Veröffentlichungen und Vorträge

Future-oriented flow production depends on consistent digitally controlled tool systems in the digital replica network. Concrete spray extrusion, for example, can be used to create facade modules consisting of a thin layer of shotcrete and rib-shaped supporting structures with high strength and excellent surface qualities. The newly developed combined nozzle offers the ability to both spray and extrude, adapting to mortar and concrete. Furthermore, flow production includes the automated integration of anchors for attaching facade modules to buildings, for which special anchor and tool systems have been developed. The measured values from the tests demonstrate the feasibility and increase in productivity. The creation of a digital replica (Industry 4.0) was based on the generated data and parameters. The resultant increase in productivity has positive economic effects. The use of lightweight structures enables the series implementation of modular constructions.

Intuitive kopf- oder handbewegungsbasierte Steuerungen erhöhen die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit teilautomatisierter Vorrichtungen, indem sie die Mensch-Maschine-Interaktion verbessern. Der vorliegen-de Beitrag behandelt die Ansteuerung eines servomotorisch abgetrie-benen kartesischen Portals mit drei Linearachsen und einer Drehachse mittels Bewegungserfassung. An der vierten Achse des Portals ist ein Delta-Roboter angeflanscht, der sich auch mit Handbewegungen steu-ern lässt. Über eine Tiefenkamera oder einen VR-Controller wird die Handposition erfasst, während das VR-Headset die Kopfposition ver-folgt, welche das Motion-Control-System in eine Sollposition des End-effektors umrechnet.

Beim gepulsten Laserstrahlschweißen kleiner Baugruppen erfolgt in vielen Fällen die Zugabe eines drahtförmigen Zusatzwerkstoffes zum Vermehren der Schmelze. Die derzeit existierenden automatisierten Drahtzuführsysteme versagen bei Drahtdurchmessern unter 0,3 mm und die Drahtförderung ist nur noch händisch möglich. Dieser Artikel beschreibt den Entwicklungsprozess eines auf einem Riementrieb basierenden Drahtvorschubsystems, das die Grenzen des Stands der Technik überwindet. Hierfür wird die Entwicklung des Lösungskonzeptes bis zum ersten funktionsfähigen Prototyp vorgestellt.

Der Beitrag zeigt am Beispiel einer Pilotanwendung, dem (mobilen) Bestücken von fest eingespannten Bewässerungskernen mit Saatgutschnüren für vertikale Pflanzsysteme, dass die Substitution von Antriebskomponenten auch bei etablierten textilen Verfahren lohnenswert sein kann. So können beispielsweise gänzlich neue Anwendungsfelder erschlossen werden. Insbesondere die Integration von Direktantrieben als Ersatz von zwangläufigen Koppelgetrieben, welche in Textilmaschinen auch heute noch häufig Verwendung finden, kann erhebliche Vorteile aufweisen. Im Rahmen der hier vorgestellten Substitution werden die maschenbildenden schwingenden Greifer des KEMAFIL®-Ummantelungsverfahren durch rein translatorisch bewegte Nadeln ersetzt, welche mittels vier Linearmotoren angetrieben werden. Diese Veränderung eröffnet zum einen eine enorme Bauraum- und Gewichtsersparnis, wodurch eine mobile Anwendung der Anlagentechnik, wie bspw. als Endeffektor an einem (Seil-) Roboter, möglich wird. Zum anderen wird durch die Reduktion des Koppelgetriebes mit Hauptantrieb die bisher geschlossene Bauweise der Textilmaschine geöffnet und somit die Möglichkeit zur Ummantelung fest eingespannter Kerne gegeben. Zudem ergibt sich eine hohe Flexibilität hinsichtlich der einzelnen Nadelbewegungen. Durch virtuelle Kurvenscheiben können verschiedene Bewegungsdesigns genutzt und der neuartige KEMAFIL®-Prozess mittels Linearachsen textiltechnologisch optimiert werden. Im Beitrag wird neben der vorangegangenen Substitution der Antriebskomponenten, die Entwicklung eines solchen Bewegungsdesigns und dessen Testung an einer prototypischen Anlage vorgestellt.

Das vorgestellte Forschungsprojekt „Rundgewirkte, diagonalverstärkte Hochleistungsnetzstrukturen“ mit dem Akronym „RuDiNe“ hat die Entwicklung einer Verfahrenstechnologie, mit der sich knotenlos gewirkte, dehnungsarme Netzstrukturen mit diagonal umlaufenden, gestreckten Stehschussfäden („Spiralschuss“) auf Basis der Rundkettenwirktechnologie herstellen lassen, zum Ziel. Im nachfolgenden Beitrag wird die konstruktive Entwicklung einer Zusatzbaugruppe zur Modifikation der Versuchsmaschine und die textiltechnologische Entwicklung der Netzstrukturen näher beschrieben.

Untypische Zahnradgetriebebauformen ermöglichen es, die technische Grenzen von Standardgetriebeformen zu überwinden. Beispielsweise ermöglicht das perizyklische Getriebe oder das triaxiale Getriebe „Hypogear“, eine sehr hohe Übersetzung auf kompaktem Bauraum zu realisieren. Zur Gewährleistung der korrekten Funktionsweise sind bei der Getriebeentwicklung mehrere Einbaubedingungen zu beachten. Diese werden im Rahmen des Beitrages zunächst anhand einer Standard – Planetenradgetriebebauform vorgestellt. Im Anschluss folgt eine Anwendung sowie die Erweiterung der Einbaubedingungen auf mehrere untypische Zahnradgetriebe. Hierfür wird das triaxiales Getriebe „Hypogear“, Planetenradgetriebe mit vollem Planeteneingriff, exzentrische Planetenradgetriebe mit unterschiedlich großen Planetenrädern und perizyklische Getriebe betrachtet.

Die Verbindung von Robotern mit Virtual Reality (VR) zur Echtzeitvisualisierung stellt eine erhebliche Programmierherausforderung dar. Dieser Vortrag zeigt einen vereinfachten Ansatz unter Verwendung des Robot Operating System (ROS), einer Open-Source-Plattform, die diese Aufgabe erleichtert. Durch den Einsatz von ROS kann der Programmieraufwand deutlich reduzieren werden, indem vorhandene Pakete für eine nahtlose Integration von Robotern und VR genutzt werden. In dieser Präsentation wird schrittweise erläutert, wie diese Verbindung realisiert wird, was neue Möglichkeiten in der Visualisierung und Steuerung von Robotern mit minimalem Programmieraufwand erschließt. Diese Methode ebnet den Weg für innovative Anwendungen in Robotik und VR und bietet praktische Einblicke für Entwickler und Forscher.

Von der Professur Montage- und Handhabungstechnik der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Chemnitz wird seit 2009 das jährliche Simulationsanwendertreffen SAXSIM organisiert. Ausgewählte Beiträge werden in Form eines Tagungsbandes veröffentlicht. Das 13. Anwendertreffen SAXSIM fand am 19.03.2024 an der TU Chemnitz statt.

Textile Technologien kommen in der Verpackungsindustrie in vielfältigen Formen zum Einsatz, seien es gewirkte Gemüsenetze, vernähte Schüttgutsäcke, Vliese als Schutzverpackung oder in Netzen verpackte Weihnachtsbäume. Der vorliegende Beitrag stellt vorbereitende Untersuchungen zur Realisierung einer neuartigen Verpackungsaufgabe vor, deren Ziel in der Bündelung von Bewässerungskomponenten und Saatgutschnüren zu Strängen besteht, die im „Vertical-Farming“ oder zur Fassadenbegrünung eingesetzt werden können. Die Herstellung solcher Bündel bzw. Pakete kann mittels Adaption eines bereits bestehenden textilen Verfahrens, der KEMAFIL®-Technologie (KE = Kernmantel, MA = Maschenware, FIL = Filament), umgesetzt werden. Das langfristige Ziel besteht in der Entwicklung einer solchen textilen An-lage zur automatischen Bestückung von fest eingespannten Bewässerungssträngen (bspw. in Gewächshäusern oder an Fassaden) mit Saatgutschnüren. Dazu ist als erstes Teilziel die Bündelung von Saatgutsträngen und Bewässerungsträger mittels der KEMAFIL®-Technologie zu erforschen und die Grundlagen zur Verwirklichung der Bestückung fest eingespannter Kerne wie auch zur Umsetzung mobiler Arbeitsweise zu schaffen. Der Beitrag beleuchtet die dafür notwendigen Maßnahmen und Anpassungen der KEMAFIL®-Technologie, insbesondere bezüglich des Antriebskonzepts, welches hinsichtlich der Vorbereitung auf die mobile Arbeit, als auch in Bezug auf die Ummantelung fest eingespannter Kerne, Grenzen aufwirft und aus diesem Grund vollständig neu konzipiert werden muss. Die damit einhergehende Substitution der bestehenden Antriebskomponenten bildet das erste Kernproblem des Vorhabens und wird in diesem Artikel ausführlich behandelt. Dafür wird zunächst der textile Prozess im Detail untersucht und darauf aufbauend eine alternative vereinfachte maschenbildende Bewegung ab-geleitet. Eine entsprechende Anlage wird zunächst durch eine Mehrkörpersimulation geplant und anschließend durch einen Basisversuchstands bezüglich Funktionalität geprüft. Auf Grundlage des Basisversuchsstands entsteht eine prototypische Anlage, deren Herausforderungen ausblickend diskutiert werden sollen.

In diesem Beitrag werden Entwicklungsschritte für eine hybrid arbeitende Fadenlängenkompensation am Beispiel einer Wirk- bzw. genauer Raschelmaschine erläutert. Wie in allen bekannten maschinellen Herstellungsverfahren von strang-/flächenförmigen oder räumlichen Textilien, werden die zu verarbeitenden Fäden auch in diesen Anlagen nicht kontinuierlich verbraucht. Dies bedingt stets den Einsatz von Kompensationseinheiten, um die Schwankungen im Fadenverbrauch auszugleichen und eine definierte Zugkraft im Faden aufrecht zu erhalten. In den genannten Wirkmaschinen werden hierzu in aller Regel einfache Fadenwippen eingesetzt. Diese können im Grunde als federnd aufgehängtes Umlenkrohr im Fadeneinlauf verstanden werden und arbeiten damit rein passiv. Je nach verwendetem Garn, Musterlegung, Maschinendrehzahl, Maschenlänge und vieler weiterer Prozessparameter können dabei die Steifigkeiten der eingesetzten Federn sowie deren Anzahl über die Maschinenbreite variiert werden. In der hier betrachteten Maschine ist die Federauslenkung maßgeblich durch die Schwingbewegung der Grundlegebarren sowie dem Maschenabschlag bedingt und stellt einen limitierenden Faktor für die Maximaldrehzahl der Maschine und damit deren Produktivität dar. Bei Maschinendrehzahlen über 2000 min-1 werden die eingesetzten Fadenwippen derart zum Schwingen angeregt, dass keine definierte Zugkraft in den Fäden aufrecht gehalten werden kann. In Folge dessen kommt es zu Fehllegungen, bei welchen einzelne Fäden nicht im richtigen Nadelkopf eingelegt werden oder gar zu Fallmaschen, wodurch keine textile Fläche erzeugt wird. Würde man versuchen, das Aufschwingen der Fadenwippen durch einfache Erhöhung der Federsteifigkeit zu verhindern, steigt auch die Zugkraft im Faden, wodurch dieser wiederrum zerreißen würde. Es ist daher bei Erhöhung der Federsteifigkeit gleichzeitig notwendig, die Federauslenkung zu verkleinern, um die Zugkraft im Faden bestenfalls gleich zu halten. Im ersten Entwicklungsschritt soll das bisher rein passiv arbeitende Federsystem zu einem Hybridsystem erweitert werden. Da die Bedarfsschwankung im Fadenverbrauch über jeden Rapport identisch ist, wird der Ansatz verfolgt, diese Schwankung zu bestimmen und die Fadenwippe selbst bzw. zusätzliche bewegte Umlenkrohre entsprechend entgegengesetzt des Fadenverbrauchs aktiv zu bewegen. Wenn die Wirkstelle Fadenlänge frei gibt, zieht der aktive Teil des Ausgleichsystems entsprechend der Verbrauchsschwankung am Faden. Entwicklungen für derartige Systeme sind bspw. in [1], [2] und [3] beschrieben. In [4] wurden mit Hilfe von einfachen Mehrkörpersimulationsmodellen (MKS) diese Verbrauchskurven bestimmt. Hierbei wird im MKS-System die maschenbildende Kinematik abgebildet und entsprechend der vorhandenen Musterung in ihrem Bewegungsablauf simuliert. Die Fäden selbst werden lediglich als gestreckte Verbindung zwischen zuvor definierten Messpunkten bspw. an den Grundlegebarren, den Wirknadeln selbst sowie der Abschlagkannte abgebildet. Die sich während der Simulation einer Maschinenumdrehung verändernden Abstände zwischen diesen Messpunkten (Fadenkontakten) können entsprechend ausgewertet und daraus eine angenäherte Funktion für die Fadenbedarfsschwankung abgeleitet werden. Hieraus wiederrum lässt sich einfach die Bewegungsaufgabe für den aktiven Teil der Kompensationseinheit ableiten. Die bei diesem Vorgehen getroffenen Vereinfachungen und einhergehende Fehler in den „Messwerten“ werden in Kauf genommen, da sich die Federelemente im Fadeneinlauf ohnehin nicht gänzlich entfernen lassen, da sich bspw. der Maschenabschlag auch in ein und derselben Maschine/Musterung in gewissen Grenzen verändern kann. Dies kann z.B. durch Veränderungen in der Garnqualität, geänderte Garnfeinheit, Texturierung/Avivage und vielen weiteren Prozessparametern, welche bspw. die Reibverhältnisse zwischen Garn und Wirkwerkzeugen beeinflussen, begründet liegen. An diesem Ausgangspunkt knüpft dieser Beitrag an. Die in [4] beschriebene Methodik zur Bestimmung der Fadenlängenänderung kann nach aktuellem Wissensstand nicht für jedes textile Verfahren angewendet werden, da die Messunsicherheit maßgeblich von der Bewegung der jeweiligen maschenbildenden Kinematik abhängig ist. Ziel der im Beitrag vorgestellten Untersuchungen ist es, diesen Messfehler zu quantifizieren und daraus allgemein gültige Handlungsempfehlungen für den Einsatz der Methode abzuleiten. Hierzu wurde die in [4] beschriebene Methodik zur Bestimmung der Fadenlängenänderung durch entsprechende Messversuche an der vorhandenen Raschelmaschine geprüft und im Hinblick auf Fehlergröße bewertet. Basierend auf dem Vergleich verschiedener Messverfahren, wie „Messradverfahren“, „Laser-Doppler-Verfahren“, „Laser-Interferenz-Verfahren“ [5], wird der umgesetzte Messaufbau vorgestellt. Mittels diesen nun verifizierten Messergebnissen können erste Aussagen hinsichtlich der erzielbaren Genauigkeit bzgl. der in [4] vorgestellten Methode getroffen und erste Empfehlungen für die Einsetzbarkeit, je nach textilem Verfahren, abgeleitet werden. Dies bildet die Grundlage dafür, einen übergeordneten methodischen Ansatz zur Auslegung unterschiedlichster Fadenlängenausgleichssysteme für wechselnde Anforderungen abzuleiten, wobei im Beitrag ein erster Ausblick auf ein sich aktuell noch im Aufbau befindliches neuartiges und hybrid-arbeitendes Fadenlängenausgleichssystem gegeben wird.

In modern flow production, the focus is on the continuous digitally controlled tools within the context of the digital twin. Spray extrusion, especially in combination with a thin layer of shotcrete and ribbed supporting structures, for example for facade elements, leads to very efficient components with high load‐bearing capacity and high quality surfaces. The developed combined spray extrusion nozzle offers the possibility of both: spraying and extruding, adapting mortar and concrete. In addition, automated integration of anchors is the focus of flow production, for which anchors and tooling systems have been developed. Based on the determination of characteristic values, the practicability and the increase in productivity could and will be proven. This data forms the basis of a digital twin in preparation for Industry 4.0. This increase in productivity in additive manufacturing leads to positive economic effects, applications of high strength lightweight structures in construction are becoming more attractive and enable the series implementation of free form modular constructions.

Für die unbeschränkte Berechnung von Verzahnungen mit konstanter Übersetzung wird der Parameter „radius ratio“ (Radienverhältnis) entwickelt. Dieser Parameter besitzt einen stückweise kontinuierlichen und differenzierbaren Definitionsbereich. Damit kann der Parameter effizient in der algorithmischen Umsetzung zur Optimierung eines Kontaktpunktes zweier Zahnräder verwendet werden. Des Weiteren wird die Datenverarbeitung der Flächenüberschneidung gezeigt. Durch die direkte Flächenkonjugation können zwei gepaarte Zahnräder immer eine Linienberührung erreichen, wodurch eine optimale Kraftübertragung hinsichtlich der technischen Eigenschaften erzielt werden kann. Das Verfahren wird an einem praktischen Beispiel eines Planetengetriebes mit windschiefem Planeten demonstriert.

Die Grundlage jedes textilen, maschenbildenden Prozesses bildet die abgestimmte Bewegung der maschenbildenden Komponenten zueinander. Dies gilt gleichermaßen für das Stricken von Hand, bei welchem die Nadeln von einer Person geführt werden, wie für sämtliche bekannte maschinentechnische Umsetzungen zur Herstellung von Maschenwaren wie Gestricken, Gewirken oder Sonderanwendungen, wozu die in diesem Beitrag thematisierte „KEMAFIL®“-Ware eingeordnet wird. Die maschenbildenden Kinematiken in derartigen Anlagen werden in aller Regel mittels klassischer Koppel- oder Kurvengetrieben bzw. durch Kombinationen dieser realisiert. Neben den damit erreichbaren hohen Maschinendrehzahlen, liegt dies vor allem der Zwangläufigkeit solcher Antriebssysteme zu Grunde, welche auch im Falle einer bspw. plötzlich ausfallenden Energieversorgung eine definierte Führung sämtlicher maschenbildenden Anlagenkomponenten sicherstellt. Der Einsatz von Servotechnik hat in Bezug auf die Havariesicherheit von Textilmaschinen in der Regel klare Nachteile, da Kollisionen zwischen den bspw. Wirkwerkzeugen durch die verschieden Auslaufzeiten der einzelnen Antriebe mitunter unumgänglich sind. Zudem ist der steuerungstechnische Aufwand zur Synchronisation aller Bewegungen nicht zu unterschätzen. Durch die immer höheren Anforderungen an die Anlagenflexibilität, zum Beispiel hinsichtlich textiler Muster, hält die Servotechnik, allerdings trotz benannter Nachteile, mehr und mehr Einzug in die Antriebskomponenten von Textilmaschinen. Im Rahmen eines ZIM-geförderten Forschungsprojektes wurde die Umsetzung der maschenbildenden Kinematik einer KEMAFIL®-Maschine mittels Servotechnik untersucht - die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden im Rahmen des Beitrages beleuchtet. Insbesondere werden simulative Werkzeuge vorgestellt, die die Planung und den Aufbau eines Basisversuchsstand wesentlich unterstützt haben.

In unserem Forschungsprojekt „Rundgewirkte, diagonalverstärkte Hochleistungsnetzstrukturen“, kurz RuDiNe, ist es das Ziel, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem sich knotenlos gewirkte, dehnungsarme Netzstrukturen mit diagonal umlaufenden, gestreckten Stehschussfäden („Spiralschuss“) auf Basis der Rundkettenwirktechnologie herstellen lassen. Dieser Beitrag befasst sich vorwiegend mit der konstruktiven Entwicklung einer Versuchsmaschinenkomponente, mit welcher sich das genannte Verfahren umsetzen lässt.

Robot Operating System (ROS) ist ein Framework für Robotersteuerung, das die Kommunikation zwischen verschiedenen Robotermodulen ermöglicht. Weiterhin bietet es fertige Lösungen für Vorwärts- und Rückwärtskinematik serieller Roboter. Für parallele Roboter muss die Berechnung der Kinematik in ROS allerdings individuell erfolgen. Diese ist durch lange, verschachtelte Formeln gekennzeichnet, was die Wahrscheinlichkeit für Fehler in der Programmierung erhöht. Hier kommt die geometrische Mathematiksoftware GeoGebra zum Einsatz. Durch die geometrische Modellierung des parallelen Roboters in GeoGebra kann jeder Schritt in der Kinematikberechnung nachverfolgt und mit den Ergebnissen aus der Programmierung in ROS kontrolliert werden. Dadurch können Fehler in den Formeln schneller erkannt und behoben werden. Danach erfolgt die Simulation des parallelen Roboters in der Visualisierungsumgebung von ROS RViz.

Von der Professur Montage- und Handhabungstechnik der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Chemnitz wird seit 2009 das jährliche Simulationsanwendertreffen SAXSIM organisiert. Ausgewählte Beiträge werden in Form eines Tagungsbandes veröffentlicht. Das 12. Anwendertreffen SAXSIM fand am 07.03.2023 an der TU Chemnitz statt.

Im Kontext der kollaborierenden Robotik besteht ein Bedarf für Roboterhandgelenke, welche spezielle Anforderungen bei der Zusammenarbeit mit einem Menschen erfüllen müssen. Aufgrund von sicherheitsrelevanten Erwägungen besitzen kollaborierende Systeme oft Beschränkungen hinsichtlich der maximal möglichen Arbeitsgeschwindigkeit, weswegen Aufgaben in kleinen Arbeitsräumen nur vergleichsweise langsam durchführbar sind. Ein vielversprechender Ansatz im Roboterdesign ist deshalb die Verwendung eines weiteren, kleineren Roboters als Handgelenk, welcher in spezifischen Handhabungssituationen diesen Nachteil ausgleicht. In der von Wabnitz et. al. durchgeführten Konzeptstudie [1] wurde ein Handgelenk auf Basis einer Delta-Parallelkinematik (F1 = 3) an einem kollaborierenden Roboter der Fa. Universal Robots (UR5, F2 = 6) angeschlossen. Dabei kam für die Handhabung des zu manipulierenden Objekts der Delta-Roboter zum Einsatz, der durch den UR5 im Raum positioniert wurde. Durch die Kombination aus dem Roboter mit serieller und einem weiteren mit parallelkinematischer Struktur konnten die Vorteile beider Systeme in einem hybriden Roboter vereint werden.
Für den Einsatz dieses Mehrrobotersystems in einer Handhabungsaufgabe ist ein Steuerungskonzept zu erstellen, das aufgrund des hohen Freiheitsgrades von F = 9 eine Schwierigkeit darstellt. In obengenannter Studie wurden deswegen zwei miteinander unabhängige Steuerungen, jeweils für einen Roboter, implementiert und eine nach dem anderen ausgeführt. Die von den Robotern angefahrenen Punkte wurden in den jeweiligen Steuerungen für die Wiederholung gespeichert.

Aufbauend darauf soll eine Kommunikationsschnittstelle für die Verbesserung der Steuerung des Mehrrobotersystems erstellt werden, damit über lediglich eine Steuerung die Position beider Roboter bestimmt und für eine spätere Wiederholung gespeichert werden kann. Weiterhin soll die Positionierung der einzelnen Roboter intuitiv über einfache Handbewegung erfolgen und ein erfolgreiches Greifen durch ein kinästhetisches Feedback bestätigt werden. Dies soll als eine Vorstudie zu einem Projekt in der Implementierung des Force-Feedbacks in der Teleoperation dienen.
Die Telemanipulation des UR5 soll über die Bewegung der rechten Hand erfolgen, deren Position über einen Leap-Motion-Controller verfolgt werden kann. Dabei wird der Delta-Roboter im Raum positioniert und orientiert, der, nach dem Tragen eines Force-Feedback-Handschuhs, mit der linken Handbewegung gesteuert werden soll. Der Handschuh verfügt über einen Virtual-Reality-Controller (VR-Controller), dessen Position mithilfe des VR-Headsets (Oculus-Quest) verfolgt wird, und mehrere mit Servomotoren angetriebene Koppelgetrieben für die Kraftrückmeldung auf die Fingerspitzen. Die Fingerbeugung soll den Greifer am Delta-Roboter antreiben und der erfolgreiche Greifvorgang in Form eines Force-Feedbacks bestätigt werden.
Die Kommunikation soll über das Open-Source-Framework ROSTM* (Robot Operating System) realisiert werden. Darüber können von Anderen entwickelte Programme genutzt werden, sodass der Fokus allein auf den Neuentwicklungen liegt. Die einzelnen Module (der UR5, der Delta-Roboter, der haptische Handschuh und der Leap-Motion Controller) sollen Informationen mithilfe von ROS-Knoten (Nodes) austauschen.

