic process for development and evolution of decision support systems, assistance mechanisms to address lack of programming skills by decision makers and evolution facilities to enable cost- and time-efficient extensibility of user-produced solutions. The thesis describes implementation of the devised principles and ideas in the context of several open-source projects and application scenarios. Applicability and usability of the concepts are demonstrated in user studies with respective target groups. Based on the outcome analysis the thesis concludes that end users can and should actively participate in construction of decision support software.

Die Schleifbearbeitung ist häufig ein abschließender Bearbeitungsschritt, dessen Misserfolg zu hohen wirtschaftlichen Verlusten führt. Um im Vorfeld stabile Prozessparameter und optimale Schleifbahnen finden und den Bearbeitungsablauf simulativ testen zu können, werden Modelle benötigt, die die Zusammenhänge über physikalische Gesetzmäßigkeiten abbilden. In dieser Arbeit sind speziell für das Werkzeugschleifen charakteristische Eigenschaften systematisch untersucht und ein Gesamtmodell des Schleifprozesses aufgebaut worden. Die untersuchten Haupteinflüsse sind dabei die aufgrund der starken Geometrieänderung durch den Nutenschleifprozess zeitlich veränderlichen dynamischen Eigenschaften des Werkstücks und die Anregung durch die Rotation und Topographie der Schleifscheibe. Analysiert werden darüber hinaus der Materialabtrag und die Schleifkräfte in Abhängigkeit der Prozessparameter. Die Ergebnisse der Untersuchung dienen als Basis zum Aufbau effizienter, überwiegend auf physikalischen Gesetzmäßigkeiten beruhender Einzelmodelle. Mit dem gekoppelten Gesamtmodell lassen sich Schleifbearbeitungen an einseitig eingespannten und lang auskragenden Werkstücken hochdynamisch und bis zu einigen Minuten abbilden. Es können die Schleifkräfte sowie die Geometriefehler der geschliffenen Werkstücke aufgrund ihrer Durchsenkung berechnet und eine Abschätzung der Werkstücktemperatur durchgeführt werden. Darüber hinaus lässt sich das Schleifmodell zur Anpassung der Schleifbahn nutzen um die Geometriefehler zu reduzieren und die Effizienz der Bearbeitung zu steigern. Durch die physikalisch begründeten Modelle ist die systematische Untersuchung des Schleifens und der Wechselwirkungen möglich, wodurch das Verständnis des Schleifprozesses erweitert wird.:Inhaltsverzeichnis Formelverzeichnis VII Kurzfassung XI Abstract XII 1 Einleitung und Ziel der Arbeit 1 2 Stand desWissens und der Forschung 4 2.1 Modellvorstellung des Schleifprozesses 5 2.2 Schleifprozessmodelle 7 2.2.1 Kinematikmodelle 9 2.2.2 Schleifkraftmodelle 14 2.2.3 Temperaturmodelle 17 2.3 Prozessdynamik 19 2.3.1 Schwingungen 19 2.3.2 Rattererkennung im Zeitbereich 21 2.3.3 Rattererkennung im Frequenzbereich 22 3 Analyse und Modellierung der Systemstruktur 24 3.1 Charakterisierung der Dynamikeigenschaften des Werkstücks 26 3.2 Maschinentisch und Werkstückeinspannung 29 3.3 Modellierung der Werkstückstruktur 34 3.4 Parameterbestimmung für das Strukturmodell und Einflussanalyse 41 4 Analyse und Modellierung der Anregungsmechanismen 51 4.1 Dynamische Einflüsse beim Schleifen 51 4.2 Charakterisierung der Schleifscheibeneinflüsse auf die Werkstückdynamik 53 4.3 Modellierung der Schleifscheibentopographie 56 4.4 Schleifscheibenverschleiß 63 4.5 Implementierung des Schleifscheibenmodells im Gesamtmodell 67 5 Kontaktmodellierung und Prozesseinflussanalyse 69 5.1 Kontaktanalyse und Schleifkraftberechnung 69 5.2 Materialabtragsmodellierung 78 5.3 Prozesseinflussanalyse auf die Schleifkraft 83 5.3.1 Einfluss der Schleifscheibentopographie 84 5.3.2 Einfluss der Prozessparameter 89 5.4 Prozesseinflußanalyse auf die Werkstückgeometrie 93 5.4.1 Parametereinfluss auf die Werkstückgeometrie 93 5.4.2 Parametereinfluss auf die Rauheit der geschliffenen Werkstückoberfläche 95 6 Temperaturmodellierung 99 6.1 Grundmodelle bewegter Wärmequellen 99 6.2 Erweiterungen zur Abbildung von Schleifprozessen 102 7 Gesamtsimulation des Werkzeugschleifens 109 7.1 Einfluss der Simulationsmodule 112 7.2 Variation der Prozessparameter 115 7.3 Variation der Werkstückgeometrie 121 7.4 Variation des Werkstückquerschnitts 124 7.5 Kinematikvariation zur Verbesserung der Formhaltigkeit 129 8 Zusammenfassung 131 A Unterteilung der Fertigungsverfahren 135 B Mathematische Grundlagen 136 B.1 Herleitung der Ansatzfunktionen und Systemmatritzen 136 B.2 Partikuläre Lösung für Systeme mit Fremderregung 141 C