Ziel der Untersuchung ist, dass die Nutzer:innen mit der Bewegung der rechten Hand den Delta-Roboter an einem beliebigen Punkt im Raum platzieren und ihn mit der Bewegung der linken Hand ansteuern können. Die Fingerbewegung soll zum Öffnen und Schließen des Greifers führen und der erfolgreiche Greifvorgang ein Force-Feedback verursachen. Es wurde bereits einige Studien in der Telemanipulation industrieller Roboter mittels Leap-Motion-Controllers oder haptischen Handschuhe durchgeführt. Jang et. el. haben beispielsweise einen UR5 über ROS mit einem Leap-Motion Controller teleoperiert. Li et. al. nutzten einen haptischen Handschuh für die Steuerung eines seriellen Roboters über ROS. Bisher wurde es aber nicht untersucht, wie die Kombination aus haptischem Handschuh und Leap-Motion-Controller für die Telemanipulation eines Mehrrobotersystems angewendet werden kann.
Zum aktuellen Stand können der Leap-Motion Controller, der Delta-Roboter und der UR5 über ROS Informationen austauschen. Es besteht noch die Anforderung, den haptischen Handschuh mit ROS zu verbinden. Außerdem ist es nötig, die Steuerung des UR5 über ROS zu implementieren.

Im Vortrag wird der aktuelle Stand des Projekts vorgestellt. Insbesondere werden Aspekte zur Auswahl, Kommunikation und Bearbeitung der für die Robotersteuerung notwendigen Daten und die dafür angewendeten Bibliotheken erläutert. Weiterhin soll der Vortrag einen Einblick geben, wie diese bearbeiteten Daten für die Bestimmung der Gelenkpositionen der Roboter genutzt werden.

During the processing of flexible goods, especially threads/yarn in textile machines, fluctuations in demand always occur at the feeding material depots. These fluctuations are smoothed out by appropriate compensation mechanisms, usually spring-preloaded rockers, to ensure that the tensile force in the yarn remains as constant as possible. In addition to passive (spring-preloaded) systems, active or hybrid yarn length compensation systems are also used. Currently, no engineering recommendations are known for the selection/design of such systems. The article starts from this initial situation and refers - starting from an overview of known compensation mechanisms and already considered solution approaches - to the special problems in textile technology and their generalization for different application scenarios and products. Using the example of a warp knitting machine, the first engineering-method-based approaches to the selection/design of yarn length compensation are discussed and these are classified and evaluated according to their applicability for the exemplarily selected plant component.

The substitution of metallic materials with fiber-reinforced plastic components causes a steadily increasing demand for composite pre-products in various industries. The production of multi-layer compounds, especially for customer-specific requirements with regards to the type and order of the layers, is currently subject to strict limits. The existing system for the production of multiaxial laid fabrics for integral structural combination, for example, does not allow free placement of a 0° layer during the online process. Such a layer can only be inserted at the beginning, i.e. on the underside as the first layer or at the end as the top layer. Using the alternative, the adaptive structural combination, preconditioned thermoplastic tapes are processed. However, this technology has some disadvantages as well. Two examples of that being an unavoidable waste as well as the general handling of the cuttings to build up the compounds. In addition, subsequent process steps lose some of their initially high productivity because of the non-textile matrix component. This problem formed the starting point for the ZIM cooperation project "FilAkt", in which a plant concept for the production of purely textile composite pre-products with freely selectable layer orientation was realized in a continuos process. The article gives an insight into the compound module developed within the project, in particular the plant component for filament spreading. For this purpose special ribbon guides were developed, that are actuated in an oscillating manner. These ribbon guides spread the filament, that is supplied from a coil depot online and fed directly in front of the sewing-point into a surface. This is done by superimposing a swelling tensile force in the ribbons with a pneumatic pressurization in the relief phases. The surface thus formed on the width of the system is immediately merged with the textile matrix component and connected through stitch bonding. This concept of a plant module can now be integrated into the conventional structurally integral manufacturing process and thus allows a freely configurable layer structure in a continuos process.

Im Rahmen dieser Arbeit werden Gleichungen und Methoden zur Berechnung nicht-koaxial gekoppelte, insbesondere offener Umlaufrädergetriebe erweitert. Eine Formelsammlungen fasst bekannte und neue Gleichungen für offene und rückkehrende Umlaufrädergetriebe zusammen. Ein methodischer Ansatz der Getriebesynthese (Ermittlung von Übersetzungen und Zähnezahlen) für derartige, im Dreiwellenbetrieb genutzte Getriebe, wird unter Beachtung definierter Mindestanforderungen entwickelt. Die neuen Berechnungstheorien und Methoden der Getriebesynthese werden am Beispiel der Herleitung optimaler Getriebekonfigurationen für die Antriebsstränge von Orbital-Bearbeitungsmaschinen gezeigt und mittels Systemsimulation verifiziert. Einsatzgrenzen sowie Konstruktionsrichtlinien werden für diese Maschinengattung abgeleitet.

Dieser Artikel zeigt die Berechnung und Optimierung der Mikrogeometrie des Getriebes HypoGear.

Dieser Artikel zeigt die Berechnung und Optimierung der Mikrogeometrie des Getriebes HypoGear. Hierzu wurde das in Matlab programmierte Tool next|Gear verwendet, dass auf der Konjugation von Zahnflanken nach dem allgemeinen Verzahnungsgesetz basiert. Ein modularer Aufbau mit zahlreichen Funktionsblocken zur Grundgeometrieberechnung, zum Zahnprofildesign, zur Flankenmodifikation und zur Auswertung, wie der lastfreien Kontaktanalyse, ermoglicht die Konzeptionierung und Optimierung von Spezialverzahnungen als desruptives Losungsverfahren.

Der Beitrag befasst sich mit einem sphärischen Handhabungssystem und geht dabei detailliert auf den verwendeten Riemenantrieb am Bogen ein. Die vorhandene Gleitreibung wurde mit dem Ziel der Leistungsverbesserung in eine Wälzlagerung überführt und hinsichtlich der Antriebsleistung vergleichend untersucht. Mit Hilfe eines Simulationsmodells der Bogenführung in SimulationX wird überprüft, ob die Antriebsauslegung des Riemens auch ohne ein physisches Modell möglich ist. Eine weiterführende Untersuchung vergleicht die theoretische bzw. simulierte Positioniergenauigkeit mit der realen Genauigkeit des Systems am TCP.

Force-Feedback-Systeme ermöglichen die Steigerung der Realitätsnähe der virtuellen Realität (VR) und eignen sich optimal für den Einsatz als Mensch-Maschine Schnittstelle. Der vorliegende Beitrag präsentiert die Entwicklung eines frei zugänglichen Systems, welches sich durch eine einfache Herstellbarkeit auszeichnet. Der entwickelte Handschuh besitzt ein neuartiges, für die additive Fertigung angepasstes Kraftübertragungssystem sowie mehrere Potentiometer und ein IMU-Sensor zum Messen der Position und Orientierung im Raum. Der Beitrag geht außerdem auf die zum Testen des Handschuhs entwickelte VR-Umgebung sowie der zugehörigen Schnittstellen ein.

Die Möglichkeiten zur Simulation und Analyse ebener Mechanismen mithilfe von Webanwendungen sind bislang sehr stark begrenzt. Aus diesem Anlass wird ein impulsbasierter Ansatz zur Modellierung und Simulation planarer Mechanismen mithilfe von Nodes und Constraints vorgestellt, der vollständig auf kinematische Größen verzichtet. Im Anschluss folgt die Vorstellung der eigens entwickelten Javascript-Simulationsbibliotheken sowie eine Erklärung zu deren Anwendung an einer umfangreichen Anzahl von Beispielen. Zudem wird durch einige komplexere Beispiele die Mächtigkeit des Verfahrens demonstriert.

Dieser Beitrag fasst die wichtigsten Erweiterungen der zweiten, komplett überarbeiteten Ausgabe der seit über 40 Jahren bewährten Richtlinie VDI 2143 zusammen, die demnächst erscheinen soll. Das Richtliniengremium hat sich dabei bewusst entschlossen, den Komplex der Bewegungsauslegung von Kurvengetrieben auf Motion-Control-Systeme auszuweiten, um ein dem Stand der Technik entsprechendes Regelwerk zusammenzustellen. Zudem werden weiterführende Auslegungsmethoden elektromotorischer Antriebe angesprochen, um Anwendungsmöglichkeiten der in der neuen Richtlinie enthaltenen Werkzeuge aufzuzeigen.

Diese Arbeit liefert einen systematischen Leitfaden für die Bewertung, Integration und Gestaltung des kollaborierenden Endeffektorsystems in Verbindung mit kommerziell verfügbaren kollaborativen Robotern (Kobots). Auf der Grundlage der ISO/TS 15066:2016 werden die Anforderungen der Kunden in einen Makro-Bedarfsrahmen und Mikro-Bedarfsvariablen kategorisiert, die parametrisiert und hierarchisiert werden. Durch die Analyse dieser Parameter wird der Kollaborationsgrad ermittelt, um die Gefährdungen mit Schutzmaßnahmen zu korrelieren, die die kollaborierende Sicherheitsstufe transparent darstellen können. Danach werden die Schutzmaßnahmen entsprechend den potenziellen Risiken vorgeschlagen. Schließlich wird ein industrieller Anwendungsfall bewertet, ein neuartiger Adapter für den Einsatz an einem Roboter UR5 erläutert und dessen Kenndaten für den kollaborierenden Betrieb beschrieben.

The paper describes a method for coupling curve synthesis using neural networks. Here, both information of the curve shape and kinematic parameters are included in the calculation of the kinematic dimensions. The method can be used for four-bar linkages as well as for linkages with a higher number of links. Randomised and forward calculated linkages for the multilayer perceptron network serve as training data.

Im Rahmen dieser Arbeit werden Methoden präsentiert, die Anwender bei der Auslegung von taktzeitoptimalen Bewegungen für typische Rast-in-Rast-Charakteristiken unter Verwendung von normierten Bewegungsgesetzen nach der VDI-Richtlinie 2143 unterstützen. Es wird eine Herangehensweise vorgestellt, die bei Vorgabe von kinematischen Bewegungsgrenzen zu verwenden ist.

Im vorliegenden Beitrag werden drei Ansätze zum Bewegungsdesign umrissen: Das kennwertorientierte Vorgehen nach VDI Richtlinie 2143, das taktzeitoptimierte Vorgehen nach Speicher und die Zeitoptimierung durch Nutzung des Doppel-S-Profils. Ferner wird dargelegt, wie man die in der Neufassung der Richtlinie vorgesehenen normierten „Doppel-S-Profile“ zur Spezifikation zeitoptimaler Bewegungsgesetze nutzen kann. Zudem wird diskutiert, welcher Ansatz unter welchen Bedingungen besonders geeignet ist.

Rapid-Prototyping-Verfahren und der Einsatz nachgiebiger Mechanismen, teilweise in Kombination mit inkludierten Standardbauteilen, können einerseits den Prototypenbau nachhaltig beschleunigen und damit erste kinematische Bewegungserwartungen bestätigen, andererseits auch als komplexe Baugruppen gezielt zur Kundenakquise dienen, da sich schnell kinematische Sachverhalte plausibel demonstrieren lassen. Ebenso stellen neue Endeffektoren für kollaborierende Roboter, wie z. B. der UR Roboter-Reihe der Firma UNIVERSAL ROBOTS (UR), einen vielversprechenden Entwicklungsansatz für heutige Produktions- und Handhabungssysteme dar. Von Interesse sind dabei neue Innovationen und Entwicklungen von flexiblen und kostengünstigen Endeffektoren, wie z. B. eines adaptiven Dreifingergreifers unter Verwendung nachgiebiger Mechanismen oder die Erweiterung der Roboterstruktur durch eine nachgeschaltete sehr leichte Deltakinematik. Im Beitrag wenden aus den benannten Anwendungsbereichen die Ergebnisse eigener Forschungsarbeiten vorgestellt. Präsentiert werden Entwurfskonzepte für ebene Mechanismen mit 3D-Bauteilen und lokalen stoffpaarigen Gelenken bis hin zur Beurteilung des Laufverhaltens und der Montageerfordernisse eines neuartigen koaxialen Übertagungsgetriebe „HypoGear“. Der Beitrag zeigt darüber hinaus die methodische Herangehensweise zur Entwicklung eines kostengünstigen 3D-gedruckten 3-Fingergreifersystems als Hybridstruktur mit Festkörper-Gelenken und die Entwicklung und Antriebssimulation einer gewichtminimierten Deltakinematik zum Einsatz im Umfeld der kollaborierenden Robotik als Handgelenkerweiterung.

Diese Broschüre versammelt bewährte Beispiele erprobter Lehrpraxis an sächsischen Hochschulen, die von Hochschuldidaktiker:innen des Verbundprojekts Lehrpraxis im Transfer plus begleitet wurden. Es lädt alle Leserinnen und Leser dazu ein, sich ein eigenes Bild von innovativen Ideen und Konzepten der Lehre zu machen und fordert geradezu auf, diese Konzepte in die eigene Lehre zu transferieren, zu verändern und kritisch im Kolleg:innenkreis zu diskutieren. Lassen Sie innovative und lernförderliche Lehre mehr sein, als ein „bloßer Farbwechsel der Tafelkreide”.

Praktische Tätigkeiten und Experimente wie beispielsweise Zugversuche in der Werkstofftechnik, Bewegungsstudien in der Technischen Mechanik bzw. Getriebetechnik oder Programmierarbeit in der Robotik sind elementarer Bestandteil der universitären Ausbildung von Maschinenbauingenieuren. Nur was, wenn die Präsenz der Studierenden im Labor in einer krisenhaften Situation nicht möglich ist und gar auf längere Zeit vermieden werden soll? Wie kann kurz- und langfristig ein zumindest teilweise adäquater Ersatz geschaffen werden und lässt sich die darin investierte Arbeit für spätere Präsenzveranstaltungen weiternutzen? Ziel der Kurzvorstellung ist es zunächst einen kleinen Einblick in die Möglichkeiten digitaler Praktika zu geben. Hierbei werden Elemente wie bspw. ein virtueller Laborrundgang, Video Branching, interaktive Lehr-Simulationen oder Augmented Reality Anwendungen im Rahmen eines Kurses gezeigt und können auch selbstständig erfahren werden. (Link zum OPAL-Kurs)

Simulationen als interaktive Form des Wissenserwerbs ermöglichen nicht nur die Veranschaulichung, sondern auch die experimentelle bzw. spielerische Beschäftigung mit Lerninhalten und verbessern somit das Verständnis komplexer Zusammenhänge.

Praktische Tätigkeiten und Experimente wie beispielsweise Zugversuche in der Werkstofftechnik, Bewegungsstudien in der Technischen Mechanik bzw. Getriebetechnik oder Programmierarbeit in der Robotik sind elementarer Bestandteil der universitären Ausbildung von Maschinenbauingenieuren. Nur was, wenn die Präsenz der Studierenden im Labor in einer krisenhaften Situation nicht möglich ist und gar auf längere Zeit vermieden werden soll? Wie kann kurz- und langfristig ein zumindest teilweise adäquater Ersatz geschaffen werden und lässt sich die darin investierte Arbeit für spätere Präsenzveranstaltungen weiternutzen? Ziel des Workshops ist es zunächst einen kleinen Einblick in die Möglichkeiten digitaler Praktika zu geben. Hierbei werden die Teilnehmenden Elemente wie bspw. einen virtuellen Laborrundgang, Video Branching, interaktive Lehr-Simulationen oder Augmented Reality Anwendungen in Form eines Kurses selbstständig kennenlernen und ihre – möglicherweise ersten – Erfahrungen direkt im Anschluss in einem integrierten Fragebogen protokollieren. Nach Auswertung und Diskussion der Ergebnisse, werden in einer kurzen Präsentation die technologisch notwendigen Grundlagen: Plattformunabhängigkeit und Responsive Design erläutert. Weiterhin wird aufgezeigt, welche Tools aktuell zur Verfügung stehen, um derartige Inhalte zu erstellen und wie diese in bereits bestehende Lern-Management-Umgebungen eingebettet werden können. Neben der Anwendung solcher Elemente werden allerdings auch Problemstellungen verdeutlicht wie die Heterogenität der Hardware und Software, die für die Inhaltserstellung fehlenden Fähigkeiten von Lehrenden, sowie den Fragen der Nachhaltigkeit, dem Datenschutz und der Barrierefreiheit nachgegangen – und es werden auch einige Lösungsansätze hierfür besprochen. Bei weitem sind die Ingenieurswissenschaften nicht die einzigen, welche sich mit dem Problem der Durchführung von Praktika im digitalen Raum konfrontiert sehen – und die Anforderungen sind vielfältig. So soll eine abschließende Diskussion und ein Erfahrungsaustausch im Chatbereich den Einblick in andere Disziplinen erlauben und Impulse für die eigene kreative Arbeit geben.

Nach langjährigen Forschungsarbeiten an der Professur Montage- und Handhabungstechnik (MHT) der TU Chemnitz entstand im letzten Jahr ein Demonstrator für eine Gelege-Flecht-Maschine (GFM), welche auf dem neuartigen Flechtverfahren der Fertigung gewebeartiger Bindungsstrukturen basiert. Die Professur MHT sieht in dieser Maschinentechnik das Potential, dem Ruf der Industrie nach gesteigerter Produktivität durch höhere Arbeitsgeschwindigkeiten und kürzere Taktzeiten für speziell zu ummantelnde Kernmaterialien gerecht zu werden. Der Beitrag beschreibt die grundlegenden Entwicklungsschritte der letzten Jahre, von der Betrachtung der handelsüblichen Technik, über die Simulation der vorherrschenden Prozessbedingungen, bis hin zum Funktionsnachweis des in dieser Art einmaligen Demonstrators der GFM.

Lehre ohne Präsenzveranstaltungen durchzuführen erfordert sehr viel Vorbereitung. Mit dem OPAL-System besteht die Möglichkeit schnell ein strukturiertes und funktionales Lernmanagement aufzubauen und dabei den Aufwand gering zu halten. Im Shortcut wird anhand der Kurse der Professur Montage- und Handhabungstechnik der TU Chemnitz beispielhaft gezeigt, wie die Elemente einer Lehrveranstaltung in OPAL umgesetzt werden können und was noch ergänzt werden muss, um den Wegfall von Präsenzveranstaltungen auszugleichen. Punkte, welche in diesem Shortcut besprochen werden: Kursbausteine von OPAL im Überblick, Bereitstellung von Skripten und anderen Dateien, Selbsttests und Lehrbriefe zur Überprüfung von Lernfortschritten, Einbetten von Multimediainhalten

Im Kontext verarbeitungstechnischer Bewegungsaufgaben kann es durch den Einsatz von lagegeregelten mechatronischen Antriebskomponenten, wie Servomotoren, sowohl bei der Erfüllung notwendiger Taktzeiten als auch bei der Durchführung von Optimierungsmaßnahmen zur thermischen Überlastung des Antriebs kommen. In beiden Fällen wird die optimale Taktzeit des gesamten Systems durch die thermische Grenze des Antriebs bestimmt. Zur wirtschaftlichen Auslegung bzw. Optimierung dieser Systeme präsentiert dieser Beitrag eine Methode, die die Identifikation der optimalen Taktzeit unter Ausnutzung des thermischen Leistungsvermögens des Antriebs in Verbindung mit dem Einsatz von normierten Bewegungsgesetzen nach VDI 2143 für typische Rast-Rast-Technologiefunktionen gestattet. Neben der thermischen Motorgrenze werden u. a. auch abschnittsweise variierende Lastverläufe, die beispielsweise prozessbedingt wirken, oder veränderliche reduzierte Massenträgheitsmomente, die innerhalb eines Takts auftreten, berücksichtigt.

In vielen Bereichen des Maschinenbaus und der Automobilindustrie werden immer kleinere und leistungsfähigere Antriebslösungen benötigt. Dabei sind die Belastbarkeit, die Baugröße, der Wirkungsgrad und die akustischen Eigenschaften die Hauptkriterien eines Antriebs. Aufgrund der Anforderungen an Drehmoment und Drehzahl werden kleine Antriebe häufig mit einem Untersetzungsgetriebe ausgestattet. Ein in Kooperation mit der imk automotive GmbH entwickeltes Getriebe ist auf diese Anforderungen ausgelegt und wird im folgenden Artikel beschrieben. Ein erster Prototyp wurde hergestellt und mit einem Prüfstand getestet, um Verbesserungspotential aufzudecken. Zusätzlich zur Messung des Wirkungsgrades wird eine Fast Fourier Transformation der gemessenen Signale durchgeführt, um Abweichungsquellen zu identifizieren.

Im Rahmen des Vorhabens werden an der Professur Montage- und Handhabungstechnik die Voraussetzungen geschaffen, dass Studierende in einer Lehrveranstaltung zur industriellen Robotik selbstständig Robotersysteme aufbauen. In semesterbegleitenden Tutorien erstellen und montieren Gruppen (bis zu 5 Studierende) Industrieroboter in verkleinertem Maßstab aus 3D-gedruckten Bauteilen sowie elektronischen und mechanischen Komponenten. Diese sind nach der Programmierung voll funktionsfähig und dienen im Theorieteil der Lehrveranstaltung der Verdeutlichung der behandelten Berechnungs-, Analyse- und Optimierungsverfahren. Die praktischen Tätigkeiten werden durch digitale Lehrinhalte wie bspw. Montagevideos, Simulationen und Programmieraufgaben begleitet. Ziel ist es, die Grundlagen der vollautomatischen, digitalisierten Produktion greifbar zu machen und gleichzeitig die benötigten interdisziplinären Kompetenzen für eine solche Arbeitswelt aufzubauen.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der manuellen Bedienung von Robotersystemen bei der Teach-In-Programmierung und deren Weiterentwicklung hinsichtlich intuitiver und haptischer Steuerungskonzepte. Hierfür werden verschiedene Geräte zur Steuerung eines kleinen Deltaroboters verwendet und bezüglich ihrer Bedieneigenschaften untersucht. Des Weiteren wird aufgezeigt, wie ein haptisches Vibrationsfeedback mittels dieser Bedienmethoden implementiert werden kann. Ziel dieser ersten Variantenstudie ist die Bewertung der Grundkonzepte dieser Geräte in Bezug auf Ergonomie, Systemgrenzen und Fähigkeit zur Ansteuerung von Raumkoordinaten für die Teach-In-Programmierung. Die Ergebnisse stellen die Grundlage für weitere Untersuchungen dar, welche zeigen sollen, inwieweit eine Implementierung der ausgewählten Steuerungskonzepte für einen handelsübliches Roboter möglich ist und welche Vorteile daraus für kollaborierende und hybride Robotersysteme entstehen.