Analytische Beschreibung der Kontaktfläche von Werkstücken mit Spiralnut 143 D Simulationsergebnisse 145 D.1 Simulationsergebnis des Längsnutenschleifens 145 D.2 Einfluss der Simulationsmodule 146 D.3 Variation der Prozessparameter 147 D.4 Variation der Werkstückgeometrie 149 D.5 Variation der auskragenden Werkstücklänge 150 D.6 Variation des Werkstückquerschnitts 151 Literatur / As final machine processing mostly grinding is used so failure of this production step leads to high economic losses. To avoid instable process condition, to adapt the grinding wheel path, and to simulate grinding setups in advance, efficient and physically based models are need. In this work especially the tool grinding process is analysed and characteristically effects are investigated to build up an overall grinding model. The main effects are thereby the time variant dynamical properties of the workpiece due to strong geometry changes during the flute grinding process and the excitation due to the rotation and topography of the grinding wheel. Additionally analysis of the contact conditions and grinding forces in dependency of the predefined process parameters are carried out. Based on the results of these investigation efficient models are build up to represent the behaviour mostly by physical laws. With the coupled model, grinding processes of one-sided clamped and long cantilevering workpieces can be simulated high dynamically over several minutes. It is possible to predict grinding forces and geometry errors of the ground flute due to deformation of the workpiece. Additionally the temperature of the workpiece can be estimated. Furthermore the grinding wheel path can be adapted and tested to reduce geometrical errors and to increase the efficiency of the manufacturing process. With these physically based models systematically investigations of the grinding process and the interaction are possible. With this simulation the understanding of grinding can be enhanced which is important to adapt the manufacturing process.:Inhaltsverzeichnis Formelverzeichnis VII Kurzfassung XI Abstract XII 1 Einleitung und Ziel der Arbeit 1 2 Stand desWissens und der Forschung 4 2.1 Modellvorstellung des Schleifprozesses 5 2.2 Schleifprozessmodelle 7 2.2.1 Kinematikmodelle 9 2.2.2 Schleifkraftmodelle 14 2.2.3 Temperaturmodelle 17 2.3 Prozessdynamik 19 2.3.1 Schwingungen 19 2.3.2 Rattererkennung im Zeitbereich 21 2.3.3 Rattererkennung im Frequenzbereich 22 3 Analyse und Modellierung der Systemstruktur 24 3.1 Charakterisierung der Dynamikeigenschaften des Werkstücks 26 3.2 Maschinentisch und Werkstückeinspannung 29 3.3 Modellierung der Werkstückstruktur 34 3.4 Parameterbestimmung für das Strukturmodell und Einflussanalyse 41 4 Analyse und Modellierung der Anregungsmechanismen 51 4.1 Dynamische Einflüsse beim Schleifen 51 4.2 Charakterisierung der Schleifscheibeneinflüsse auf die Werkstückdynamik 53 4.3 Modellierung der Schleifscheibentopographie 56 4.4 Schleifscheibenverschleiß 63 4.5 Implementierung des Schleifscheibenmodells im Gesamtmodell 67 5 Kontaktmodellierung und Prozesseinflussanalyse 69 5.1 Kontaktanalyse und Schleifkraftberechnung 69 5.2 Materialabtragsmodellierung 78 5.3 Prozesseinflussanalyse auf die Schleifkraft 83 5.3.1 Einfluss der Schleifscheibentopographie 84 5.3.2 Einfluss der Prozessparameter 89 5.4 Prozesseinflußanalyse auf die Werkstückgeometrie 93 5.4.1 Parametereinfluss auf die Werkstückgeometrie 93 5.4.2 Parametereinfluss auf die Rauheit der geschliffenen Werkstückoberfläche 95 6 Temperaturmodellierung 99 6.1 Grundmodelle bewegter Wärmequellen 99 6.2 Erweiterungen zur Abbildung von Schleifprozessen 102 7 Gesamtsimulation des Werkzeugschleifens 109 7.1 Einfluss der Simulationsmodule 112 7.2 Variation der Prozessparameter 115 7.3 Variation der Werkstückgeometrie 121 7.4 Variation des Werkstückquerschnitts 124 7.5 Kinematikvariation zur Verbesserung der Formhaltigkeit 129 8 Zusammenfassung 131 A Unterteilung der Fertigungsverfahren 135 B Mathematische Grundlagen 136 B.1 Herleitung der Ansatzfunktionen und Systemmatritzen 136 B.2 Partikuläre Lösung für Systeme mit Fremderregung 141 C Analytische Beschreibung der Kontaktfläche von Werkstücken mit Spiralnut 143 D Simulationsergebnisse 145 D.1 Simulationsergebnis des Längsnutenschleifens 145 D.2 Einfluss der Simulationsmodule 146 D.3 Variation der Prozessparameter 147 D.4 Variation der Werkstückgeometrie 149 D.5 Variation der auskragenden Werkstücklänge 150 D.6 Variation des Werkstückquerschnitts 151 Literatur