Im ersten Teil des Beitrags soll das neue methodische Endeffektorsystem bzw. Greifsystem vorgestellt werden. Basierend auf den Begriffen „Handhaben“ und „Greifer“ aus den VDI Richtlinien 2740 werden jetzige Maschinen allgemein neu definiert und entsprechend in drei Stufen klassifiziert. Dort werden alle industriellen Maschinen nicht als Roboter oder Pick&Place-Geräte, sondern nur als eine Greifzelle betrachtet. Jede Greifzelle kann dabei theoretisch beliebig mit anderen kombiniert werden, jedoch sind nicht alle Kombinationen sinnvoll. Der Fokus des Beitrags liegt nun in der Analyse günstiger Kombinationen zur Entwicklung neuer Greifkonzepte. Im zweiten Teil des Beitrags soll das Konzept eines neuartigen Greifers (abgeleitet vom o. g. Prinzip) für unterschiedliche Werkstückgeometrien bzw. Greifaufgaben vorgestellt werden. Die Drehfunktion wird dabei durch ein Schrittgetriebe realisiert. Alle Einzelteile des Prototyps werden mittels 3D-Druck hergestellt und sind somit leichter und günstiger als herkömmliche Greifer. Der Antrieb erfolgt über zwei Servomotoren. Der Mehrteilgreifer wiegt weniger als 1 kg bei einem Hub von 20 mm pro Backe und ermöglicht es vier verschiedene Objekte zu greifen.

Der zunehmende Trend zur Flexibilisierung in engem Zusammenhang mit Industrie 4.0 gewinnt im industriellen Umfeld immer stärker an Bedeutung. Um dem Konkurrenzdruck in diesem Bereich standhalten zu können, sind Unternehmen gezwungen, sich durch innovative Ansätze vom Wettbewerb abzuheben. In diesem Beitrag wird eine Vorgehensweise zur effektiven Optimierung von Bewegungsprofilen vorgestellt. Dazu wird die Auswahl bzw. Synthese von Bewegungsfunktionen unterstützt, die das komplette Leistungsvermögen der Maschine ausnutzen, um Taktzeiten zu reduzieren und folglich die Ausbringungsmenge zu erhöhen. Zudem bietet der Ansatz die Möglichkeit zur softwareseitigen Implementierung in eine SPS, um online produkt- oder prozessspezifische Bewegungsprofile zu optimieren.

Der Tagungsband enthält die während des 11. Anwendertreffens am 26.03.2019 präsentierten Vorträge zu unterschiedlichen Themenstellungen aus den Bereichen CAD, Simulation und Berechnung. Von Experten aus Wirtschaft und Wissenschaft wurden neben Hinweisen zu neuen Simulationsfeatures auch Einblicke und Anregungen für eine effiziente Bauteilberechnung gegeben, die Simulation komplexer Anlagen gezeigt und ingenieurtechnisch – mathematische Lösungsansätze erörtert. Themenstellungen des Anwendertreffens waren: CAD-Einsatz in Konstruktion und Entwicklung, Simulation, Berechnung und Optimierung mit Mathcad, FEM – Simulation, Effiziente Konstruktions- und Optimierungsstrategien, Kinematische und dynamische Simulation, Konstruktionsbegleitende Visualisierungen und Animationen, Virtual Reality Engineering & Digital Mock Up, Tipps und Tricks – Anwender helfen Anwendern

Im Kontext der kollaborierenden Robotik besteht ein Bedarf für Roboterhandgelenke, welche spezielle Anforderungen bei der Zusammenarbeit mit einem Menschen erfüllen müssen. Aufgrund von sicherheitsrelevanten Erwägungen besitzen kollaborierende Systeme oft Beschränkungen hinsichtlich der maximal möglichen Arbeitsgeschwindigkeit, weswegen Aufgaben in kleinen Arbeitsräumen nur vergleichsweise langsam durchführbar sind. Ein vielversprechender Ansatz im Roboterdesign ist deshalb die Verwendung eines weiteren, kleineren Roboters als Handgelenk, welcher in spezifischen Handhabungssituationen diesen Nachteil ausgleicht. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Konzeption, dem Aufbau und der Steuerung eines Handgelenks auf Basis einer Delta-Parallelkinematik, welche an einem kollaborierenden Roboter der Fa. Universal Robots zum Einsatz kommt. Bei dieser ersten Konzeptstudie werden vor allem die Schwierigkeiten bei der Auswahl der benötigten Antriebe, der Umsetzung der Steuerung und der Einhaltung von systembedingt begrenzenden Parametern wie Gewicht und Genauigkeit deutlich.

Die gängige Methodik zum Konzipieren automatisierter Montagesysteme umfasst die Planung der Montage und die physische Entwicklung der technischen Gesamtlösung. Zur Abbildung der konkreten Aufgabe werden standardisierte Symbole in einem Ablaufplan miteinander verknüpft. Die Hauptaufgabe des Konstrukteurs ist die Auswahl und die Zusammenstellung einer optimalen Konfiguration der Funktionsträger sowie deren Implementierung in einer Gesamtlösung unter Berücksichtigung der vorgegebenen Randbedingungen. Das Problem ist der fehlende Informationsgehalt der bisher eingesetzten Handhabungssymbole und Symbole zur Ermittlung der Funktionsträger zur Beschreibung der Montage- und Handhabungsplanung sowie die fehlende Vorgehensweise zur Auswahl der Funktionsträger aus den verschiedenen Varianten nach minimaler Taktzeit und Gesamtanschaffungskosten. Zur Realisierung eines effizienten Montageplanungssystems leitet sich daher die Zielstellung ab, den Informationsgehalt der standardisierten Symbole zu erweitern und mit logischen Schnittstellen für eine automatisierte Verknüpfung in der Funktionsfolge auszustatten. Diese neuen Symbole beinhalten die Definition der Funktionen sowie alle Randbedingungen und Parameter zur eindeutigen Beschreibung der Handhabungsaufgabe. Mithilfe dieser Parameter werden Anforderungslisten erstellt und nach passenden Anlagenkomponenten gesucht. Zur Auswahl der optimalen Komponenten des Montagesystems wird das lineare Optimierungsproblem hinsichtlich der Kombination aus Taktzeit und Gesamtanschaffungskosten gelöst.

In der getriebetechnischen Ausbildung werden neben zeichnerischen Darstellungen auch Videos und Animationen von zwei- bzw. dreidimensionalen Mechanismen verwendet, um den Lehrstoff didaktisch aufzubereiten. Neben dieser visuellen Unterstützung können durch Anschauungsmodelle zusätzlich haptische Eindrücke vermittelt werden. Leider lassen sich diese Modelle oft nicht hinsichtlich ihrer Parameter verstellen, um den Einfluss auf die getriebetechnischen Eigenschaften zu verdeutlichen. Hierfür können sogenannte haptische Feedbackgeräte zum Einsatz kommen. Im Beitrag wird ein Konzept zur Integration dieser Interfaces in die Lehre vorgestellt. Dazu werden zunächst die haptischen Geräte im Detail behandelt. Anschließend werden das Lehrkonzept, die Methodik und mögliche Implementierungsszenarien in der getriebetechnischen Ausbildung an der Professur Montage- und Handhabungstechnik ausführlich diskutiert.

Für uns als Professur ist der Einsatz interaktiver Lehrmethoden im Sinne des Blended-Learning auf dem Weg zu einem modernen Lehrverständnis im Maschinenbau von großer Bedeutung. E-Learning-Aufgaben, Lerngruppenbriefe und Selbsttests innerhalb der Online-Plattform für Akademisches Lehren und Lernen, kurz OPAL, tragen dazu bei. Der Beitrag zeigt, welche Maßnahmen wir ergriffen haben und wie sich unsere Lehre in den kommenden Jahren neu aus-richten wird, um den schmalen Grat zwischen den Ansprüchen der heutigen „Digital Natives“ und dem Humbolt‘schen Lehrideal zu finden. Dabei zeigt der Beitrag, welche Erfolge wir im Rahmen eines ersten Testlaufes in unserer Kernveranstaltung der Mechanismen- und Bewegungstechnik erzielen konnten.

In this study, the integration of haptic feedback system into the mechanism design process as a virtual prototype is shown to improve ergonomic properties of planar mechanisms. Integration of a haptic feedback system into the classical mechanism design and its benefits are presented. The planar force feedback interface 'EFFI' developed at the Chair of Assembly and Handling Technology 'MHT' Technische Universität Chemnitz is designed as a RPRPR (P: Prismatic, R: Revolute) type of a planar parallel robot and consists of two electromechanical cylinders (EMC), two load cells, a control unit, visualization unit and a programming interface. The main goal of the development of EFFI is the haptic rendering of nonlinear guidance movements with high forces in large workspaces. Finally, different variants of a kitchen cupboard mechanism are simulated for validation and verification of proposed method and the haptic system. Furthermore, the users are tested the variants. Mechanism equipped with gas spring is perceived as pleasant by users.

In many areas of mechanical engineering and the automotive industry, ever smaller and more powerful drive solutions are required. In this context, the load capacity, size, efficiency and outstanding acoustic properties are the main criteria of a drive. Due to the requirements for torque and speed, small drives are often equipped with a reduction gear. The HypoGear is designed to meet these requirements and is described in the following article. A first prototype was developed, manufactured and tested in order to uncover potential for improvement. In addition to measuring the efficiency, a Fast Fourier Transformation of measured signals is performed to identify sources of deviation.

The article describes a new manufacturing method of tube/tube- connections with an additive process. The idea of the procedure is based on the assumption, that a similar manufacturing process like the 3D-printing with plastics can also be realized by using a metal arc welding process, similar to a cladding. The application of this procedure to the production of tube/tubeconnections can remove a lot of problems, which often occur in the traditional manufacturing process, including cutting, assembling, welding. The results of the investigations regarding material, economic and technological factors are promising and give prospects of using the results in industrial applications.

Der zunehmende Trend zur Flexibilisierung in engem Zusammenhang mit Industrie 4.0 gewinnt im industriellen Umfeld immer stärker an Bedeutung. Um dem Konkurrenzdruck in diesem Bereich standhalten zu können, sind Unternehmen gezwungen, sich durch innovative Ansätze vom Wettbewerb abzuheben. In diesem Beitrag wird eine Vorgehensweise zur effektiven Optimierung von Bewegungsprofilen vorgestellt. Dazu wird die Auswahl bzw. Synthese von Bewegungsfunktionen unterstützt, die das komplette Leistungsvermögen der Maschine ausnutzen, um Taktzeiten zu reduzieren und folglich die Ausbringungsmenge zu erhöhen. Zudem bietet der Ansatz die Möglichkeit zur softwareseitigen Implementierung in eine SPS, um online produkt- oder prozessspezifische Bewegungsprofile zu optimieren.

The following study deals with the main interlacement variations and possibilities of the new covering technology D-3F. There are well-known processing technologies for the covering of extruded hoses or other tubular cores in order to increase their radial stiffness, like braiding or spiraling. The main disadvantage of the spiraling layers is the limitation in stability of the single windings, caused by missing interlacements. An advantage might be the fiber deflections and the resulting directed mechanical properties in combination with the achieved productivity. On the other hand, it is impossible to cover cores with changing diameters and resulting local angles higher than the friction angle of the current materials. These forming cores or profiles are often covered by the more suitable braiding technology. Braided structures can be produced stably based on proper interlacement between the two or three thread systems inside. In fact, the braiding technology has its limitations concerning the productivity. The interlace-ment of the thread, which stabilizes the structure from one side, is the reason for broken fila-ments as a result of the deflection of the threads from the other side. The number of broken filaments is proportionally increasing with the speed of the braiding process. In order to com-bine the advantages of both spiraling and braiding into a new productive and fiber-friendly technology, a new machine concept was developed and patented. The new weaving-like binding structure 'D-3FG' ('Denninger-3Faden Geflecht') combines the properties of two layers and weaving-like interlacements.

Diese CD enthält die während des 10. Anwendertreffens am 22.03.2018 präsentierten Vorträge zu unterschiedlichen Themenstellungen aus den Bereichen CAD, Simulation und Berechnung. Von Experten aus Wirtschaft und Wissenschaft wurden neben Hinweisen zu neuen Simulationsfeatures auch Einblicke und Anregungen für eine effiziente Bauteilberechnung gegeben, die Simulation komplexer Anlagen gezeigt und ingenieurtechnisch – mathematische Lösungsansätze erörtert. Themenstellungen des Anwendertreffens waren: CAD-Einsatz in Konstruktion und Entwicklung, Simulation, Berechnung und Optimierung mit Mathcad, FEM – Simulation Effiziente Konstruktions- und Optimierungsstrategien, Kinematische und dynamische Simulation, Konstruktionsbegleitende Visualisierungen und Animationen, Virtual Reality Engineering & Digital Mock Up, Tipps und Tricks – Anwender helfen Anwendern

Heutige Arbeitsmaschinen arbeiten meist mit hybriden Antriebssystemen, bei welchen versucht wird, mechatronische Antriebskonzepte umzusetzen. Dennoch gibt es vor allem im Verarbeitungs- und Textilmaschinenbau Anforderungen, die zu rein mechanischen Antriebslösungen führen. Die dabei meist eingesetzten vielgliedrigen Koppelgetriebe zeichnen sich vor allem durch eine hohe dynamische Belastbarkeit aus und arbeiten meist in Drehzahlbereichen, bei denen eine rein kinetostatische Betrachtung heutzutage nicht mehr ausreicht. Aus diesem Grund ist es notwendig, die kinetischen Randbedingungen und Analysegrößen bereits während der Synthese abzubilden. Ein solch ganzheitlicher Ansatz wurde an der Professur MHT der TU Chemnitz in den vergangenen Jahren entwickelt und in den Veröffentlichungen [1–3] als ein modulbasierter Analyse-Synthese-Parameter-Abgleich in Systemsimulatoren (wie ITI SimulationX) vorgestellt. Für Antriebssysteme mit hoher kinetischer Energie und großen auftretenden Schwerpunktbeschleunigungen bietet Dresig [4] Ansätze zur Modellbildung. Eine wichtige Voraussetzung für solche Untersuchungen ist jedoch eine möglichst genaue Kenntnis der Masseparameter des betrachteten Koppelgetriebes. Hierzu zählen die Schwerpunktlagen, Massen und Massenträgheitsmomente der einzelnen Getriebeglieder. Auf der vergangenen IFToMM DACH Konferenz in Chemnitz 2017 [5] wurden Ansätze vorgestellt, diese ebenfalls während der Synthese abzubilden. Der Beitrag beschäftigt sich nun mit den Möglichkeiten, die sich aus dem erstmals ganzheitlichen Ansatz innerhalb eines Systemsimulators ergeben. Dabei liegt der Fokus auf der Beeinflussung des Lagerspiels, welches in Form von Pendelschwingungen auftritt. Diese Pendelschwingungen führen zu einer Kraftüberhöhung und können durch die Synthese aktiv beeinflusst werden. Weiterführend existiert ein Kriterium nach Earles und Wu [6], welches die Beurteilung des Lagerspiels bezogen auf die Wahrscheinlichkeit des Kontaktverlustes und somit auftretenden Spielstoßes im Lager ermöglicht. Mit Hilfe des ASPA gelingt es nun, dieses Kriterium während der Synthese abzubilden. An einem Beispiel zeigt der Beitrag, dass die Gefahr für Spielstoß in einem Gelenk mit Hilfe dieses Kriteriums minimiert werden kann. Im ersten Schritt wird demonstriert, wie die Modellierung mit der neu entwickelten modularen Synthesebibliothek in SimulationX erfolgt. Die erstellten Module und deren Algorithmen lassen sich dabei auch in andere Programmumgebungen implementieren, beispielsweise Matlab. Aufbauend auf einem, mit der Synthese verknüpften Analysemodell nach VDI Richtlinie 2729, zeigt der Beitrag die Bildung von Submodellen zur Berücksichtigung zusätzlicher Freiheiten. Diese sind notwendig für die Modellierung von Lagerspiel. Die Ansätze zur Abbildung der Masseparameter ermöglichen anschließend eine Optimierung des Gesamtmodells hinsichtlich der Minimierung von Lagerspiel und der Gefahr von Spielstoß.

Biegeschlaffe Materialien werden in den verschiedensten Industriezweigen verarbeitetet. Beispielhaft genannt werden können Fäden in Textilmaschinen, Papierbahnen in Druckmaschinen oder Folien, Bänder und dergleichen in der Verpackungsindustrie. In all diesen Industriezweigen werden diese Fäden und Bänder eher selten kontinuierlich verarbeitet. Vorherrschend sind infolge diskontinuierlicher technologischer Anforderungen nichtlineare hochdynamische Bewegungsabläufe, so dass biegeschlaffe Materialien schnell zum Schwingen, Durchhängen oder gar zum Reißen neigen. Um eine möglichst konstante bzw. gezielt einstellbare Zugkraft in den zu verarbeitenden Materialen zu realisieren, werden verschiedenste vorwiegend federvorgespannte Ausgleichsmechanismen, wie Tänzer oder Federwippen, eingesetzt. Der Trend stetig steigender Produktionsleistungen und die damit einhergehenden hochdynamischen Zugkraftänderungen auf die Fäden und Bänder lassen die klassischen Ausgleichssysteme an ihre Grenzen stoßen. So stehen bei federvorgespannten Systemen beispielsweise die Forderungen nach einer geringen Federkraft bei einer möglichst hohen Eigenfrequenz der Feder im Widerspruch. In der Folge sind entweder die Zugkräfte in den Materialien zu hoch oder die Maschinendrehzahlen durch zu geringe Eigenfrequenzen der Ausgleichssysteme limitiert. Abhilfe schafft der Einsatz aktiver Systeme, welche einer genau vorgegeben Bewegungsfunktion folgen [1]. Ferner können neben den hochdynamischen Bewegungen auch definierte Zugkrafterhöhungen/-senkungen zu einem bestimmten Zeitpunkt im Verarbeitungsprozess eingeleitet werden. Als erster Schritt bei der Entwicklung solcher aktiver Systeme ist deren Bewegungsfunktion zu bestimmen. Der Beitrag zeigt eine Methode, wie eben jene Bewegungsaufgaben durch den Einsatz der Mehrkörpersimulation (MKS - „PTC Creo 3.0 Mechanismus“) bestimmt werden können. Gezeigt wird dies anhand des Beispiels einer Fadenlängenkompensation in einer Textilmaschine, welche endlose, mit Vlies und zusätzlicher Maschenware ummantelte Sandwalzen herstellt. Bei gewöhnlichen Bewegungsanalysen mittels MKS können in aller Regel Abstände zwischen Punkten oder Koordinatensystemen ausgewertet werden, welche sich während eines Maschinenumlaufes relativ zueinander bewegen. Die Besonderheit bei der Verarbeitung von biegeschlaffen Materialen sind die temporär auftretenden Kontakte zur Umgebung oder benachbarten Fäden/Bahnen, welche diese vorübergehend zusätzlich um-/auslenken. Der Kern des Beitrages stellt dabei der Umgang mit eben diesen temporären Kontakten des Fadens mit den maschenbildenden Maschinenelementen sowie den Nachbarfäden in der Simulation dar. Durch die mittels Mehrkörpersimulation erfolgte Bestimmung des Fadenverbrauchs und der daraus ableitbaren Bewegungsaufgabe für den Längenausgleich bereits in der Entwicklungsphase kann bei ähnlichen Aufgaben eine deutliche Kosten- sowie Zeitersparnis erreicht werden, da die Faden-/Bandverbräuche nicht im Einsatz gemessen, sondern bereits in der Konstruktionsphase bestimmt werden. Die so erzeugten Bewegungsfunktionen können direkt für die anschließende Synthese der Kompensationseinheit genutzt werden.

Anhand von zwei Beispielen mit Kurvengetrieben, bei denen die Antriebsgeschwindigkeit ei-ner Kurvenscheibe mittels Servomotor veränderlich gestaltet ist, werden positive Effekte für das Antriebssystem aufgezeigt. Durch die Überlagerung der elektronischen und mechani-schen Kurvenfunktionen können das Motormoment und die Kurvenkrümmung gesenkt wer-den, was sich positiv auf den Bauraum und Leistungsfähigkeit des Systems auswirkt.

In diesem Beitrag werden mobile Assistenzsysteme, sog. Exoskelette, mit ihren charakteristischen Eigenschaften vorgestellt. Schwerpunkte bilden die Entwicklung der Mechanik für die Nachbildung der menschlichen Bewegung und das Antriebssystem. Auf Grundlage der menschlichen Anatomie, mit Bezug zum Schultergürtel, Schultergelenk und Ellenbogengelenk, wird ein Mechanismus entwickelt, der die Armbewegung beim Heben, Halten und Tragen von Lasten nachbilden kann. Weiterführend wird die Entwicklung eines aktiven Antriebssystems für die Unterstützung der zuvor genannten Aufgaben beschrieben. Für die Auslegung werden Richtwerte der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) herangezogen. Der Einsatz pneumatischer Muskeln als Aktuator bringt Vorteile hinsichtlich eines hohen spezifischen Arbeitsvermögens mit sich. Ein Nachteil ist jedoch die charakteristisch nichtlineare Kraft-Kontraktionskennlinie. Es folgt eine Beschreibung für die ungleichmäßige Übersetzung pneumatischer Muskeln mit einem Bandmechanismus. Die verwendete Methode gestattet nicht nur eine Kompensation der nachteiligen, degressiven Kraftkennlinie. Sie erlaubt darüber hinaus die anwendungsspezifische Veränderung des Arbeitskennfeldes. Abschließend erfolgt die Überführung des Bandmechanismus in eine zweistufige Übersetzung, welche die Voraussetzungen pneumatischer Muskeln für den Einsatz in mobilen Anwendungen verbessert.

Bei der Entwicklung handbetätigter Produkte mit ebenen Mechanismen spielen haptische Eigenschaften eine wichtige Rolle für die Kaufentscheidung des Kunden und sollten demnach so früh wie möglich in den Produktentwicklungsprozess einbezogen werden. Da CAD- und MKS-Modelle für die Simulation dieser nur bedingt geeignet sind, werden Prototypen hergestellt, welche hohe Kosten verursachen und bei Variantentests einen großen Zeitaufwand bedeuten. Deshalb kommen sogenannte haptische Feedbacksysteme als Werkzeug der virtuellen Produktentwicklung zum Einsatz. Hiermit lassen sich die ergonomischen Eigenschaften für verschiedene Modellvarianten frühzeitig ermitteln und mittels Nutzerstudien vergleichen. Das an der Professur entwickelte Ebene Force Feedback Interface (EFFI) wurde auf seine Eignung in dieser Hinsicht untersucht. Es kann gezeigt werden, dass die zuvor berechneten Bahnkurven vom Interface dargestellt werden können. Des Weiteren werden die haptischen Eigenschaften des Modells erfahrbar, wenn Nutzerkräfte am Griff angebracht werden. EFFI bietet somit das Potential ergonomische Studien bereits in einer frühen Entwicklungsphase durchführen zu können.

Im Rahmen dieses Beitrags wird anschaulich demonstriert, wie mit Hilfe eines Syntheseverfahrens in Anlehnung an [1] anwendungsbezogene, optimale Lösungen für ein Kurven-Koppel-Schrittgetriebe schnell und effektiv ermittelt werden können. Dabei wird auf die normierte Betrachtung aller relevanten kinematischen Abmessungen und Leistungsparameter zurückgegriffen und die Dimensionierung der Kurvenrolle als leistungsbegrenzendes Bauteil zur Festlegung der restlichen kinematischen Größen genutzt. Ausgehend von diesen Erkenntnissen wird im zweiten Teil des Beitrages gezeigt, wie die Einsatzmöglichkeiten des Getriebes durch den schwellenden Antrieb mittels lagegeregeltem Elektromotor erweitert werden können, bspw. indem die Rastphase mit geringerer Geschwindigkeit durchfahren wird, während sich in der Schrittphase die Geschwindigkeit erhöht. Die dadurch erzielbaren Effekte hinsichtlich der Krümmung der Kurvenscheibenkontur bzw. Rollenmittelpunktbahn und die Vorteile hinsichtlich der Bauraumausnutzung sowie die Auswirkungen für den Antriebsmotor werden aufgezeigt.

Die Planung neuer Anlagenkonzepte stellt Hersteller und Anbieter immer wieder vor große Herausforderungen. Neben den anlagentechnischen Risiken ist es z. B. für Montageanlagen, welche aus ganz unterschiedlichen Stationen konfiguriert und durch verschiedene Verkettungsarten aufgebaut sein können, grundsätzlich schwierig, während der Anlagenplanung bereits das optimale Layout festzulegen oder exakte Aussagen zu realisierbaren Taktzeiten und damit einhergehenden Kosten zu treffen. So können Takt- bzw. Ausführungszeiten von Einzelstationen in Abhängigkeit vom Konzept und den Eigenschaften der Einzelkomponenten zwischen Tmax und Tmin liegen. Sofern, wie beim vollautomatischen Anlagenbetrieb mit starrer Verkettung, auch keine Materialspeicher zwischen den Stationen zum Einsatz kommen, gelingt ein Taktzeitausgleich im Sinne der Prozessoptimierung nur durch die optimale Aufteilung der Arbeitsinhalte über alle Einzelstationen hinweg, wobei den sogenannten Engpassstationen eine besondere Rolle zukommt. Dieser Beitrag zeigt unter diesem Focus, ausgehend von bewegungstechnisch interessanten sowie handhabungsgeprägten und textiltechnologischen Konzepten, die Anwendung parametrisierter Funktionsfolgen für Fertigungs-, Montage- und Handhabungsprozesse. Den Ausgangspunkt bildet hierbei Blatt 1 der im Jahr 2016 zurückgezogenen VDI Richtlinie 2860 "Montage- und Handhabungstechnik". Die darin ausgeführten begrifflichen Definitionen und Symbole zur Beschreibung von Werkstückcharakteristika in Handhabungsprozessen, deren funktionale Untergliederungen und Anwendungen sowie möglichen Verknüpfungen mittels Funktionsfolgen für den Entwurf von Handhabungs- und Montagesystemen, wurden unter dem Gesichtspunkt einer stetig fortschreitenden Automatisierung und Flexibilisierung als symbolischer Lösungsansatz benutzt, erweitert und funktionsorientiert hinsichtlich der erforderlichen Funktionsträger, wie z. B. Speichermedien, Zuführeinrichtungen oder Endeffektoren, geschärft. Basierend auf dem im Beitrag nachfolgend präsentierten erweiterten Funktionsumfang, werden jedem Funktionselement neben dem Werkstückverhalten nun auch durch einen symbolischen Differentialansatz technologische und physikalische Funktionsträger zugeordnet, wobei die Taktzeit- und Kostenkalkulation im Montageumfeld im Vordergrund stehen. Durch die Deklarierung aller Variantenkenndaten in einer Funktionsträgerliste (FTL), welche für jedes parametrische Symbol beim erstmaligen Anlagenentwurf erstellt werden muss, lassen sich z. B. mögliche Engpassstationen bereits währen der Entwurfsphase, wobei in diesem Fall ggf. auch geschätzte Taktzeiten und Erfahrungswerte einfließen können, genauer und schneller herausfinden oder unterschiedliche Varianten effizient partiell vergleichen. Für ein technologisch bedingtes Anlagenlayout können so die Gesamttaktzeit und damit verbundene Anlagenkosten direkt vorausberechnet werden. Diese Aufgabe ist bei komplexen Anlagen mit ggf. zahlreichen Einzelstationen, welche z. B. aus unterschiedlichen taktbeeinflussenden Antriebskomponenten bestehen, schwierig, so dass für diese Aufgabenstellung auch Optimierungsstrategien zu Einsatz kommen. Abschließend wird gezeigt, welche ablauf- und bewegungstechnischen Anforderungen zur Herstellung eines sogenannten textilen Maschinenelementes bestehen. Zur prozesssicheren Umsetzung dieser Idee waren die eigentlichen handhabungstechnischen Herausforderungen durch die extrem schnelle, kontinuierliche und kollisionsfreie Zuführung der Festkörper unter Beachtung der bekannten Übertragungsfunktionen der maschenbildenden Arbeitsorgane und der Synchronisation der Loch- und Zungennadel mit der neuen Antriebsbaugruppe zum Festkörpereintrag definiert.

Der Beitrag zeigt die wesentlichen Entwicklungsschritte der Anlagentechnik zur Fertigung partiell konturierter Dichtschnüre. Ausgehend von der Zielstellung einer mehrlagig aufgebauten Kontur erfolgte die Modifizierung einer handelsüblichen Hebelflechtmaschine. Im Speziellen betraf dies die Konstruktion der Handhabungseinrichtungen zur Realisierung der notwendigen Abzugsbewegung. Die Basis der Entwicklung war die Analyse der Hebelflechtmaschine zur Identifizierung der geometrischen und kinematischen Randbedingungen. Im Zuge der Erstellung eines kombinierten CAD/MKS-Modells erfolgte zudem die technologische Betrachtung des vorherrschenden Flechtprozesses unter Berücksichtigung der Verlegekinematik und der resultierenden Fadenablage. Der Beitrag zeigt neben den angesprochenen Entwicklungsschritten auch die Ergebnisse der Erprobung der Anlagentechnik. Im Versuchsbetrieb wurden technologische Parameter evaluiert und vorhandenes Verbesserungspotential konsequent aufgedeckt. Anhand der Fertigung von qualitativen Funktionsmustern konnte die Möglichkeit der partiellen Konturierung mittels einer Hebelflechtmaschine bestätigt werden.

Die Stanzbiopsie ist ein etabliertes minimalinvasives Verfahren im Rahmen der interventionellen Diagnostik, bei der Proben menschlichen Gewebes für histologische Untersuchungen zur Erkennung bzw. zum Nachweis u. a. karzinogener Gewebe entnommen werden. Gängige Geräte zur Durchführung einer Stanzbiopsie besitzen ein zweiteiliges Nadelsystem, das in das Zielgewebe eingeschossen wird. Bei einer genaueren Analyse des Verfahrens sowie der Geräte hinsichtlich ihrer funktionalen, aber auch ihrer Gebrauchseigenschaften ergaben sich Ansatzpunkte für eine Weiterentwicklung sowohl im Sinne das Patienten als auch im Sinne des die Biopsie durchführenden Arztes und unter Beachtung der wirtschaftlichen Zwänge im Praxis- und Klinikumfeld. Im Rahmen eines öffentlich geförderten Projekts wurden Lösungen zur Optimierung des Verfahrens erarbeitet, die auf die Schaffung eines perkutanen Zugangs für das Nadelsystem bis zum Zielgewebe bei reduzierter Eindringkraft, die Verbesserung der Treffsicherheit des Nadelsystems sowie die Reduzierung entstehender Gewebetraumata ausgerichtet sind. Eingesetzt wurden dabei experimentelle Methoden an Gewebephantomen unter Nutzung einer High-Speed-Kamera sowie ein mit Hilfe der MKS-Software RECURDYN entwickeltes Gewebe-Nadel-Simulationsmodell.

The article describes the handling and technical challenges for the production of textile machine elements. In recent years the professorship for assembly and handling technology (MHT) has been investigating the interplay between the stitch formation process and solid-body feed as part of different R&D projects. It describes the realization of a stud feeder for a crochet galloon machine, belonging to the warp knitting group of machines, and the usage of parameterized functional sequences for the design of such plants of machinery. A symbolic design approach was used for the specific application and under the aspect of a constantly advancing automation and flexibilisation, and with regard to the required function carriers, such as storage media, feeders or end effectors, function-oriented expanded.

Der Beitrag gibt einen grundlegenden Überblick in wesentliche Entwicklungsschritte zur Adaption einer handelsüblichen Hebelflechtmaschine, um nachfolgend die Fertigung partiell konturierter Geflechte, z. B. für Dichtschüre, zu realisieren. Ausgehend von bekannten geometrischen und kinematischen Randbedingungen und technologischen Parametern für diesen Flechtprozess wurden neuartige Baugruppen zur Erzeugung der erforderlichen Abzugsbewegungen entwickelt. Neben den Entwicklungsschritten zur Maschinenadaption werden auch erste Ergebnisse, welche auf einem Prototyp ermittelt wurden, beschrieben und analysiert. Dieser neue Ansatz ist erfolgsversprechend, wobei die erreichbaren technologischen Parameter nun in den Vordergrund rücken und für alle weiteren Untersuchungen und Optimierungen die Prozessmöglichkeiten und –grenzen noch zu evaluieren sind. Durch die Fertigung erster Funktionsmuster werden dem Leser die Möglichkeiten aufgezeigt, welche sich zukünftig durch dieses antriebstechnische Adaptions- oder Nachrüstkonzept zur partiellen Konturierung von Geflechten ergeben.

Auf der Suche nach immer kompakteren koaxialen Getrieben für kleine Antriebe steht eine neue Bauweise bereit. Der Artikel stellt kurz die Baugruppen eines solchen Getriebes vor und klärt über einige der Herausforderungen auf, die die Entwicklung beeinflussen. In einem weiteren Abschnitt wird auf die Berechnung der verbauten Hypoidzahnradstufe eingegangen. Die Berechnung der Zahngeometrie ausgehend von den Wälz-Gleit-Körpern wird losgelöst von den Einschränkungen betrachtet, die herkömmliche Serienfertigungsverfahren mit sich bringen. Weiterhin werden im Ausblick die Entwicklungsschritte umrissen die zunächst zum Prototyp und darüber hinaus zur Serienreife führen.

Der Beitrag behandelt die Entwicklung einer neuartigen Fadenlängenkompensation einer KEMAFIL®-Maschine zur Ummantelung endloser gefüllter Vlieswalzen mit Hilfe von numerisch ermittelten Fadenverbrauchskurven und einer modulbasierten Maßsynthese. Die im Rahmen eines AiF geförderten Kooperationsprojektes behandelte Maschine besitzt besondere Anforderungen an den Ausgleichsweg, wodurch herkömmliche federvorgespannte Systeme nicht zum Einsatz gebracht werden konnten. Auf Basis eines simulationsfähigen Mehrkörpermodells ließ sich zunächst die Fadenlängenänderung ermitteln. Die Methode des modulbasierten Analyse-Synthese-Parameter-Abgleiches unter Einsatz neu geschaffener Synthesefunktionalitäten in SimulationX lieferte ein Getriebe, welches die Grundfunktion der Fadenlängenänderung erfüllt.

When a mechanical gripper is used to grasp objects of different weights and dimensions, the gripping force must be shrewdly calculated in each specific scenario, due to its dependence on the finger opening while the driving force is unchanged. In this paper, the movement of translational linkage grippers is simulated using Motion Skeleton of PTC Creo, based on which a graph of the gripping force vs. finger displacement is depicted. To evaluate the accuracy of this method, a mathematical model is established, describing the relationship between these two quantities, whose corresponding graph is then drawn using Mathcad. The results of these approaches indeed prove to be identical. This simulation method allows gripper designers to develop and optimize their products owing to the simple verification of the quality of the gripper dimensions.

Der Beitrag gibt einen grundlegenden Überblick in wesentliche Entwicklungsschritte zur Adaption einer handelsüblichen Hebelflechtmaschine, um nachfolgend die Fertigung partiell konturierter Geflechte, z. B. für Dichtschüre, zu realisieren. Ausgehend von bekannten geometrischen und kinematischen Randbedingungen und technologischen Parametern für diesen Flechtprozess wurden neuartige Baugruppen zur Erzeugung der erforderlichen Abzugsbewegungen entwickelt. Neben den Entwicklungsschritten zur Maschinenadaption werden auch erste Ergebnisse, welche auf einem Prototyp ermittelt wurden, beschrieben und analysiert. Dieser neue Ansatz ist erfolgsversprechend, wobei die erreichbaren technologischen Parameter nun in den Vordergrund rücken und für alle weiteren Untersuchungen und Optimierungen die Prozessmöglichkeiten und –grenzen noch zu evaluieren sind. Durch die Fertigung erster Funktionsmuster werden dem Leser die Möglichkeiten aufgezeigt, welche sich zukünftig durch dieses antriebstechnische Adaptions- oder Nachrüstkonzept zur partiellen Konturierung von Geflechten ergeben.

Die Entwicklung mechanischer Antriebskonzepte für nichtlineare Bewegungsaufgaben stellt bis heute ein komplexes und domänenübergreifendes Fachgebiet des Maschinenbaus dar. Auf dem Gebiet der ebenen Koppelgetriebe gibt es dabei seit vielen Jahren Versuche, die optimale Lösung für eine Aufgabe unter Berücksichtigung kinetischer Kenngrößen zu finden. Die vorliegende Arbeit stellt eine Methodik vor, die sowohl den klassischen Verfahren der Getriebetechnik als auch den Ansätzen der Mechanik zum Ausgleich der Massenwirkungen im Getriebe gerecht wird. Der entwickelte Ansatz des modulbasierten Analyse-Synthese-Parameter-Abgleiches (ASPA) erlaubt erstmals eine domänenübergreifende Simulation komplexer Antriebskonzepte auf Basis einer neuartigen modularen Synthesebibliothek. Diese lässt sich dank umfangreicher Dokumentation und der dargestellten Programmablaufpläne in beliebige Software implementieren. Die exemplarisch im Systemsimulator SimulationX implementierte Bibliothek ermöglicht somit unter anderem die Anwendung der klassischen Drei- und Vierlagensynthese im bewegten oder ruhenden Bezugssystem für Dreh- und Schubgelenkketten. Neben der Ausgabe gerundeter Getriebeabmessungen eröffnet der beschriebene Ansatz somit die Berücksichtigung kinetischer Kenngrößen wie den Pendelschwingungen in spielbehafteten Gelenken oder der Änderung der Trägheitskenngrößen während der Synthese. Weiterführend kann eine multikriterielle Optimierung der noch freien Syntheseparameter erfolgen.

Der Begriff der Maßsynthese bezieht sich auf die Anwendung bestimmter geometrischer Verfahren zur Maßbestimmung ebener Koppelgetriebe und ist im klassischen Maschinenbau ein Baustein bei der Entwicklung von Antriebssystemen zur Erzeugung nichtlinearer Bewegungen. Eben jener Entwicklungsprozess ist jedoch durch ein streng hierarchisches Vorgehen geprägt. So erfolgt nach der Maßbestimmung die Dimensionierung des Mechanismus und anschließend dessen kinetische Betrachtung. Bisherige Arbeiten auf dem Gebiet der Mechanismendynamik, -synthese und -optimierung behandeln die einzelnen Schritte losgelöst voneinander. Gelenkabstände und Gliedwinkel ebener Koppelgetriebe werden, beispielsweise bei einem dynamischen Ausgleich, als unveränderlich betrachtet. Auf der anderen Seite gibt es keine praktischen Ansätze zur kinetischen Beurteilung der Lösungen während der Maßsynthese, was vor allem auf die zum Zeitpunkt der Synthese unbekannten Masseparameter zurückzuführen ist. Ziel der Untersuchungen und Gegenstand des Vortrages ist ein neuer Ansatz, welcher auf Basis eines modularen Synthesekonzeptes innerhalb eines Systemsimulators die Betrachtung kinetischer Kenngrößen, wie Gelenkkräfte, Energiebilanz, Gelenkspiel oder FFT während der Synthese ermöglicht. Dieser kontinuierliche Analyse-Synthese-Parameter-Abgleich (ASPA) ermöglicht die Optimierung des Mechanismus während der Synthese unter Berücksichtigung kinetischer Kenngrößen. Neben der Vorstellung des modularen Synthesekonzeptes werden Möglichkeiten zur Beschreibung der Masseparameter während der Synthese und Wege zur Optimierung der freien Parameter dargestellt.

Der Beitrag gibt branchenübergreifend anhand unterschiedlicher Beispiele einen Einblick in die Themenfelder und jüngsten Forschungs- und Entwicklungsprojekte der Professur Montage- und Handhabungstechnik der TU Chemnitz. Ausgehend von eigenen und kommerziellen Softwaretools, wie MOCAD, GeoGebra und SimulationX, wird deren Einsatz, aufgabenspezifische Nutzung sowie Weiterentwicklung für nichtlineare Antriebssysteme beschrieben. Exemplarisch ausgeführt sind hierbei Forschungsergebnisse von Flecht- und Wirkmaschinen zur Herstellung neuartiger Produkte. Neben innovativen kinematischen Lösungsansätzen für diese Textilmaschinen spielen branchenübergreifend auch Zuführerfordernisse, wie z. B. durch eine, in dieser Art erstmals realisierte, hochfrequente Bolzenzuführung beschrieben, eine wesentliche Rolle.

Diese CD enthält die während des 9. Anwendertreffens am 28.03.2017 präsentierten Vorträge zu unterschiedlichen Themenstellungen aus den Bereichen CAD, Simulation und Berechnung. Von Experten aus Wirtschaft und Wissenschaft wurden neben Hinweisen zu neuen Simulationsfeatures auch Einblicke und Anregungen für eine effiziente Bauteilberechnung gegeben, die Simulation komplexer Anlagen gezeigt und ingenieurtechnisch – mathematische Lösungsansätze erörtert. Themenstellungen des Anwendertreffens waren: CAD-Einsatz in Konstruktion und Entwicklung, Simulation, Berechnung und Optimierung mit Mathcad, FEM – Simulation, Effiziente Konstruktions- und Optimierungsstrategien, Kinematische und dynamische Simulation, Konstruktionsbegleitende Visualisierungen und Animationen, Virtual Reality Engineering & Digital Mock Up, Tipps und Tricks – Anwender helfen Anwendern

Aufgrund der voranschreitenden Entwicklungen im Bereich der Rechentechnik eröffnen sich neue Möglichkeiten der Systemdiskretisierung komplexer nichtlinearer Mechanismen. Für die Synthese ebener Koppelgetriebe ist beispielsweise eine Implementierung modularer Synthesemethoden innerhalb von Mehrkörpersystemen möglich, was erstmals den Ansatz der Ganzheitlichkeit bei der Entwicklung ebener Koppelgetriebe eröffnet. In den Veröffentlichungen zum Analyse-Synthese-Parameter-Abgleich wurden bereits detaillierte Ansätze zur Nutzung eines modularen Synthesekonzeptes während der computergestützten Entwicklung ebener Koppelgetriebe beschrieben. Um dem Ansatz der Ganzheitlichkeit gerecht zu werden, muss zwangsweise bei der Auswahl in Frage kommender Lösungsgetriebe eine Aussage zur konstruktiven Umsetzbarkeit erfolgen. Solche Aussagen hinsichtlich Bauraum, Toleranzkettenanalyse oder Übertragungsverhalten der gewählten Abmessungen des Koppelgetriebes sind während der Maßsynthese bereits abbildbar. Für bestimmte Anwendungsfälle sind diese Aussagen allein jedoch nicht ausreichend. Bei Antriebssystemen mit hoher kinetischer Energie und großen auftretenden Schwerpunktbeschleunigungen sind dynamische Betrachtungen unumgänglich. Für solche Anwendungsfälle bietet Dresig Ansätze zur Modellbildung. Eine wichtige Voraussetzung für dynamische Untersuchungen ist die genaue Kenntnis der Masseparameter des betrachteten Koppelgetriebes. Hierzu zählen die Schwerpunktlagen, Massen und Massenträgheitsmomente der einzelnen Getriebeglieder. Eine wesentliche Herausforderung hinsichtlich einer ganzheitlich-modularen Getriebesynthese ist daher die Antizipation konstruktionsbedingter Masseparameter. Der Beitrag beschäftigt sich mit den nachfolgend aufgeführten fünf Lösungsansätzen zur parametrisierten Masseparameteridentifikation in Verbindung mit der modulbasierten Maßsynthese. Der erste beschriebeneWeg ist die CAD-integrierte Bestimmung der exakten Masseparameter. Hierbei liegt der Ansatz in der Kopplung von Berechnungsumgebungen zur Lagensynthese mit parametrisierten Volumenkörpern im CAD. Ein weiterer Ansatz ist die Parameteridentifikation anhand CAD-basierter Variationsrechnungen der zuvor konstruktiv ausgestalteten Getriebeglieder. Neben der Manipulation triangulierter Volumenkörper im STL-Format oder der Nutzung von Primitivkörpern zur Masseparameterbestimmung bietet sich ein weiterer Ansatz ebenfalls an. Die Methode der Verwendung diskreter Massepunkte als Trägheitsersatz ermöglicht die Diskretisierung eines Bauteils basierend auf dessen Masseverteilung. Hierbei können Aussagen zur Homogenität und Topologie jedoch nur bedingt berücksichtigt werden. Der Beitrag erläutert die Vor- und Nachteile der genannten Verfahren und stellt anschaulich das Verhältnis von Modellierungsaufwand zu Qualität der gewonnenen Parametersätze dar. Auf Basis der neuen Erkenntnisse ist nun die Betrachtung von dynamisch relevanten Kenngrößen während der Lagensynthese möglich und es lassen sich masseparameteroptimierte Koppelgetriebe auffinden. Dies wiederum ermöglicht erstmals die konsistente Berücksichtigung der von Dresig vorgeschlagenen Maßnahmen zur dynamischen Synthese ebener Koppelgetriebe.

Die Biopsie ist ein etabliertes minimalinvasives Verfahren im Rahmen der interventionellen Diagnostik, bei der menschliche Gewebeproben für histologische Untersuchungen zur Erkennung bzw. zum Nachweis u. a. karzinogener Gewebe entnommen werden. Eine häufig eingesetzte Methode bei Verdacht auf einen malignen bzw. benignen Tumor im Bereich der Prostata und der weiblichen Brust ist die Stanzbiopsie. Die dort eingesetzten Geräte umfassen ein zweiteiliges Nadelsystem, das aus einem innenliegenden Mandrin und einer außenliegenden Kanüle besteht. Bei der Durchführung einer Biopsie wird das Nadelsystem durch den Facharzt händisch manuell in den Körper eingeführt und mit Hilfe bild-gebender Verfahren vor dem Zielbereich positioniert. Erst durch das Betätigen eines Auslösers werden die Komponenten des Nadelsystems nacheinander in den zu untersuchenden Bereich geschossen. Zur Umsetzung dieser kaskadenförmigen Bewegung wird ein zweiteilig aufgebauter, federangetriebener Mechanismus eingesetzt, der zu Beginn vorgespannt werden muss. Bei der Beobachtung der Nadelbewegung mittels Sonografie sind auffällige Ablenkungen des Systems im Gewebe erkennbar, was eine sichere Punktion und Probenentnahme gefährden. Ursächlich dafür sind die an der Nadelspitze angreifenden unsymmetrischen Kräfte in Verbindung mit den geringen Biegesteifigkeiten des Nadelsystems. Im Rahmen eines öffentlich geförderten Projektes konnten experimentelle Untersuchungen zur Quantifizierung der Nadel-Ablenkungen durchgeführt und ein mathematischer Ansatz zur Simulation dieser Effekte entwickelt werden. Letztendlich liegt ein validiertes Simulationsmodell in der Software Recurdyn vor, das neben einem deformierbaren Eindring-körper zur Abbildung des Nadelsystems ein parametrisiertes Gewebemodell enthält. Es gestattet, die zu erwartende Nadelablenkung vorauszusehen, die dabei auftretenden Eindringkräfte zu erfassen und das Nadelsystem geometrisch zu optimieren.

Der Beitrag zeigt den Aufbau und die beispielhafte Implementierung des konfigurierbaren Ebenen Force Feedback Interface (EFFI). EFFI ist ein ebener Parallelroboter nach dem RPRPR Aufbau (P: Schubgelenk, R: Drehgelenk) mit zwei Freiheitsgraden und besteht aus zwei elektromechanischen Zylindern (EMC), zwei Kraftsensoren, einer Steuereinheit und einer Programmierschnittstelle. Ziel der Entwicklung von EFFI ist die haptische Simulation von hohen Kräften in großen Arbeitsräumen, welche mit bekannten handelsüblichen Haptikgeräten nicht möglich ist. In dieser Studie werden Eigenschaften des admittanzgeregelten haptischen Gerätes, wie z.B. Hardware- und Softwaremerkmale, der Arbeitsbereich, der Steueralgorithmus usw. präsentiert. Der beispielhafte Mechanismus einer Küchenschranktür wurde vorgegeben, um die chronologischen Schritte des haptischen Simulationsprozesses und der Implementierung systematisch darzustellen.

Der Artikel beschreibt die Offline-Generierung der Antriebsverläufe für ein mehrachsiges mechatronisches System zum Orbitalwickeln eines feststehenden Kerns und führt zunächst in die technologischen Randbedingungen ein. Eingangsgröße der Berechnungen ist die Geometrie des zu umwickelnden Kerns. Nach der Erzeugung eines triangulierten Oberflächenmodells im Format stl wird zunächst eine Bahn auf dessen Oberfläche projiziert. Basierend auf dieser Kontur erfolgt die Versatzberechnung zur Mittelachse der Verlegerolle, deren Lage die Positions- und Orientierungsachsen einstellen. Anschließend erfolgt die nichtlineare Rückwärtstransformation bis zu den einzelnen Antriebskoordinaten. Es werden eine Methodenkritik, Schlussfolgerungen und ein Ausblick auf weitere Arbeiten gegeben.

Zur Gewährleistung der Funktion von handbetätigen Produkten müssen Bewegungen mittels Mechanismen erzeugt werden. Diese Produkte – z. B. Küchenschränke, Schubladen, Klappbetten – stellen eine Schnittstelle zum Nutzer dar und müssen dem Bediener beim Betätigen einen angenehmen und komfortablen haptischen Eindruck übermitteln. Durch die Nutzung der verschiedenen Hilfsprogramme, wie z. B. Computer Aided Design (CAD) und Mehrkörpersimulation (MKS), kann der Entwickler kinetische und kinematische Eigenschaften eines Mechanismus simulieren. Jedoch sind die zu erwartenden realen Eigenschaften und haptischen Effekte bei alleiniger Nutzung der oben erwähnten Methoden zur virtuellen Produktentwicklung nicht immer exakt vorhersagbar. Dies gilt insbesondere für handbetätigte Mechanismen oder Maschinen, deren gewünschte Bedieneigenschaften schwer quantifizierbar sind. Zur frühzeitigen Beantwortung grundlegender bedientechnischer Fragestellungen noch während des Konstruktionsprozesses sollte entweder auf reale oder virtuelle Prototypen zurückgegriffen werden. Die Erstellung realer Prototypen ist im Vergleich zu virtuellen Prototypen sehr teuer, zeit- und kostenaufwendig. Darüber hinaus verkörpert jeder reale Prototyp nur eine Entwurfsvariante. Wegen großen Nachteilen der realen Prototypen kommen sogenannte „haptische Feedback-Systeme“ zum Einsatz, die aus mehreren gesteuerten Antriebsachsen, Sensoren und einem Benutzerinterface bestehen. Mit Hilfe solcher haptischen Systeme können dem Entwickler schnell und mit hoher Flexibilität die haptischen Eindrücke zum Bewegungs- und Führungsverhalten des entwickelten Mechanismus in der frühen Entwicklungsphase bereitgestellt werden. Zwar sind Arbeiten bekannt, welche aufgrund ihrer Konstruktionen nur in gewissen Grenzen Kräfte bzw. Momente sowie Trajektorien nachgebildet werden können. Daneben ist die Entwicklung der haptischen Geräte häufig auf eine Anwendung bzw. ein Produkt beschränkt. Außerdem bestehen viele haptische Systeme aus komplexen und speziellen Teilen und benötigen spezielle Software- und Programmierungslösungen, die Erhöhung der Zeit- und Kostenaufwende versursacht. Zum haptischen Rendering von Führungsbewegungen in einem weitreichenden Arbeitsraum dient ein konzeptionell ebenes Force Feedback Interface „EFFI“ als zuverlässiger und robuster linear-aktuatorischer Versuchsstand, der grundsätzlich aus 2 Elektromechanische Hubzylinder besteht (s. Bild1). Besonderes Augenmerk ist hier, dass mit dem EFFI haptisches Rendering der ebenen Mechanismen mit großen Kräften und Bewegungsbereichen durchgeführt werden können. Im Gegensatz zu anderen bekannten Systemen ist der kinematische Aufbau vom EFFI konfigurierbar, kompakt und einfach, welcher ermöglicht einerseits Realisierung und Simulation der verschiedenen Mechanismen bzw. verschiedene Bewegungsaufgaben und Trajektorien, andererseits minimalisiert Komplexität und Störfaktoren, wie Toleranz- und Reibeinflüsse, Lagerspiel des Systems. Zusätzlich wird das haptische System auf Programmierungsebene nutzerfreundlich implementiert und ermöglicht so dem Entwickler schnelle Parameter- und Konstruktionsstudien für real zu entwickelnde Mechanismen und Baugruppen mit verifizierbaren haptischen Bewertungsfaktoren. Im Vortrag werden die erwähnten Aspekte und Problemstellungen aufgegriffen, effiziente Lösungsansätze vorgestellt und an Beispielen das haptische Rendering von Mechanismen mit nichtlinearem Führungsverhalten präsentiert.

This paper offers some thoughts on the synthesis of planar guiding mechanisms for thermal cutting. One of the links, namely the cutting torch holder, performs a rotation about a virtual axis that is not carried out as a real joint. The considerations are presented with respect to the boundary conditions of the process, mainly the design and collision space restrictions and the demands on the available tilting angle. As it will be shown, many of the existing solutions in the literature and industry are variants of - or derived from - one 6-bar linkage based on a parallel crank mechanism. Additionally one solution is given, that is not related to the 6-bar linkage.

Composites winding is used for placement of several layers of high performance fibers (carbon or glass) over a tubular cores in order to increase their radial stiffness, and as well for production of profiles. One disadvantage of the composite winding are the limitations about the stability of the windings. The missing interlacement between the yarns is advantage regarding the crimp, but it makes impossible covering of profiles with local angle higher than the friction angle for the current materials. Such profiles can be covered well using braiding, because the braided structure can be produced stable based on proper interlacement between the two or three yarn systems inside. Actually, the braiding has its limitation about the productivity. The interlacement of the yarns, which stabilize the structure from one side, is reason for broken filaments as result of the crimp of the yarns from other side. New developed and patented technology combines the advantages of both composites winding and braiding into a new machine and technology. This work presents its advantages and disadvantages and examples of calculations about the properties of the structures based on the method of inclusions.

This paper shows that new opportunities and areas of development arise from using a module-based layer synthesis and description of mass properties combined with a domain spanning system simulation software. That allows for a holistic mechanism synthesis with a continuous analysis-synthesis-parameter-adjustment (ASPA). Hence, the user may perform both mechanism analysis and synthesis employing one single program interface with, what is also possible, an identification of the ideal mechanism in terms of dynamics during an optimization process.

Dieser Beitrag beschäftigt sich mit pneumatischen Muskeln als Antrieb für aktiv unterstützende Assistenzsysteme. Der pneumatische Muskel wird in seinem Aufbau und seiner Funktion sowie seinen charakteristischen Eigenschaften erlärt. Es folgt eine kurze Beschreibung zur Anwendung der pneumatischen Muskeln und der ineffizienten Ausnutzung der Muskelarbeit zum aktuellen Zeitpunkt. Es wird eine Möglichkeit der ungleichmäßien Übersetzung mittels Bandgetriebe vorgestellt, die eine deutliche Effizienzsteigerung und die Erzeugung eines vorgegebenen Momentenverlaufs an einem Abtriebsglied darstellt. Abschließend folgt eine Diskussion über Einschränkungen des einstufig übersetzenden Bandgetriebes und wie diese durch eine zweite Übersetzungsstufe eliminiert werden.

Die voranschreitende Digitalisierung unserer Gesellschaft stellt an die studentische Ausbildung immer neue Anforderungen. Zum einen müssen heutige Ingenieure viele unterschiedliche Berechnungswerkzeuge am PC bedienen können, zum anderen werden Studierende mit einer Vielzahl digitaler Medien konfrontiert. Intuitiv bedienbare Programme und die stetig wachsende digitale Kompetenz seitens der Studierenden begünstigen dabei die Nutzung aktueller Software wie SimulationX. Im Rahmen des Beitrages wird ein Szenario zu dessen Einsatz in der studentischen Ausbildung der Professur Montage- und Handhabungstechnik (MHT) vorgestellt. Dabei spielt auch die aktuelle Lehr-Lern-Situation bezüglich der angebotenen Veranstaltungen der Professur eine wesentliche Rolle.

In vielen Verarbeitungs- und Textilmaschinen müssen Arbeitsorgane bzw. die zu handhabenden Produkte zyklisch einen Bewegungsablauf mit anschließender Rast realisieren. Bei gewissen eingestellten Produktivitäten erreichen die Differenzen zwischen Soll- und Istwerten dieser Bewegung störende Ausmaße. Diese ungewollten Bewegungen können unter gewissen Umständen von vornherein gering gehalten werden. Bewährte Methoden hierfür werden in Lehrveranstaltungen zur Bewegungstechnik diskutiert und experimentell erprobt. Es wird Wert auf Anschaulichkeit gelegt, um die Motivation und Neugier zum Beschäftigen mit dieser wichtigen Thematik bei den Studenten zu wecken.

The method of biopsying biological tissue is an established procedure of minimally invasive medicine to extract samples for the determination of the presence or extent of a disease. Therefore punch biopsy is the most frequently applied method in case of prostate or breast cancer. The biopsy system is monitored during the penetration process into tissue via sonography. These observations of the procedure showed a considerable deflection of the needle tip. It is caused by unbalanced forces acting on the tip and by the low bending stiffness of the system itself. Government financed experimental studies using realistic phantom tissue have been conducted to quantify the needle deflection and to develop a mathematical approach to simulate this effect. This simulation has used a combination of a deformable model of the biopsy system in combination with a parameterized tissue model in multibody simulation software Recurdyn. It is now possible to anticipate the needle deflection, to get to know about the acting forces and to optimize the geometry of the needle tip.

Innerhalb der vorgestellten Untersuchungen wird das generative Fertigungsverfahren 3D-Plasma-Metal-Deposition (3DPMD) vorgestellt. Hierzu wird ein Titanbauteil generativ hergestellt, analysiert und bewertet. Die wichtigsten Kenngrößen sind die Gefügeausbildung, der Verschleißwiderstand und der Härteverlauf über die Bauteilhöhe. Zusätzlich zur prozesstechnischen Seite wird auf die Software zur Realisierung der Verfahrbewegung des Roboters – basierend auf CAD-Datensätzen – eingegangen und der Aufbau der STL-Daten, die Ableitung der Geometrie und die Erzeugung des Roboterprogramms beschrieben. Die Ergebnisse zeigen, dass mittels des Verfahrens 3DPMD Bauteile aus Titan mit und ohne Verstärkungspartikeln generativ gefertigt werden können. Ebenso wird aufgezeigt, dass die Verschleißbeständigkeit des Bauteils aus Reintitan um 43 % höher ist im Vergleich zu der Standardlegierung Ti6Al4V. Mit 3DPMD können folglich komplexe Bauteile mit einer erhöhten Materialvielfalt schneller gefertigt und dabei der Energieeintrag unabhängiger vom Zusatzwerkstoff geregelt werden.

Eine Montageanlage wird aus verschiedenen Stationen gestaltet, wobei zwischen starrer und lösbarer Verbindung zwischen den Einzelstationen unterschieden wird. Starre Verbindungen zwischen Stationen liegen vor, wenn es keinen Materialspeicher zwischen den Stationen gibt. Eine Einzelstation besteht wiederrum aus unterschiedlichen Komponenten. Die Takt- bzw. Ausführungszeiten der Einzelstationen liegen zwischen t_max und t_min. Diese unterschiedlichen Taktzeiten bestimmen die Effizienz einer gesamten Anlagekonfiguration. Sofern keine Materialspeicher zwischen den Stationen vorliegen, wie beim vollautomatischen Anlagenbetrieb mit starrer Verkettung, und ein vollständiger Taktzeitausgleich nicht möglich ist, müssen schnellere Station ihren Takt auf den der langsamste Station, der sogenannten Engpassstation, anpassen. Um die Taktzeit der Engpassstation zu reduzieren, können einerseits im Rahmen der Prozessoptimierung die Arbeitsinhalte optimal zwischen den Stationen neu aufgeteilt werden. Andererseits sind in jedem Fall die sekundären Prozesszeiten im Rahmen der Werkstückhandhabung zu verkürzen. Dieser Beitrag zeigt die Anwendung von Funktionsfolgen, um eine Montage- und Handhabungsaufgabe präzise zu formulieren. Ausgehend von den im Blatt 1 der VDI Richtlinie 2860 "Montage- und Handhabungstechnik" ausgeführten begrifflichen Definitionen und Symbolen zur Beschreibung und Abbildung von Handhabungsprozessen und deren Untergliederung in Funktionen, deren Anwendung für Handhabungseinrichtungen und deren mögliche Verknüpfungen für den Entwurf von vollautomatisierten Montagesystemen, ist es im Zuge der fortschreitenden Automatisierung und Flexibilisierung erforderlich, diesen symbolischen Lösungsansatz zu erweitern und funktionsorientiert zu schärfen. Dies auch unter dem Aspekt, dass die im Jahre 1990 überarbeitete und verbesserte Richtlinienversion im Februar 2016 zurückgezogen wurde. Basierend auf einem bereits erweiterten Funktionsumfang, welcher in [Ngu15] beschrieben wurde, werden jedem Funktionselement nun auch technologische und physikalische Parameter zugeordnet, wobei die funktionsbezogene Taktzeit und Kostenkalkulation im Vordergrund stehen. Durch diese Deklarierung von Kenndaten in einer Funktionsträgerliste (FTL)lässt sich eine Engpassstation bereits beim Anlagenentwurf, wobei in diesem Fall ggf. auch geschätzte Taktzeiten und Erfahrungswerte einfließen können, genauer und schneller herausfinden. Mittels dieser FTL, welche für jedes parametrische Symbol beim erstmaligen Anlagenneuentwurf erstellt werden muss, können die technologisch bedingte Gesamttaktzeit und die Anlagenkosten vorausberechnet werden. Durch geeignete und abgestimmte Schnittstellendefinitionen im Funktionsplan ist es darüber hinaus möglich, einerseits Einzelkomponenten, wie z. B. Handhabungskomponenten mit gleichem Wirkprinzip aber unterschiedlichen Herstellerparametern, vergleichend zu bewerten oder aus Onlinekatalogen automatisch auszutauschen und ebenso Engpassstationen bzgl. der Taktzeit zu optimieren. Im Ergebnis erhält der Anlagenentwickler einen schnellen Gesamtüberblick zum Anlagenkonzept und den möglichen Optimierungsansätzen.

Die Biopsie ist ein etabliertes minimalinvasives Verfahren im Rahmen der interventionellen Diagnostik, bei der menschliche Gewebeproben für histologische Untersuchungen zur Erkennung bzw. zum Nachweis u. a. karzinogener Gewebe entnommen werden. Eine häufig eingesetzte Methode bei Verdacht auf einen malignen bzw. benignen Tumor im Bereich der Prostata und der weiblichen Brust ist die Stanzbiopsie. Die dort eingesetzten Geräte umfassen ein zweiteiliges Nadelsystem, das aus einem innenliegenden Mandrin und einer außenliegenden Kanüle besteht. Bei der Durchführung einer Biopsie wird das Nadelsystem durch den Facharzt händisch manuell in den Körper eingeführt und mit Hilfe bildgebender Verfahren vor dem Zielbereich positioniert. Erst durch das Betätigen eines Auslösers werden die Komponenten des Nadelsystems nacheinander in den zu untersuchenden Bereich geschossen. Zur Umsetzung dieser kaskadenförmigen Bewegung wird ein zweiteilig aufgebauter, federangetriebener Mechanismus eingesetzt, der zu Beginn vorgespannt werden muss. Bei der Beobachtung der Nadelbewegung mittels Sonografie sind auffällige Ablenkungen des Systems im Gewebe erkennbar, was eine sichere Punktion und Probenentnahme gefährden. Ursächlich dafür sind die an der Nadelspitze angreifenden unsymmetrischen Kräfte in Verbindung mit den geringen Biegesteifigkeiten des Nadelsystems. Im Rahmen eines öffentlich geförderten Projektes konnten experimentelle Untersuchungen zur Quantifizierung der Nadelablenkungen durchgeführt und ein mathematischer Ansatz zur Simulation dieser Effekte entwickelt werden. Letztendlich liegt ein validiertes Simulationsmodell in der Software Recurdyn vor, das neben einem deformierbaren Eindringkörper zur Abbildung des Nadelsystems ein parametrisiertes Gewebemodell enthält. Es gestattet, die zu erwartende Nadelablenkung vorauszusehen, die dabei auftretenden Eindringkräfte zu erfassen und das Nadelsystem geometrisch zu optimieren.

Agenda: Tätigkeitsfeld der Professur und Motivation, Analyse-Synthese-Parameter-Abgleich, Konzept modularer Synthese, Parametrisierte Masseparameter, Ausblick auf gegenwärtige Untersuchungen

Die Vorteile des Systems „Horn“ gegenüber dem Gangbahn-Flügelrad System liegen in der faserschonenden und lageparallelen Flechtfadenverlegung sowie in der gesteigerten Flechtgeschwindigkeit. Die Herausforderung um das Potential des Systems „Horn“ zur Herstellung von Preforms durch Überflechten zu erschließen, bestand in der Integration eines dritten Fadensystems in eine antriebstechnisch umsetzbare Verlegetechnik zur Fertigung einer triaxialen Flechtstruktur. Für die Synthese dieser Antriebstechnik zur kinematisch optimalen Verlegung der Flechtfäden wurde eine prozessorientierte Synthesemethodik, auf Basis einer Technologiesynthese, erarbeitet.

Diese CD enthält die während des 8. Anwendertreffens am 22.03.2016 präsentierten Vorträge zu unterschiedlichen Themenstellungen aus den Bereichen CAD, Simulation und Berechnung. Von Experten aus Wirtschaft und Wissenschaft wurden neben Hinweisen zu neuen Simulationsfeatures auch Einblicke und Anregungen für eine effiziente Bauteilberechnung gegeben, die Simulation komplexer Anlagen gezeigt und ingenieurtechnisch – mathematische Lösungsansätze erörtert. Themenstellungen des Anwendertreffens waren: CAD-Einsatz in Konstruktion und Entwicklung, Simulation, Berechnung und Optimierung mit Mathcad, FEM – Simulation, Effiziente Konstruktions- und Optimierungsstrategien, Kinematische und dynamische Simulation, Konstruktionsbegleitende Visualisierungen und Animationen, Virtual Reality Engineering & Digital Mock Up, Tipps und Tricks – Anwender helfen Anwendern

The following study deals with the synthesis of a specialised drive technology to generate an innovative shifting motion as an alternative covering process. Advantages of the system “Horn“ versus the horn gear motion system lie in a gentle and parallel processing of the braid-ing materials. Simultaneously an increase in the speed of braiding is, due to the machine de-sign with a mirror-inverted rotary movement of two rotors, of great benefit for an economical mass production. The challenge to extrapolate the potential of the system “Horn“ for the pro-duction of preforms by overbraiding in a circular drive-concept with a large opening was, to integrate a third yarn system into a laying technique that is gentle to the fibres and technically feasible for processing a triaxial braided structure. For the synthesis of the drive technology, to guarantee an optimal kinematic and parallel transfer of threads, a process-oriented synthe-sising method, based on a technology synthesis, was elaborated.

Der Beitrag zeigt einen Ansatz zur Funktionalisierung des Systems „Horn“ für die Herstellung von Preforms. Für die Synthese der Antriebstechnik zur kinematisch optimalen Verlegung der Flechtfäden wurde eine prozessorientierte Synthesemethodik, auf Basis einer Technologiesynthese, erarbeitet. Das Ergebnis ist das Antriebskonzept der neuartigen Rotorflechtmaschine „D-3F“ zur Herstellung der neuen gewebeartigen Bindungsstruktur „D-3FG“. Ferner zeigt der Beitrag die numerische Integration der Prozess- und Materialparameter in die Synthese dieser Rotorflechtmaschine. Ziel dabei war die Ermittlung des Prozessfensters für die Fadenspannungen unter Berücksichtigung der Abzugsbewegung. Im Ergebnis wird ein Ansatz zur Optimierung der Antriebstechnik und die virtuelle Verifikation der Fadenablage hinsichtlich des Flechtwinkels sowie der Flechtdichte vorgestellt. Für das virtuelle Prototyping war es allerdings notwendig, sowohl die materialspezifischen Kennwerte und die Reibungszustände des Flechtmaterials als auch die Prozesskinematik in die FE-Software zu implementieren.

Dieser Beitrag stellt einen Ansatz vor, kinetostatisch relevante Aussagen bereits während der Maßsynthese ebener Koppelgetriebe darzustellen. Dies bildet die Grundlage für tiefergehende Untersuchungen und eröffnet die Möglichkeit zur Darstellung dynamisch relevanter Kenngrößen in sehr frühen Entwicklungsphasen heutiger Maschinen. Der wichtigste Ansatz für diese Umsetzung liegt in der Modularisierung von Berechnungsalgorithmen. Nur so sind komplexe Aufgaben im Alltag von Ingenieuren handhabbar. Konkret bedeutet dies, dass für jeden Prozessschritt und jede Stufe der Modellbildung unterstützende Module mit zugehörigen Parametersätzen vorhanden sein müssen. Anhand eines ausführlichen Beispiels lassen sich die Tragweite dieses modularen Ansatzes und die damit einhergehenden neuen Erkenntnisse hinsichtlich der Auswertung von Lösungsräumen der Maßsynthese erkennen.

Der Beitrag zeigt einen Ansatz zur Fertigung schlauchförmiger triaxialer Halbzeuge bzw. Preforms mit gewebeartiger Bindungsstruktur. Als innovativer Kern der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten ist das neuartige und zum Patent angemeldete Verlegeprinzip mit zugehörigem Vorrichtungskonzept hervorzuheben. Für die Gestaltung der optimalen Verlegung unter direkter Berücksichtigung der Antriebstechnik wurde eine prozessorientierte Synthesemethodik, auf Basis einer Technologiesynthese, erarbeitet. Die numerische Modellbildung der Verlegetechnik erlaubt unter anderem die frühzeitige Integration von Materialparametern als Vorstufe einer Prozesssimulation. Ziel dabei war die Ermittlung des Prozessfensters für Fadenspannungen unter Berücksichtigung der Abzugsbewegung. Im Ergebnis wird ein Ansatz zur virtuellen Verifikation der Fadenablage im Zusammenspiel mit der kinematischen Optimierung der Verlegebewegungen vorgestellt. Für das virtuelle Prototyping war es allerdings notwendig, sowohl die materialspezifischen Kennwerte und die Reibungszustände des Flechtmaterials als auch die Prozesskinematik in die FE-Software zu implementieren.

Rapid-Prototyping-Verfahren und der Einsatz nachgiebiger Mechanismen in Kombination mit kollaborierenden Robotern, wie der UR Roboter-Reihe der Firma UNIVERSAL ROBOTS (UR), stellen einen vielversprechenden Entwicklungsansatz für heutige Produktions- und Handhabungssysteme dar. Der vorliegende Beitrag verfolgt das Ziel der Entwicklung eines flexiblen und kostengünstigen Greifersystems für einen solchen kollaborierenden Roboter. Dabei stand die Konstruktion eines adaptiven Dreifingergreifers unter Verwendung nachgiebiger Mechanismen und Rapid-Prototyping-Verfahren im Fokus. Ein bereits bestehender und im Beitrag beschriebener Prototyp wies Schwachstellen in den Gelenken auf, für deren Beseitigung eine methodische Herangehensweise erläutert wird. Auf Basis von Starrkörpermodellen erfolgten grundlegende Berechnungen für die Gestaltung des Greifers und dessen Festkörper-Gelenke. Die Auslegung der nicht-nachgiebigen Fingerglieder (Phalangen) basierte dabei auf Festigkeitsberechnungen.

In dem Vortrag soll die Entwicklung eines Zeilenkameragehäuses für hochauflösende Farbmessung erläutert werden. Die Motivation hierfür entstand aus dem Bedarf der ortsaufgelösten Farbmessung von Objekten im industriellen Umfeld. Die Problemstellung hierbei war die Steigerung der lateralen Auflösung von 100 auf 200 dpi bei einer Scanbreite von ca. 400 mm. Als Randbedingungen wurden Gewichtsminimierung und eine thermische Stabilität des Gehäuses unter Betriebsbedingungen vorgegeben. Im Vortrag wird auf einzelne Schritte der Lösungsfindung des Kameragehäuses eingegangen. Hierzu zählen die konstruktive Auslegung des CFK-Gehäuses, die FE-Analyse der Objektivklemmung und die FE-Analyse für die Wärmeübertragung in der Kamera. Die konstruktive Auslegung des CFK-Gehäuses war durch mehrere, sich gegenseitig konträr beeinflussende Zielparameter gekennzeichnet. So kann die Steifigkeit erhöht und thermische Ausdehnung durch den Einsatz von CFK reduziert werden. Die notwendige Temperaturleitfähigkeit im System wird materialbedingt stark reduziert und muss über alternative Kühlstrategien kompensiert werden. Anschließend wird die Konstruktion eines Versuchsstands für Aufnahmeuntersuchungen und die Verifizierung des Kamerasystems erläutert. Schwerpunkte sind die Winkelverstellung des Kameraportals mittels Koppelgetriebe und der höhenverstellbare Probentisch. Unterschiedliche Zielparameter wie Steifigkeit, Masse der bewegten Bauteile und Bewegungsradius mussten aufeinander abgestimmt und in einem Lösungskonzept umgesetzt werden. Abschließend findet eine Beurteilung der Kamera und des Versuchsstandes statt.

Um die Jahrhundertwende herum standen parallel aufgebaute Führungsmechansimen hoch im Kurs. Es wurde prophezeit, dass Parallelstrukturen die Bereiche Robotik und Werkzeugmaschinenbau signifikant verändern werden. Das ist nicht eingetreten, es dominieren wie eh und je seriell aufgebaute Maschinen und Roboter. Der Vortrag will zeigen, dass die zurückliegende Euphorie um Parallelstrukturen ebenso unberechtigt wie deren derzeitige Vernachlässigung ist. Zwar werden parallele Strukturen auch zukünftig nur Nischen füllen, können dabei jedoch teilweise verblüffende Eigenschaften entfalten. Genauigkeit und Präzision sind nicht nur durch die Fertigung, sondern auch durch Software und Steuerung erzielbar. Steifigkeit und Leichtbau bilden keinen Widerspruch. Vom Ingenieur ist ein Umdenken gefordert, nicht nur beim Konzipieren, sondern auch beim Konstruieren und Applizieren. Dreidimensionalität und Nichtlinearität erfordern den „mathematisch denkenden“ Konstrukteur, der auch steuerungstechnisches und kinematisches Verständnis besitzt. Die typischen Vor- und Nachteilen serieller und paralleler Führungsmechanismen benennend beschreibt der Vortrag praktische Anwendungen von parallel strukturierten Führungsmechanismen, die deren positive Eigenschaften gezielt benutzen. Der Vortrag will auch zeigen, dass die moderne Industrie immer wieder Aufgaben hervorbringt, die mit den Mitteln der Mechanismentechnik zu originellen, manchmal bestechend einfachen Lösungen finden. Diese sind u.U. auch schutzfähig und besonders für kleine Unternehmen eine gute Möglichkeit, sich im globalen Wettbewerb zu behaupten.

Motion design is an essential step in the application of mechanisms. By minimization of motion parameters, e.g. velocity, acceleration and jerk it is possible to reduce the amplitudes of forced vibrations and deformations due to kinetic forces. This also influences the effective torque needed to drive the mechanism. However the moment of inertia J(φ) of non-linear translating mechanisms depends on the mechanism’s position defined by the generalized coordinate φ. Therefore the general approach of minimizing dynamics parameter velocity and its derivatives is a simplification that does not take into account J(φ). This paper suggests an approach to derive the constraints of the motion parameters from the values of J(φ) and J’(φ). A linear programming approach using harmonic synthesis is used for optimization of the motion parameters. This method also offers the possibility to minimize the excitation of a forced vibration. The resulting drive torque of a 1-DOF mechanism is compared for traditional constant constraints with the suggested approach using a multibody model.

The paper is about the calibration of machine tools, that are designed to perform spatial cutting and milling operations on tubular and hollow profiled parts. Starting with a brief presentation of kinematics and calibration strategies, a special case is derived from the calibration situation. In addition to comments on the numerical implementation, a short presentation of typical results is given. The calibration procedure, that consists of two successive stages, is robust and reliable and suited for both serial and parallel machines. It is the adaption of a general calibration method for parallel machines from the literature to the special case of CNC machines with a bevel unit.

Durch Überflechten können seit längerem schlauchartige, endkonturnahe Faserhalbzeuge mit einzigartigen strukturmechanischen Eigenschaften hergestellt werden. Im Vergleich zu allen bisher bekannten Verfahren und Anlagenkonzepten wird in diesem Beitrag die neue Verlegetechnik "D-3F" vorgestellt, welche als innovativer Ansatz zur Fertigung derartiger Faserhalbzeuge mit gewebeartiger Bindungsstruktur bzw. Faserarchitektur gilt. Im Ergebnis langjähriger Forschungsarbeiten an der Professur Montage- und Handhabungstechnik der TU Chemnitz entstand so ein konzeptionell neuartiges und patentiertes Flechtverfahren und ein sich daraus ergebendes Maschinenkonzept. Der Artikel zeigt ausgewählte Entwicklungsschritte und Ergebnisse. Ausgehend vom ursprünglichen Ziel, das System "Horn" zur Herstellung von Faserhalbzeugen durch Überflechten zu optimieren, wurden die Zielsetzung zur Maschinenentwicklung nachfolgend konzeptionell verändert. So gelang es, ein drittes Fadensystem in ein faserschonendes und kinematisch optimal umsetzbares Verlegekonzept zur Fertigung einer triaxialen Bindungsstruktur zu integrieren. Dabei wurde konsequent und von Beginn an die erforderliche Bewegungs- und Antriebstechnik berücksichtigt und eine prozessorientierte Synthese, welche auf einer Technologiesynthese basiert, methodisch erarbeitet. Ausgangspunkt dieser Methodik war eine modellbasierte direkte Kopplung der Anforderungsprofile zur kinematischen Prozessgestaltung und Flechtfadenverlegung. Diese Kopplung erlaubt die Synchronisation und Optimierung einer zerstörungsfreien Flechtfadenverlegung unter direkter Berücksichtigung der antriebsoptimalen Randbedingungen bereits während des konstruktiven Entwurfs des Antriebskonzepts.

Der Artikel behandelt die Kalibrierung von Maschinen zur Anarbeitung räumlicher Schnittkonturen an Hohlprofilen. Ausgehend von bekannten Kalibrierverfahren wird ein Spezialfall abgeleitet, der auf die Kalibriersituation zugeschnitten ist. Nach wenigen Ausführungen zur numerischen Umsetzung erfolgt eine kurze Darstellung der erzielten Ergebnisse. Das zweistufige Kalibrierverfahren ist robust, zuverlässig und eignet sich für serielle und parallele Kinematiken.

Getaktete, also durch Stillstände unterbrochene Bewegungen sind ein wesentlicher Bestandteil von Verpackungs- und Verarbeitungsprozessen und bestimmen, neben anderen nichtlinearen Bewegungsformen, das kinematische Verhalten entsprechender Maschinen. Sofern keine flexible Antriebscharakteristik gefordert wird und sehr kurze Taktzeiten von maßgeblicher Bedeutung sind, bilden kurvengesteuerte Schrittgetriebe weiterhin eine optimale und kostengünstige Lösung zur Erzeugung dieser intermittierenden Bewegungen. Im Gegensatz zu Kurvengetrieben mit rückkehrender Bewegung sind für Kurvenschrittgetriebe bisher keine Verfahren zur Bestimmung optimaler kinematischer Grundabmessungen bekannt. Vielmehr stützt man sich auf das Prinzip der „Synthese durch iterative Analyse“, welches aufgrund der Vielzahl von Auslegungsparametern mit teilweisen Abhängigkeiten in den seltensten Fällen für mehrere Kriterien ein optimales Ergebnis liefert. In diesem Beitrag wird eine neue, ganzheitliche Vorgehensweise für den Auslegungsprozess ebener Kurvenschrittgetriebe unter Einbeziehung der Rollendimensionierung vorgestellt. Entscheidende Parameter werden unter Verwendung von bekannten und neuen vereinfachten, normierten Kenngrößen analysiert, bewertet und in Form von Auswahldiagrammen bereitgestellt. Diese Diagramme liefern eigenschaftsbezogene Aussagen zu optimalen Parameterkombinationen von Grundabmessungen, mit deren Hilfe der Entwickler schnell und ergebnisorientiert zu einer anwendungsspezifisch optimalen Lösung gelangt. Weiterhin können Parameterbereiche abgeleitet werden, welche für alle Zielkriterien zufriedenstellende Ergebnisse liefern. Zusätzliche Getriebe- und Bewegungskenngrößen, wie Gängigkeit und Bereiche konstanter Geschwindigkeit werden hierbei berücksichtigt. Ein besonderes Augenmerk wird zusätzlich auf die Grenzen gängiger Kurvenschrittgetriebe gelegt. Durch die Einführung einer spezifischen geometrischen Kenngröße können Parameterräume nun eindeutig identifiziert und ungültige Lösungen schnell ausgegrenzt werden.

Diese CD enthält die während des 7. Anwendertreffens am 31.03.2015 präsentierten Vorträge zu unterschiedlichen Themenstellungen aus den Bereichen CAD, Simulation und Berechnung. Von Experten aus Wirtschaft und Wissenschaft wurden neben Hinweisen zu neuen Simulationsfeatures auch Einblicke und Anregungen für eine effiziente Bauteilberechnung gegeben, die Simulation komplexer Anlagen gezeigt und ingenieurtechnisch – mathematische Lösungsansätze erörtert. Themenstellungen des Anwendertreffens waren: CAD-Einsatz in Konstruktion und Entwicklung, Simulation, Berechnung und Optimierung mit Mathcad, FEM–Simulation, Effiziente Konstruktions- und Optimierungsstrategien, Kinematische und dynamische Simulation, Konstruktionsbegleitende Visualisierungen und Animationen, Virtual Reality Engineering & Digital Mock Up, Tipps und Tricks – Anwender helfen Anwendern

Getaktete, also durch Stillstände unterbrochene Bewegungen sind ein wesentlicher Bestandteil von Verpackungs- und Verarbeitungsprozessen und bestimmen, neben anderen nichtlinearen Bewegungsformen, das kinematische Verhalten entsprechender Maschinen. Sofern keine flexible Antriebscharakteristik gefordert wird und sehr kurze Taktzeiten von maßgeblicher Bedeutung sind, bilden mechanische, also kurvengesteuerte Schrittgetriebe, weiterhin eine optimale und kostengünstige Lösung zur Erzeugung dieser intermittierenden Bewegungen. Im Gegensatz zu Kurvengetrieben mit rückkehrender Bewegung sind für Kurvenschrittgetriebe bisher keine Verfahren zur Bestimmung optimaler kinematischer Grundabmessungen bekannt. Vielmehr stützt man sich auf das Prinzip der „Synthese durch iterative Analyse“, welches aufgrund der Vielzahl von Auslegungsparametern mit teilweisen Abhängigkeiten in den seltensten Fällen für mehrere Kriterien ein optimales Ergebnis liefert. In diesem Beitrag wird eine neue, ganzheitliche Vorgehensweise für den Auslegungsprozess ebener Kurvenschrittgetriebe vorgestellt. Entscheidende Parameter werden unter Verwendung von bekannten und neuen vereinfachten, normierten Kenngrößen analysiert, bewertet und in Form von Auswahldiagrammen bereitgestellt. Diese Diagramme liefern eigenschaftsbezogene Aussagen zu optimalen Parameterkombinationen von Grundabmessungen, mit deren Hilfe der Entwickler schnell und ergebnisorientiert zu einer anwendungsspezifisch optimalen Lösung gelangt. Weiterhin können Parameterbereiche abgeleitet werden, welche für alle Zielkriterien zufriedenstellende Ergebnisse liefern. Zusätzliche Getriebe- und Bewegungskenngrößen, wie Gängigkeit und Bereiche konstanter Geschwindigkeit werden hierbei berücksichtigt. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Grenzen gängiger Kurvenschrittgetriebe gelegt. Durch die Einführung einer spezifischen geometrischen Kenngröße können Parameterräume nun eindeutig identifiziert und ungültige Lösungen schnell ausgegrenzt werden. Zusätzlich wird im Beitrag auch auf die Auslegung von Sonderbauformen zur Realisierung ungeradzahliger Stationen oder sehr großer Schrittwinkel eingegangen, da diese Sonderlösungen sehr oft durch die Industrie gefordert werden und mechanische Antriebslösungen derzeit kaum bekannt sind.

Die Festlegung von Maß-, Form- und Lagetoleranzen ist eine allgegenwärtige Herausforderung des Konstrukteurs. Allzu oft erfolgt die Tolerierung eines Bauteils oder einer Baugruppe jedoch nur auf Basis des Erfahrungsschatzes des jeweiligen Konstrukteurs und dabei vordergründig nach fertigungstechnischer Realisierbarkeit. Dadurch kann jedoch weder die geforderte Funktionsgenauigkeit noch eine kostenoptimierte Gesamtlösung garantiert werden. In den, in Verpackungsmaschinen häufig verwendeten, Koppel- und Kurvengetrieben ist weiterhin ein besonderes Augenmerk darauf zu legen, dass sich einzelne Toleranzen abhängig von der Getriebestellung zueinander sowohl positiv als auch negativ gegenseitig beeinflussen können. Im Rahmen des Beitrages werden zwei Verfahren zum Toleranzmanagement vorgestellt. Ziel ist es, bereits frühzeitig im Entwicklungsprozess belastbare Aussagen treffen zu können, welche Gliedabmessungen, Lagerspiele oder Winkelzuordnungen des Mechanismus in Abhängigkeit der Getriebestellung maßgeblichen Einfluss auf die Funktionserfüllung nehmen und damit einer genaueren Tolerierung bedürfen. Dies wird durch die Suche nach lokalen und globalen Sensitivitäten ermöglicht. Durch derartige Studien können auch Glieder, Gelenke oder Gestellpunkte ermittelt werden, an welchen das Vorsehen von Justiermöglichkeiten sinnvoll ist. Im Umkehrschluss lässt sich weiterhin ableiten, welche Glieder keinen oder nur einen geringen Einfluss auf die Funktionserfüllung des Mechanismus nehmen und damit Kostensenkungspotenziale bieten. Schlussendlich können durch die vorgestellten Analysen konkrete Toleranzfelder bestimmt werden, da der Entwickler unmittelbar eine Aussage darüber erhält, welche Maßabweichung zu welchem Fehler in der Positioniergenauigkeit eines Mechanismus führt.

This paper describes concepts and real-time implementations of haptic simulation methods for transfer and guiding mechanisms. The haptic simulation set-up of the transfer mechanisms consists of a servo motor with a lever equipped, graphical software (LabVIEW) and stored in a control unit (CompactRIO). In the guiding mechanism, electromechanical cylinders (EMC), load cells, a control unit and programming software (IndraWorks) are used. In order to simulate guiding and transfer mechanisms, the mathematical model of real mechanism is derived from the equation of motion of the rigid machine. In transfer mechanism, the aim is to pre-calculate the generalized mass of the mechanism and then to store the corresponding responses with respect to the generalized coordinate the program. The mathematical model for guiding mechanisms is directly solved in the PLC. Consequently, owing to chosen the length of EMC, proposed haptic set-up is capable of simulating several guiding mechanisms in a wide range.

The following study deals with the kinematic design and development of an experimental set-up for the research of a new method for extracting whole or light-half walnut kernels. Therefore, the methodological approach of the set-up construction is explained step by step. The analysis of the nuts’ anatomy and the definition of boundary conditions, due to the ideal set-up for experiments to figure out the ideal cutting position and parameters, is our top priority. Innovative potential to increase extracting performance lies in the cutting concept to separate the nutshells in a further process.

This paper describes two robot wrists with a spherical design. Their structure implicates that rotations are only possible about the tool-centre-point (TCP). The first wrist is of a serial configuration and has one redundant drive. The redundancy resolution and its implementation are described. By using the decision parameter from a fuzzy logic controller, the optimum positioning function for each joint is computed numerically. The second wrist is a parallel kinematic unit. An algorithm is presented, that was used to find altered link lengths to enlarge the tilting capacity. The computer searches out a solution of the kinematic dimensions by optimizing the static and kinematic performance. For this, a geometric evaluation method is proposed.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der kennwertorientieren Ermittlung günstiger Hauptabmessungen bei ebenen Schrittgetrieben. Auf Basis normierter Größen wird ein Verfahren vorgestellt, welches die Dimensionierung der Eingriffsorgane (Kurvenrollen) in den Syntheseprozess integriert und somit eine eigenschaftsbezogene Auslegung ermöglicht. Es werden Grenzabmessungen definiert und getriebespezifische, normierte Kennwert-Diagramme entwickelt, die dem Auslegungsprozess als Grundlage dienen.

Im Maschinen- und Fahrzeugbau wird die erfolgreiche Auslegung komplexer Antriebssysteme zunehmend durch leistungsfähige Simulationstechniken unterstützt. Das dynamische Zusammenspiel von verschiedenartig aufgebauten und miteinander vernetzten Teilsystemen aus unterschiedlichen physikalischen Domänen kann ausschließlich durch eine ganzheitliche Systembetrachtung untersucht und optimiert werden. Hierbei stehen besonders die Funktion, Effizienz und Prozesssicherheit in der Produktherstellung im Vordergrund. Dieser Beitrag beinhaltet die Entwicklung von Bibliothekselementen zur effektiven Simulation von Band- und Koppelgetrieben innerhalb einer Simulationsumgebung. Mit einem speziell für ebene Mechanismen erarbeiteten seriellen Schnittstellenkonzept lassen sich innerhalb kurzer Zeit beliebige Getriebestrukturen frei zu einem vollständigen Antriebssystem aufbauen. Mit den neu geschaffenen Elementen können neben den allgemein bekannten Getriebeaufbauten auch Bandgetriebe modelliert werden, bei denen ein Zugmittel über Unrundscheiben, lose und feste Rollen, durch eine Abzugsdüse oder sogar über Glieder von Koppelgetrieben geführt wird. Zudem wird ein praktikables Verfahren zur Maßsynthese von Ausgleichsmechanismen mit Feder-Bandgetrieben vorgestellt sowie ein vollständiges Bewertungskriterium, das eine sichere Aussage über die physikalische Existenz einer berechneten Bandkurvenscheibenkontur hinsichtlich Stetigkeit und Konvexität zulässt. Abschließend wird anhand von Beispielen die Leistungsfähigkeit der neuen Elemente im Kontext der Gesamtsimulation demonstriert.

Dieser Beitrag zeigt, dass sich neue Möglichkeiten und Entwicklungsfelder durch den Einsatz von Systemsimulatoren in der Getriebesynthese ergeben. Der Ansatz, jegliche Bewegungsaufgaben mathematisch in Form von Unterstützungsmodulen in einer Programmoberfläche zu komplexen Modellen zu verbinden, ermöglicht die Umsetzung einer ganzheitlichen Getriebesynthese mit einem kontinuierlichen Analyse-Synthese-Parameter-Abgleich. Der Anwender kann somit in nur einer Programmoberfläche sowohl Mechanismen-Synthese als -Analyse durchführen und beispielsweise durch entsprechende Optimierungen den getriebedynamisch günstigsten Mechanismus ermitteln.

Seit dem Jahr 1995 treffen sich die an deutschen Uniersitäten, Hochschulen und Fachhochschulen auf dem Gebiet der Getriebetechnik lehrenden Professoren und Mitarbeiter zu einer gemeinsamen Arbeitstagung. Neben der Präsentation von Forschungsschwerpunkten und Applikationen stehen - im Gegensatz zu anderen Fachtagungen - auch aktuelle getriebetechnische Ausbildungsschwerpunkte und Lehrinhalte zur Vermittlung der getriebetechnischen Grundlagen im Focus der Diskussionen. Der Beitrag widmet sich daher Fragestellungen zum Vergleich der historischen und aktuellen Lehrinhalte an der TUC, zu den Lehrschwerpunkten in unterschiedlichen Studiengängen, zur Problematik von Bachelor- und Masterlehrveranstaltungen, zur Wichtigkeit grafischer Lösungsverfahren für die heutige Ingenieurausbildung und dem damit verbundenen, Einsatz neuer Lehrmethoden und Softwaretools.

Aufbauend auf den allgemein bekannten Vor- und Nachteilen serieller und paralleler Führungsmechanismen beschreibt der Artikel praktische Anwendungen von parallel strukturierten Führungsmechanismen und die bei ihrer Realisierung und Nutzung gewonnenen Erfahrungen. Die Verwendung von Parallelstrukturen ist kein Selbstzweck, sondern geschieht gezielt zur Nutzung derer positiven Eigenschaften. Im Umkehrschluss wurden die wesentlichen Nachteile paralleler Strukturen von vorn herein bedacht. Die kinematischen und konstruktiven Konzepte wurden derart ausgeführt, dass diese Nachteile nicht negativ in Erscheinung treten.

Im Gegensatz zu konventionellen Maypole-Flechtern weisen Rotorflechtmaschinen nach dem Schnellflechtmaschinen System „Horn“ eine deutlich höhere Flechtgeschwindigkeit sowie eine lageparallele Flechtfadenverlegung auf. Kern der gestellten Aufgabe war es, das Potential des Systems „Horn“ zur Herstellung von Preforms durch Überflechten aus kinematischer und antriebstechnischer Sicht zu erforschen. Die Herausforderung dabei lag in der Technologiesynthese zur Integration eines dritten Fadensystems in ein neues ringförmiges Antriebskonzept mit großer Durchgangsöffnung. Das Design der kinematisch optimalen und lageparallelen Verlegung von drei Flechtfadensystemen erfolgte in einem prozessorientierten Syntheseverfahren. Der Beitrag zeigt die entstandene gewebeartige Bindungsstruktur als Kombination aus Gelege und Geflecht bzw. Gewebe: „D-3F Geflecht“ und den Aufbau des Synthesemodells als Entwicklungsgrundlage des Antriebskonzeptes für die neuartige Rotorflechtmaschine „D-3F“ (Denninger-3Faden).

Motivation für ein modulares Falt-und Spannsystem, Probleme beim Schweißen von metallischen Halbschalen, Entwicklung eines kinematischen Baukasten, Zusammenfassung und Ausblick

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Der Beitrag ist durch Arbeiten im Umfeld der Produktion von KFZ-Tanks aus metallischen Halbschalen motiviert. Neben einem Überblick über die vielfältigen Bauformen und Einbauten in einem Tank werden die Vorteile hinsichtlich maximaler Raumausnutzung und Leichtbau benannt, sowie die technische Relevanz bei Hybridfahrzeugen aufgezeigt. Hierbei wird ebenfalls auf die Probleme beim Schweißen mit I Stoß derart großer Halbschalen eingegangen. Aus den Nachteilen dieser Bauart wird die gegebene Problemstellung abgeleitet und nach nutzbaren Lösungen gesucht. Im weiteren Verlauf des Beitrags wird auf die Lösungsfindung für das Falt- und Spannsystem eingegangen. Es wird gezeigt aus welchen Teilsystemen das Gesamtsystem besteht und welche technisch realisierbaren Varianten die hohen Anforderungen gewährleisten. Die aktuellen Entwürfe für die einzelnen Teilsysteme werden dargestellt. Abschließend wird auf die Entwicklung eines Baukastens eingegangen. Der Artikel möchte vermitteln, welche Vor- und Nachteile ein modulares System in der Betriebsmittelkonstruktion birgt und an welchen Stellen Wunsch und technische Möglichkeit miteinander kollidieren. Der Beitrag endet mit einem Ausblick auf das weitere Vorgehen im Projekt.

Getaktete, also durch Stillstände unterbrochene Bewegungen sind ein wesentlicher Bestandteil von Verpackungs- und Verarbeitungsprozessen und bestimmen, neben anderen nichtlinearen Bewegungsformen, das kinematische Verhalten entsprechender Maschinen. Sofern keine flexible Antriebscharakteristik gefordert wird und sehr kurze Taktzeiten von maßgeblicher Bedeutung sind, bilden mechanische, also kurvengesteuerte Schrittgetriebe, weiterhin eine optimale und kostengünstige Lösung zur Erzeugung dieser intermittierenden Bewegungen. Im Gegensatz zu Kurvengetrieben mit rückkehrender Bewegung sind für Kurvenschrittgetriebe bisher keine Verfahren zur Bestimmung optimaler kinematischer Grundabmessungen bekannt. Vielmehr stützt man sich auf das Prinzip der „Synthese durch iterative Analyse“, welches aufgrund der Vielzahl von Auslegungsparametern mit teilweisen Abhängigkeiten in den seltensten Fällen für mehrere Kriterien ein optimales Ergebnis liefert. In diesem Beitrag wird eine neue, ganzheitliche Vorgehensweise für den Auslegungsprozess ebener Kurvenschrittgetriebe vorgestellt. Entscheidende Parameter werden unter Verwendung von bekannten und neuen vereinfachten, normierten Kenngrößen analysiert, bewertet und in Form von Auswahldiagrammen bereitgestellt. Diese Diagramme liefern eigenschaftsbezogene Aussagen zu optimalen Parameterkombinationen von Grundabmessungen, mit deren Hilfe der Entwickler schnell und ergebnisorientiert zu einer anwendungsspezifisch optimalen Lösung gelangt. Weiterhin können Parameterbereiche abgeleitet wer-den, welche für alle Zielkriterien zufriedenstellende Ergebnisse liefern. Zusätzliche Getriebe- und Bewe-gungskenngrößen, wie Gängigkeit und Bereiche konstanter Geschwindigkeit werden hierbei berücksichtigt. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Grenzen gängiger Kurvenschrittgetriebe gelegt. Durch die Einführung einer spezifischen geometrischen Kenngröße können Parameterräume nun eindeutig identifiziert und ungültige Lösungen schnell ausgegrenzt werden. Zusätzlich wird im Beitrag auch auf die Auslegung von Sonderbauformen zur Realisierung ungeradzahliger Stationen oder sehr großer Schrittwinkel eingegangen, da diese Sonderlösungen sehr oft durch die Industrie gefordert werden und mechanische Antriebslösungen derzeit kaum bekannt sind.

Das Planungskonzept für Handhabungs- und Montageanlagen in der Praxis und Forschung soll alle Formen der Montageabläufe erklären und analysieren. Wichtige Funktionen der Handhabung und Montage von Bauteile werden in Varianten angeboten. Sie öffnen den Blick für Lösungsmöglichkeiten im Montageprozess. Handhabungstechnische Abläufe können aus Funktionsfolgen zur Beschreibung gemäß der VDI Richtlinie 2860 aufgebaut werden. Die genutzte grafische Darstellung von Funktionen gemäß diese Richtlinie erlaubt es dem Anwender, einen schnellen Überblick als Symbolfolge zu formulieren. Diese Darstellungen sind jedoch lösungsneutral und nicht durch Parametersätze und Schnittstellendefinitionen untersetzt. Die neu entwickelten Elementarfunktion und modularen Symbole erweitern das Planungskonzept entscheidend. Der Vortrag zeigt eine neue und parameterorientierte Methodik unter Anwendung symbolischer Algorithmen zur Beschreibung, Planung und Analyse von Handhabungs- und Montageprozessen. Die neuen Handhabungssymbole erlauben es, Symbolelementen nun parameteruntersetzt zu definieren, Funktionsfolgen über Schnittstelleneigenschaften gezielt aufzubauen und damit deren praktische Anwendung zur Planung und Auslegung von Handhabungs- und Montageeinrichtungen zu optimieren. Die Zielstellungen zur Entwicklung diese Methode waren: Einsatz zur Planung, der Ausgestaltung und dem Vergleich von Baugruppen, Maschinen bis hin zu kompletten Handhabungs- und Montageanlagen, Parameteridentifikation und Optimierung bzgl. physikalisch-technischer Kennwerte, den Taktzeiten, Schnittstellen und Kosten bereits während der Konzeptphasen und Zulieferidentifikation und Eigenleistungsanteil durch eine klare Spezifikation technischer Parameter und Schnittstellenerfordernissen für die Angebotserstellung. Der Einsatz der Handhabungssymbole wird durch Anwendungsbeispiele gezeigt. Darüber hinaus werden erste Eindrücke zur softwareseitigen Umsetzung der Methode angerissen.

The assembly and handling technology guideline VDI 2860 mentions concepts, definitions and symbols in a handling technology. However, in this document there are limitations which make it more difficult to describe and out line a handling flowchart. The method of this study is based on assembling and manufacturing equipment, parameters and functions effecting the handling process, as well as methods used in assembling techniques to establish new concepts. The introduced function symbols are checked by application examples in a virtual assembly line. As the result of this study, necessary parameters are added to the existing elementary and compound functions. Moreover, new function symbols are formed and gathered in new function symbols of handling. The theoretical concept and the final application of these elementary and compound functions can be used for computer-aided planning (CAP) of handling systems.

Modern validation and dimensioning of novel complex mechanisms and drive assemblies is characterized by using high-performing programs such as Multi Body Simulation (MBS) and FEM. Despite their certain functions, these software tools sparely answer for typical synthesis questions like finding the right structural concept of a mechanism regarding its kinematic boundary conditions or optimized link dimensions. In addition the number of universities teaching classical and graphical oriented synthesis methods decreases. As a result of the anticipated loss of knowledge, the main challenge is to provide synthesis methods as novel and additional features in software and simulation applications being easy to operate with. This report shows that new opportunities and areas of development arise from using the domain spanning system simulation software SimulationX for the analysis and synthesis of nonlinear mechanisms. The idea to mathematically combine arbitrary motion demands to complex models in the form of support modules within a unique program interface now allows for a holistic mechanism synthesis with a continuous analysis-synthesis-parameter-adjustment (ASPA). Hence, the user may perform both mechanism analysis and synthesis employing one single program interface (e.g. to identify the ideal mechanism in terms of dynamics during an optimization process).

Einleitung/Motivation, Sensitivitätsanalysen CAD-basiert, Alternative Analysemöglichkeiten, Zwischenergebnis, Ausgangspunkt, Methodische Konstruktion und GPS, Toleranzorientiertes Entwerfen mit CreoTM Parametric, Zusammenfassung

Entwicklung, Konstruktion und Betrieb parallelkinematischer Maschinen verlangen Kenntnisse aus den Disziplinen der Robotik und der Mechanismentechnik. Doch selbst eine vollständige theoretische Durchdringung – die einschlägige mathematische Erfahrung erfordert – sagt nur wenig über die Probleme aus, die bei der Realisierung praktisch tauglicher Lösungen entstehen. Der Konstrukteur besitzt die Schlüsselrolle während der Maschinenentwicklung. Er verfügt zwar über ein grundlegendes Verständnis für Systeme mit einer Bewegungsfreiheit. Der Hintergrund der kinematischen Dimensionierung von Parallelrobotern mit mehreren Bewegungsfreiheiten erschließt sich ihm in aller Regel aber nicht. Ebenso wenig garantiert eine kinematisch optimale Auslegung, dass sich auf ihrer Basis eine den industriellen Anforderungen entsprechende Gestaltung findet. Konkrete Schwierigkeiten bestehen hier z. B. bei der Bestimmung der singulären Stellungen des Roboters oder aber beim Einbezug der Bewegungsbereiche der Gelenke in die Maßsynthese. Beides sind essentielle Voraussetzungen für einen erfolgreichen Einsatz. Als Hilfsmittel sollte der praktisch denkende Konstrukteur in der Ihm vertrauten CAD-Umgebung Werkzeuge an die Hand bekommen, die eine Anwendung der Methoden gestatten, die über seine konventionelle Arbeitsweise weit hinausreichen. Die Mechanismen- bzw. Getriebetechnik zählt seit jeher die Beherrschung und Vermittlung komplexer Zusammenhänge der Bewegungstechnik durch zeichnerische Verfahren zu ihren größten Stärken. Daher unternimmt dieser Artikel den Versuch, Maßsynthese-Verfahren für ebene Parallelstrukturen mit einem dynamischen Geometrie-Programm grafisch zu lösen. Zunächst werden die zu Grunde liegenden theoretischen Zusammenhänge analytisch erläutert, deren Wirkung auf den Betrieb des Parallelroboters aufgezeigt und allgemeine numerische Berechnungsverfahren vorgestellt. Ein Vergleich der Verfahren soll Potential und Grenzen der Vorgehensweise zeigen. Anhand mehrerer praktischer Beispiele parallel aufgebauter Getriebe möchte der Vortrag einige Aspekte des im Hintergrund liegenden Entwicklungsprozesses beleuchten und zeigen, dass die Mechanismentechnik auch der modernen industriellen Praxis originelle Lösungen mit Alleinstellungspotential anzubieten in der Lage ist und ihrer alten Rolle – komplexe Zusammenhänge zu veranschaulichen – nach wie vor gerecht wird.

Neuartige textile Maschinenelemente enthalten in einer gewirkten Grundstruktur verschiedenartige Festkörper. Antriebstechnisch besteht die Aufgabe, diese kontinuierlich und teilungsgenau bei hohen Taktzeiten zuzuführen. Im Rahmen eines AIF-Projektes wurde eine modulare Antriebsbaugruppe für eine Flachraschelmaschine mit Festkörpereintrag entwickelt. Der Beitrag zeigt ausgewählte Entwicklungsschritte und das entstandene modulare Antriebskonzept. Ausgehend von der technologischen Analyse des Wirkvorgangs und dessen technischer Umsetzung in einer Flachraschelmaschine werden die nachfolgenden Entwicklungsschritte beschrieben und die geometrischen und werkstofftechnischen Eigenschaften des Festkörpers technologiebedingt und in Relation zur geforderten Ausbringungsmenge physikalisch untersucht. Die Aufgabenstellung zum Festkörpereintrag wird systematisiert und in Teilfunktionen, wie Bereitstellung, Zuführung oder dem Greifen, zerlegt. Ausgehend von dieser Konzeptstruktur wurden zielgerichtet Bewegungspläne für die kontinuierliche und kollisionsfreie Zuführung der Festkörper unter Beachtung der bekannten Übertragungsfunktionen der maschenbildenden Arbeitsorgane erarbeitet und optimiert. Unter Beachtung der gegebenen Zuordnungen von An- und Abtriebsbewegung bestand die Aufgabe, die Synchronisation der Loch- und Zungennadel mit der neuen Antriebsbaugruppe zum Festkörpereintrag zwangläufig zu kombinieren. Im Entwicklungsprozess wurden verschiedene Lösungskonzepte zur Platzierung des Festkörpers im „Fach“ erarbeitet und durch konstruktiv-methodisches Vorgehen eine Vorzugsvariante ausgewählt. Im Prozess des Bewegungsdesigns wurde die Aufgabe der Synchronisation des Festkörpereintrags mit den Nadelbewegungen der bestehenden Flachraschelmaschine bearbeitet. Ausgehend vom Bewegungsplan wurde eine Übertragungsfunktion generiert und der Mechanismus in einem nachgeschalteten iterativen Prozess so kinematisch angepasst, dass ein kollisionsfreier Festkörpereintrag gelang und wichtige konstruktive Kennwerte zur Dimensionierung des Greifers vorlagen. Schnell wurde auch deutlich, dass ausgehend von der taktabhängigen Anzahl der benötigten Festkörper handelsübliche Vereinzelungsanlagen für die maximal gewünschte Maschenleistung bei minimalem Festkörperabstand derzeit nicht verfügbar sind. Daher bestand die Notwendigkeit auch hierzu neue Lösungsansätze zur Festkörperbereitstellung, z. B. mit siebähnlichen Eigenschaftskriterien, zu entwickeln. Im Vortrag werden das Maschinenkonzept und Bewegungsdesign sowie der Entwurfsprozess zur Entwicklung dieser neuen Antriebsbaugruppe zum Festkörpereintrag präsentiert.

Die Entwicklung neuer Antriebsbaugruppen mit nichtlinearem Übertragungs- und Führungsverhalten, i. A. bezeichnet als ungleichmäßig übersetzende Getriebe oder Mechanismen, setzt ein vertieftes Fachwissen voraus. Die zu erwartenden realen Eigenschaften und haptischen Effekte sind bei alleiniger Nutzung der Methoden zur virtuellen Produktentwicklung, wie z. B. der ehrkörpersimulation (MKS), nicht immer exakt vorhersagbar. Dies gilt insbesondere für handbetätigte Mechanismen oder Maschinen, deren gewünschte Bedieneigenschaften schwer quantifizierbar sind. Zur frühzeitigen Beantwortung grundlegender bedientechnischer Fragestellungen noch während des Konstruktionsprozesses sollten CAD-, MKS- und Berechnungsfeatures mit einfachen Labor und Prüfkonzepten kombiniert werden. Der Entwickler erhält dadurch schnell erste haptische Eindrücke zum Bewegungs- oder Führungsverhalten oder kann erste Rückschlüsse zu erforderlichen Bedienkräften und deren etwaigen Schwankungen ziehen. Im Beitrag werden haptische Simulationskonzepte zur Eigenschaftsbewertung von Übertragungs- und von Führungsgetrieben vorgestellt. Der Konzeptentwurf einer Neuentwicklung - heute sowohl mittels einfacher grafischer Softwaretools oder auch komplexer CAD/MKS-Systeme realisiert - wird zu einem kinetostatisches Minimalmodell vereinfacht und für einen realen haptischen Versuchsaufbau programmiert. Hierfür wurden zur Simulation zwei unterschiedliche Hardwareausführungen konzipiert. Die Modelle der Übertragungsgetriebe werden mit dem System LabVIEW von National Instruments (NI) konfiguriert. Die direkte Anbindung an die Steuerung CompactRIO, welche hinsichtlich der Kosten und Funktionalität den besten Kompromiss bot, gestattet es, beliebige nichtlineare Antriebsfunktionen durch einen Servomotor nachzubilden. Zur Simulation von Führungsbewegungen in einem weitreichenden Arbeitsraum dienen hingegen 2 Hubzylinder. Besonderes Augenmerk wurde hier auf die Regelungsstrategien, insbesondere der einsetzbaren Kraft- und Nachgiebigkeitsregelung sowie des bedienrelevanten Havarieverhaltens dieses Antriebkonzeptes, gelegt. Im Vortrag werden die erwähnten Aspekte und Problemstellungen aufgegriffen, effiziente Lösungsansätze vorgestellt und an Beispielen die haptische Simulation von Antriebssystemen mit nichtlinearem Übertragungs- und Führungsverhalten präsentiert.

Die Entwicklung neuer Antriebsbaugruppen mit nichtlinearem Übertragungs- und Führungsverhalten, i. A. bezeichnet als ungleichmäßig übersetzende Getriebe oder Mechanismen, setzt ein vertieftes Fachwissen voraus. Im Vergleich zu kommerziell angebotenen Mehrkörpersystemen, welche i. d. R. zur kinematischen und dynamischen Baugruppenanalyse dienen, gibt es für den Syntheseprozess im CAD-Umfeld immer noch wenige zugeschnittene Werkzeuge. Dies ist ein wesentlicher Gesichtspunkt, warum heute vor allem bei der Neuentwicklung nichtlinearer Antriebssysteme Mechanismen – trotz bekannter marktwirtschaftlicher Relevanz und energieeffizienten Vorteilen – während der Konzeptentwicklung weniger Beachtung finden. Neben der schwierigeren Maßsynthese zur Bestimmung kinematischer Abmessungen fehlen den Entwicklern auch oft Erfahrungen, welche Startlösungen und Referenzen anwendbar und gültig sind. Sucht man beispielsweise ein einfaches Punktführungsgetriebe, so ist die Kurbelschwinge prädestiniert. Eine einfache Möglichkeit zum Auffinden kinematischer Startlösungen ist durch den Einsatz von Koppelkurvenatlanten gegeben. Die Anwendung digitaler oppelkurvenatlanten, wie in der Software „KOPAK“ implementiert, bietet darüber hinaus Möglichkeiten, um Bauraumbeschränkungen oder Optimierungskriterien frühzeitig im Entwurfsprozess einzubeziehen. Besteht die Forderung, mehrere Ebenen- bzw. Gliedlagen einzuhalten, so können im CAD-Entwicklungsumfeld unter Beachtung der kommerziell angebotenen Funktionalitäten kaum mehr als 3 Lagen vorgegeben werden. Durch interkonnektive Syntheseansätze, d. h. die CAD-Funktionalitäten durch intern programmierte eigene Berechnungsalgorithmen bzw. parametersteuernde Beziehungen oder extern nutzbare mathematische Softwaretools, wie z. B. durch den Einsatz von aufgabenspezifischen Mathcad-Toolboxen oder MS Excel-Routinen (siehe Bild), zu erweitern und den Datenaustausch dann auch parametrisch zu steuern, ergeben sich weitere interessante und neue Möglichkeiten für einen effizienten Konstruktions- und Entwicklungsprozess. Ebenso kann eine solche Strategie zur Entwicklung von Baugruppen für Übertragungsgetriebe, welche im CAD-Umfeld schwierig konstruierbar sind, angewandt werden. So können die Konturen von ebenen oder räumlichen Kurvenkörpern, wie sie beispielsweise in Druck-, Textil- oder Verpackungsmaschinen sowie Handhabungsgeräten und Montageeinrichtungen vorkommen, effizient durch externe Softwaretools, wie z. B. dem an der Professur Montage- und Handhabungstechnik entwickelten Programm „MOCAD“, grafisch interaktiv berechnet und im CAD-Umfeld direkt genutzt werden (siehe Bild). Diese Strategie ist prinzipiell einfacher und praktikabler, als die Berechnungsalgorithmen direkt in der CAD-Umgebung zu implementieren. Im Vortrag werden die erwähnten Aspekte und Problemstellungen aufgegriffen, effiziente Lösungsansätze vorgestellt und an Beispielen zur Entwicklung von Antriebslösungen mit nichtlinearem Bewegungsverhalten umfassend dokumentiert. Insbesondere wird gezeigt, wie in diesem Softwareumfeld strategisch praxisrelevante und CAD-basierte Lösungskonzepte für oftmals auf den ersten Blick sehr theoretisch anmutende Syntheseprobleme auszugestalten sind. Der Focus liegt dabei auf der Nachnutzbarkeit der Methodik für eigene Problemstellungen im Umfeld der virtuellen Produktentwicklung durch CAD-Anwender ohne umfassendes Spezialwissen aus dem Bereich der nichtlinearen Übertragung- und Führungsgetriebe.

Der Beitrag zeigt den Entwurf und die Auslegung eines Fadenlängenausgleichs zur verschleißarmen Handhabung von Flechtmaterialien. Die technologiebedingte oszillierende Verlegebewegung führt zu einer signifkanten Längenänderung des Fadens. Um wechselnde Fadenspannungen zu reduzieren wird diese Längenänderung ausgleichen. Die Aufgabe bestand in der mathematischen Beschreibung der variierenden Fadenläge während der Kettfadenverlegung. Vor allem der räumliche Bewegungsablauf, welcher durch die Krümmungsverhältnisse bestimmt wird und sich bei rotatorisch bewegter Fadenführung auf einer flechttechnologisch bedingten Kugeloberfläche ergibt, spielt dabei eine entscheidende Rolle. Da keine analytisch geschlossene Lösung möglich war, wurde mittels dem Newton‘schen-Näherungsverfahren das Gesamtproblem abgebildet. Vorgestellt werden die erforderlichen Arbeitsschritte zur mathematischen Beschreibung bis hin zu den daraus gewonnenen Ergebnissen, welche die Grundlage zur Entwicklung einer, durch ein ebenes Kurvengetriebe zu erzeugenden, optimalen Übertragungsfunktion bildeten.

Der Beitrag zeigt die Auslegung der definierten Bolzen-Zuführung und deren Integration in das Anlagenkonzept einer Flachraschelmaschine. Zur ressourceneffizienten Fertigung von neuartigen Bolzenketten ist die exakte Synchronisation der Bolzen-Zuführung mit dem Maschenbildungsprozess zwingend erforderlich. Ausgehend von den Randbedingungen des zu entwickelnden Zuführprozesses werden Entwicklungsschritte im CAD- und MKS-Umfeld, Analysemethoden zur antriebstechnischen Konzipierung und Kenngrößen des Bewegungsdesigns kurz beschrieben. Abschließend werden die Anforderungen für eine ressourceneffiziente Fertigung derartiger Bolzenketten definiert, wobei die Umsetzung eines kontinuierlichen Fertigungsprozesses zur signifikanten Erhöhung der Ausbringungsmenge und einer damit verbundenen Wirtschaftlichkeit solcher Anlagenkonzepte im Focus stehen.

Beim Schnellflechten führt die technologiebedingte oszillierende Verlegebewegung des Kettfadens zu einer signifikanten Fadenlängenänderung. Um wechselnde Fa-denspannungen innerhalb eines Verlegezyklus zu reduzieren muss diese Längenänderung ausgeglichen werden. Der Artikel zeigt den Entwurf und die Auslegung eines Fadenlängenausgleichs zur verschleißarmen Verlegung des Kettfadens. Ausgangspunkt der Entwicklungsaufgabe besteht in der exakten mathematischen Beschreibung der variierenden Fadenläge während der Kettfadenverlegung. Die entscheidende Rolle spielt dabei der räumliche Bewegungsablauf, welcher sich bei rotatorisch bewegtem Verlegemechanismus auf einer flechttechnologisch bedingten Kugeloberfläche ergibt. Da keine analytisch geschlossene Lösung möglich war, wurde mittels dem Newton‘schen-Näherungsverfahren das Gesamtproblem abgebildet. Vorgestellt werden die erforderlichen Arbeitsschritte zur mathematischen Beschreibung bis hin zu den daraus gewonnenen Ergebnissen, welche die Grundlage zur Entwicklung einer, durch ein ebenes Kurvengetriebe zu erzeugenden, optimalen Übertragungsfunktion bildeten. Die Wahl des mechanischen Antriebskonzeptes erfolgte aufgrund der konstruktiven Randbedingungen im rotierenden Verlegesystem. Fadenlängenänderungen spielen in nahezu jedem Herzstellungsprozess textiler Flächenelemente eine wichtige Rolle. Für die steigenden Anforderungen an Ausbringungsmenge und Maschinenleistung sind die herkömmlichen, meist passiven Ausgleichsmechanismen dynamisch überfordert. Bei bekannter Ausgleichsfunktion sind je nach Maschinenaufbau für einen aktiven Fadenlängenausgleich unterschiedliche Antriebsvarianten möglich.

In der globalisierten Welt gehören Kreativität und neue Ideen zu den wenigen Möglichkeiten, einen Wettbewerbsvorteil zu erlangen. Die Firma ZIS Industrietechnik ist spezialisiert auf die Endenbearbeitung von Rohren, die ohne die sonst üblichen Verbindungsknoten zu Tragwerken verschweißt werden. Die heutigen Anforderungen im architektonischen Stahlbau erfordern die Realisierung komplexer Konturen, die sowohl die Verschneidungsgeometrie als auch die Schweißnahtvorbereitung berücksichtigen. Die Gerätetechnik und die Technologie des Brennschneidens wurden bei ZIS - mit dem Wissen der Mechanismentechnik - angepasst und ermöglichen Architekten unkonventionelle Gestaltungsformen. ZIS gelingt es, Altes - ungleichförmige übersetzende Getriebe - mit Neuem - der Computertechnik und den Möglichkeiten moderner Fertigungstechnik - zu verbinden. Die langjährige Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Montage- und Handhabungstechnik der TU Chemnitz setzt den Ideengeber ZIS im Rahmen von Forschungsprojekten in die Lage, seine Konzepte auf wissenschaftlicher Basis zu validieren. Neben der Dimensionierung der kinematischen Abmessungen mechanischer Führungsgetriebe betrifft dies vor allem die Simulation einer neuen Bearbeitungsmaschine bereits während des Entwicklungsprozesses. Außerdem profitiert das Unternehmen bis heute von der Betreuung studentischer Arbeiten im eigenen Hause, die schon zu längerer Werkstudententätigkeit oder sogar zur Einstellung in die eigene Konstruktionsabteilung führten. Die Kombination der Spezialkenntnisse der Maschinenentwickler beider Projektpartner helfen dabei, parallel verschiedene Lösungskonzepte im Blick zu behalten.

Agenda des Vortrages: 1. Motivation aus der Textiltechnik, 2. Herausforderung durch neue textile Materialien, 3. Fokussierung der Problemstellung, 4. Ermittlung von Ausgleichskurven im CAD, 5. Zusammenfassung und Ausblick

The guideline VDI 2860 mentions concepts definitions and symbols in a handling technology. However, in this document there are limitations, which makes it more difficult to describe and outline a handling flowchart. The method of this study is based on assembling and manufacturing equipment, parameters and functions effecting the handling process, as well as methods used in assembling techniques to establish new concepts. The introduced functions are tested by some application examples in a virtual assembly line. As the result of his study, necessary parameters are added to the existing elementary and compound functions. Moreover, new functions are formed and gathered in new functions symbols for handling. The theoretical concept and the final application of these elementary and compound functions can be used for computer-aided planning (CAP) of handling systems.

Diese CD enthält die während des 6. Anwendertreffens am 01.04.2014 präsentierten Vorträge zu unterschiedlichen Themenstellungen aus den Bereichen CAD, Simulation und Berechnung. Von Experten aus Wirtschaft und Wissenschaft wurden neben Hinweisen zu neuen Simulationsfeatures auch Einblicke und Anregungen für eine effiziente Bauteilberechnung gegeben, die Simulation komplexer Anlagen gezeigt und ingenieurtechnisch – mathematische Lösungsansätze erörtert. Themenstellungen des Anwendertreffens waren: CAD-Einsatz in Konstruktion und Entwicklung, Simulation, Berechnung und Optimierung mit Mathcad, FEM – Simulation, Effiziente Konstruktions- und Optimierungsstrategien, Kinematische und dynamische Simulation, Konstruktionsbegleitende Visualisierungen und Animationen, Virtual Reality Engineering & Digitale Mock Up, Tipps und Tricks – Anwender helfen Anwendern

Bei der Konzipierung moderner Antriebssysteme ist es erforderlich, das dynamische Zusammenspiel aller beteiligten Komponenten ganzheitlich zu betrachten. Ganzheitlich bedeutet für ein Antriebssystem, dass der Projektingenieur dieses von der Last über den mechanischen Antrieb, die Antriebsmotoren bis hin zu den Komponenten der Steuerungs- und Regelungstechnik in einer Arbeitsumgebung modellieren und berechnen können muss. An der TU Chemnitz wurde die Auslegung der Seilmechanismen eines Kippmastseilkrans samt Laufkatze mithilfe der Simulationssoftware SimulationX durchgeführt.

Diese CD enthält die während des 5. Anwendertreffens am 23.04.2013 präsentierten Vorträge zu unterschiedlichen Themenstellungen aus den Bereichen CAD, Simulation und Berechnung sowie die Beiträge des Mathcad Workshops vom 22.04.2013. Von Experten aus Wirtschaft und Wissenschaft wurden neben Hinweisen zu neuen Simulationsfeatures auch Einblicke und Anregungen für eine effiziente Bauteilberechnung gegeben, die Simulation komplexer Anlagen gezeigt und ingenieurtechnisch – mathematische Lösungsansätze erörtert. Themenstellungen des Anwendertreffens waren: CAD-Einsatz in Konstruktion und Entwicklung, Simulation, Berechnung und Optimierung mit Mathcad, FEM – Simulation, Effiziente Konstruktions- und Optimierungsstrategien, Kinematische und dynamische Simulation, Konstruktionsbegleitende Visualisierungen und Animationen, Virtual Reality Engineering & Digitale Mock Up, Tipps und Tricks – Anwender helfen Anwendern

The paper deals with a low-cost robot link concept. By simplifying common means for the development of parallel kinematic machines, a means to optimize the dimensioning, regarding link stiffness, is found. To underline the utility of the design concept, called rigid hexapod, a way for geometric adjustment of the lightweight structure is presented.

Der Beitrag zeigt den Entwurf und die Auslegung eines Fadenlängenausgleichs zur verschleißarmen Handhabung von Flechtmaterialien bei bekannten kinematisch-technologischen Bedingungen. Zur Reduktion von Fadenspannungen wird die oszillierende Verlegebewegung ausgleichen. Die Aufgabe bestand in der mathematischen Beschreibung der variierenden Fadenläge während der Kettfadenverlegung. Vor allem die räumlichen Bewegungsabläufe, welche durch die Krümmungsverhältnisse bestimmt sind und sich bei rotatorisch bewegter Fadenführung auf einer flechttechnologisch bedingten Kugeloberfläche ergeben, spielen dabei eine entscheidende Rolle. Da keine analytisch geschlossene Lösung möglich war, wurde mittels dem Newton'schen-Näherungsverfahren das Gesamtproblem abgebildet. Der Beitrag zeigt die erforderlichen Auslegungs- und Arbeitsschritte bis hin zu den daraus gewonnenen Ergebnissen, welche die Grundlage zur Entwicklung einer, durch ein ebenes Kurvengetriebe zu erzeugenden, optimalen Übertragungsfunktion bildeten.

Für die Planung und Auslegung eines Versuchsstandes zur Untersuchung einer Beschichtungsanlage für Kohlenstofffaserrovings kann im Vorfeld keine Aussage über den Einfluss von Konstruktionsparametern getroffen werden. Um einen erfolgreichen Erstentwurf für einen Versuchsstand abzusichern, sollen mit Hilfe von Parameterstudien an Simulationsmodellen qualitative Aussagen gewonnen werden. Das dafür notwendige Simulationsmodell, welches das konstruktive Grundkonzept des Versuchsstandes widerspiegelt, wurde unter Nutzung der Software SimulationX erstellt. Der Kohlenstofffaserroving wird im Modell als ideal kreisrunder Faden (vereinfachte Feder) abgebildet. Mittels Parameterstudien können anhand von Faden-längsgeschwindigkeit, Durchmesser und Positionierung der Umlenkrollen die Auswirkungen auf die resultierende Fadenkraft ermittelt werden. Auch wenn bei diesen Voruntersuchungen verschiedene Eingangsparameter, wie beispielsweise die Reibung oder Dämpfung, noch nicht berücksichtigt werden, erlauben die Ergebnisse eine tendenzielle Konzeptbewertung. Der Versuch selbst wird später genauere Rückschlüsse zum Einfluss der genannten Parameter geben, so dass diese zur Verifizierung der Simulation herangezogen werden.

1. Einleitung, 2. Analyse des bestehenden Anlagenkonzeptes, 3. Modellaufbau, 4. Randbedingungen für die Mechanismensynthese, 5. Zusammenfassung und Ausblick

Ausgleichsmechanismen mit Federn werden sehr oft zur Reduzierung von Bedienkräften genutzt. Bekannte Beispiele sind im Umfeld der Möbelindustrie bei der Betätigung von Schranktüren, Sesseln oder Tischen zu finden. Ebenso kann ein Kraftausgleich durch Federn auch zur Kompensation statischer Kräften aus parasitären Steifigkeiten auf einfache Weise dienen. Um eine passende und i. d. R. nichtlineare Ausgleichskraft zu generieren, ist es erforderlich, die im Allgemeinen linear mit dem Federweg ansteigende Federkraft in einen zur Kompensation erforderlichen Kraft- bzw. Drehmomentverlauf umzuwandeln. Dies ist z. B. durch Getriebe mit nichtlinearer Charakteristik möglich. Jedoch sind die Anpassungsmöglichkeiten bei Verwendung einfacher Koppelgetriebe begrenzt. Ausgehend von der Darstellung der klassischen Synthese für ein Feder-Bandgetriebe nach HAIN wird in diesem Beitrag ein einfaches Bandgetriebe der Struktur DB~SD zum vollständigen Kraftausgleich beschrieben. Im Gegensatz zum zeichnerisch geprägten Lösungsansatz für Bandgetriebe mit Federn nach HAIN, das von Anbeginn die Getriebestruktur in den Syntheseprozess einbezieht, wird bei der nun vorgestellten Synthese zunächst eine Übertragungsfunktion in Abhängigkeit der Federparameter durch einen speziellen Optimierungsansatz bestimmt. Im Anschluss erfolgt für eine ausgewählte Bandgetriebestruktur die Maßsynthese der gesuchten und stetig konvex gekrümmten Bandkurvenscheibe. Die zur Generierung der Bandkurvenkontur erforderliche Evolvente wird unter Einbeziehung der Momentanpollagen neu hergeleitet. Zur Anwendung dieser Methodik im Umfeld der antriebstechnischen Systemsimulation wurden die neu geschaffenen Funktionen in die Software SimulationX integriert. Abschließend wird für eine Oberschranktür die Funktionsweise des Gewichtskraftausgleichs beispielhaft berechnet und experimentell verifiziert.

Die realitätsnahe Simulation von ebenen Riemen-, Seil-, Ketten- und Bandgetrieben erfordert für den Einsatz in modernen Antriebssystemen eine ganzheitliche Betrachtung aller beteiligten Komponenten und deren dynamisches Zusammenspiel. Ganzheitlich bedeutet für ein Antriebssystem, dass der Projektingenieur dieses vom mechanischen Triebstrang über die Antriebsmotoren bis hin zu den Komponenten der Steuerungs- und Regelungstechnik in einer Arbeitsumgebung modellieren und berechnen kann. Hierbei stehen oftmals Struktur- und Parameteroptimierung gleichermaßen im Vordergrund.

Der Beitrag beschäftigt sich mit der Gestaltung justierbarer Getriebeglieder zur Kompensation von Fertigungstoleranzen. Dafür sind feine Stellbewegungen in allen Raumrichtungen und um alle Raumachsen erforderlich. Die Forderungen lassen die Verwendung eines Hexapoden sinnvoll erscheinen, um das zuvor starre Bauteil einstellbar und dennoch steif zu gestalten. Bekannte Methoden zur Auslegung parallelkinematischer Maschinen werden gezielt vereinfacht und für die Optimierung der Getriebeabmessungen genutzt. Das Vorgehen wird anhand eines seriellen, sphärisch wirkenden Roboterhandgelenks demonstriert. Durch Kombination von Messung und Berechnung entsteht eine einfache Möglichkeit, dessen Gelenkachsen zueinander zu justieren, d. h. sie in einem Punkt zum Schnitt zu bringen.

In nonlinear transmission gears discontinuously moving masses are interfering forces on joints, parts and vibrations on mecanism, which leads to vibration forces and torques on the chassis frame. Oscillating mass forces increase quadratic with the operating speed and limits the maximum speed of an machine decisive. One solution of the problem is the well-known method of mass balance to avoid vibrations with an extra mass or masses which is moving on contrary direction. By experience higher performance and efficiency on machines demands more maximum speeds of mechanisms and thus forces vibration problems. This article explains the method of mass balance on an simple planar slider-crank mechanism.

This article introduces the historical foundation and the development of the Chemnitz University of Technology, the Professorship of Assembly and Handling Technology (MHT) and the main research. Modern tools for integral system simulation are used to teach and research. MOCAD is the specialized design cam and it is written by MHT. It provides a tool for graphical and interactive calculation, and optimization of cam mechanisms. It is to be used to apply the calculation of plane and spatial cam mechanisms, based on motion design settings. The next part, the main research, developed by the presentation of current research and projects from the new non-linear drive systems. Software is used to simulate the complex non-linear drive systems. The first project example is about kinematic designs of new highly dynamic drive assemblies for knitting and braiding machines. For these kinds of machines a new drive concept was developed, which replaced a usual massive guiding ring for the thread lever. The second project example is linkages and band mechanisms with nonlinear gear ratios designs and analysis in a total system network. The application of band mechanisms offers a wide range of possibilities in designing concepts of modern guide mechanisms.

Erarbeitung technologischer Grundlagen der Maschenbildung, Erfassung des mechanischen Antriebsschemas als 3D-Motionskelett in Creo 2.0, Simulation und Analyse des Skelettmodells, Ableiten von Randbedingungen, Iterativer Synthese- und Analyseprozess

Gestaltung optimaler Bewegungsfunktionen mit externer Software und Einbindung in CREO mittels Graph-Entities, Automatisierte Berechnung von Kurvenkonturen über parametrisierte Gleichungen in CREO und Aufbau eines Motion-Skeletts zur kinematischen und dynamischen Analyse, Optimierung der kinematischen Hauptabmessungen unter Berücksichtigung dynamischer Kenngrößen. Ergebnis ist ein ganzheitliches Simulationsmodell eines optimalen ebenen Kurvengetriebes

Die CD enthält die während des 4. Anwendertreffens am 17.04.2012 präsentierten Vorträge zu unterschiedlichen Themenstellungen aus den Bereichen CAD, Simulation und Berechnung sowie die Beiträge des Mathcad Workshops vom 16.04.2012. Von Experten aus Wirtschaft und Wissenschaft wurden neben Hinweisen zu neuen Simulationsfeatures auch Einblicke und Anregungen für eine effiziente Bauteilberechnung gegeben, die Simulation komplexer Anlagen gezeigt und ingenieurtechnisch – mathematische Lösungsansätze erörtert. Themenstellungen des Anwendertreffens waren: CAD-Einsatz in Konstruktion und Entwicklung, Simulation, Berechnung und Optimierung mit Mathcad, FEM – Simulation (Mechanica), Effiziente Konstruktions- und Optimierungsstrategien, Kinematische und dynamische Simulation, Konstruktionsbegleitende Visualisierungen und Animationen, Virtual Reality Engineering & Digitale Mock Up, Tipps und Tricks – Anwender helfen Anwendern

Mechanische Antriebslösungen werden auch heute noch zur Erzeugung von schnellen, peri-odisch wiederkehrenden oder schrittweise fortschreitenden Bewegungen angewendet. Gegenüber den oft hohen Flexibilitätsforderungen während der Maschinenentwicklung, weisen viele Maschinenbewegungen im Endprodukt - also nach der Inbetriebnahme - oftmals nur noch eine geringe bzw. gestufte (variantenabhängige) Bewegungsflexibilität auf. Interessant ist daher, welche Aufwendungen für eine parallele Auslegung von sowohl Servoachsen als auch Kurvengetrieben notwendig sind und ob sich eine zweigleisige Entwicklungsstrategie, für Projekt- und Betriebsphase, lohnt. Der Bericht zeigt eine grafisch interaktive Methode zur schnellen und effizienten Gestaltung von Bewegungsfunktionen für beliebige Antriebssysteme. Dabei wird ausgehend vom klassi-schen Ansatz der Bewegungsgestaltung vor allem die freie Interaktion zur Manipulation von Funktionsstützpunkten in den Vordergrund gerückt. Als grafisches Werkzeug dient hierzu die Software MOCAD (MOtion and CAm Design). Der Anwender wird durch effiziente Entwurfswerkzeuge, wie z. B. der Definition von Toleranzbändern für Grenzwertanalysen oder Vergleichsdarstellungen von berechneten Parameterstudien, unterstützt. Zum Vergleich von Kurvengetrieben und Motion-Control-Systemen erfolgt sowohl die Ausgabe der Geometrie- und Fertigungsdaten für ebene und räumliche Kurvenkörper als auch die Datenübergabe in Form einer elektronischen Kurvenscheibe an angeschlossene Servoantriebe oder zur Weiterverarbeitung in MKS-Systemen.

Contents: Introducing MOCAD - A software overview, Example I: Design of a plane indexing cam mechanism with an internal cam disk, Example II: Generation of envelope curves for a spatial cam mechanisms with 200° index-angle, Conclusion / Perspective

Zur Erzeugung schneller, periodisch wiederkehrender oder schrittweise fortschreitender Bewegungen werden heute je nach Anwendung sowohl Kurvengetriebe als auch Servoachsen genutzt. Werden hohe Anforderungen an die Flexibilität und Adaptierbarkeit der Bewegungserzeugung gestellt, rückt der Einsatz mechanischer Antriebssysteme klar in den Hintergrund. In vielen Fällen sind aber hohe Flexibilitätsforderungen oftmals nur während der Maschinenentwicklung zwingend erforderlich, um im Prozess der Maschinenentwicklung schnell auf mögliche Änderungen hinsichtlich der Produktgestaltung bzw. veränderter technologischer Kenngrößen zu reagieren. Ein Lösungsvorschlag ist das grafisch-interaktive Bewegungsdesign. Es dient zur schnellen und effizienten Gestaltung von beliebigen Bewegungsfunktionen für rein elektrische, rein mechanische oder auch hybride Antriebssysteme. Dabei wird, ausgehend vom klassischen Ansatz der Bewegungsgestaltung, vor allem die freie Interaktion zur Manipulation von Funktionsstützpunkten in den Vordergrund gerückt. Als effizientes Werkzeug dient hierzu die an der Professur Montage- und Handhabungstechnik in den letzten Jahren entwickelte Software MOCAD (MOtion and CAm Design).

The application of band mechanisms offers a wide range of possibilities in designing concepts of modern guide mechanisms. The applied belt pulleys are designed as continuous convex cam disks and allow the application of different transmission functions. A large number of transmission functions can be generated with convex curve shapes. It takes a great deal of effort to determine the correct pulley curve and is difficult for engineers without special knowledge to calculate. The syntheses process of a nonlinear band mechanism is based on the relationships between the evolute and evolvente. The evolute corresponds to the pulley curve and the evolvente corresponds, for example, to the curve of the fix point of a rocker arm. By applying this method in relation with the reverse kinematics and the maintenance of total band length, allowing to generate band mechanism with required curve of transmission ratio. Beside the comments of band mechanism construction and the mathematical method of resolution - the first part of the article explains a simple four bar mechanism of couch chest the total gravity force balance with band mechanism. Therefore, the essential computing steps and limits of the solving process will be explained. With this it is possible to calculate the nonlinear transmission ratio of band mechanism with consideration of elastic band properties and inertia of bodies.

Contents: Round braiding, Analysis of the existing mechanism principle, Integrated mechanism dimensioning with MCAD strategies, Virtual model of the fastbraiding system, Conclusion

Der Aufsatz beschreibt eine an die Möglichkeiten des Konstrukteurs angepasste Vorgehensweise zur Auswahl, Bewertung und Optimierung parallelkinematischer Maschinen (PKM) mit einem Freiheitsgrad < 6. Es wird gezeigt und am Beispiel demonstriert, wie unter Nutzung typischer Softwarewerkzeuge, so der Systeme Pro/ENGINEER bzw. Creo und Mathcad von PTC, eine effiziente Auslegung erfolgen kann.

Rundflechten nach dem System Horn, Analyse des bestehenden Maschinenprinzips, Ganzheitliche Getriebeauslegung mit MCAD-Strategien, Virtuelles Modell des Antriebskonzeptes, Zusammenfassung und Ausblick

Die realitätsnahe Simulation ebener Riemen-, Seil- oder Bandgetrieben für moderne Antriebssysteme erfordert eine ganzheitliche Betrachtung aller beteiligten Komponenten und deren dynamisches Zusammenspiel. Neben den allgemein bekannten Getriebeaufbauten, gekennzeichnet durch lediglich zwei im Gestell gelagerte Scheiben, welche durch einen Endlosriemen gekoppelt sind, kann ein Zugmittel auch über Unrundscheiben, lose Rollen oder sogar Glieder von Koppelgetrieben geführt werden. Diese Glieder können hinsichtlich ihrer Bewegung sowohl einem linearen als auch einem nichtlinearen Übertragungsverhalten folgen. Der Beitrag zeigt den Einsatz neu entwickelter Getriebebibliotheken zur Simulation von ebenen Riemen- und Koppelgetriebestrukturen innerhalb einer Simulationsumgebung. Durch die Definition exakter Schnittstellen sind diese zweidimensionalen Bibliothekselemente beliebig mit bereits vorhandenen Bibliothekselementen weiterer Domänen, wie z. B. antriebs- und regelungstechnischen Komponenten, verknüpfbar.

In diesem Beitrag soll auf der Basis der VDI-Richtlinie 2142 Blatt 1 eine Aufarbeitung der Grundlagen zur Auslegung ebener Kurvengetriebe erfolgen. Dabei werden aus heutiger Sicht Verfahren zur Ermittlung der kinematischen Abmessungen auf ihre Eignung untersucht und bewertet sowie Kriterien zur effektiven Auslegung vorgeschlagen.

Dieser Beitrag beschreibt eine an die Möglichkeiten des Konstrukteurs angepasste Vorgehensweise zur Bewertung und Optimierung einer parallelkinematischen Führungsmaschine mit einem Freiheitsgrad von 5. Die effiziente Auslegung erfolgte unter Nutzung der Systeme Pro/ENGINEER bzw. Creo und Mathcad von PTC.

Der Beitrag befasst sich mit der Simulation und Analyse eines ausgewählten räumlichen Kurvengetriebes. Um Start- und Randwerte für die Anwendung von Simulations- und Analysetechniken zu erhalten, wurde mit der analytischen Beschreibung des marktüblichen Antriebskonzeptes zur Kettfadenverlegung einer Hebelflechtmaschine begonnen. Die so ermittelten Daten wurden in Verbindung mit dem vorhandenen CAD-Modell simulationsfähig erweitert. Das aufgebaute Modell diente der Verifikation und Visualisierung der analytischen Beschreibung. Weiterführende Analysen am beschriebenen Antriebskonzept wurden in der MKS-Umgebung von Creo/Mechanismus sowie RecurDyn durchgeführt. Es erfolgte ein ausführlicher Test der gewählten Simulationswerkzeuge und der jeweiligen Features. Die gewonnenen Ergebnisse und Erfahrungen im Umgang mit diesen Werkzeugen wurden abschließend anwenderorientiert bewertet.

Bei der Entwicklung neuer Antriebssysteme ist es erforderlich, das Zusammenspiel aller beteiligten Komponenten ganzheitlich zu betrachten. Hierbei bedeutet ein ganzheitlicher Ansatz, dass der mechanische Triebstrang über die Antriebsmotoren bis hin zu den Komponenten der Steuerungs- und Regelungstechnik in einer Arbeitsumgebung modellier- und berechenbar ist. Dabei stehen oftmals Struktur- und Parameteroptimierung gleichermaßen im Vordergrund. Der Beitrag zeigt hierzu neben CAD/MKS Konzepten auch die Entwicklung von neuen 2D-Bibliothekselementen zur Simulation von ebenen Koppel- und Bandgetriebestrukturen, welche in eine bereits vorhandene Simulationsumgebung eingebunden wurde. Durch die Definition exakter Schnittstellen sind diese neuen 2D-Bibliothekselemente beliebig mit bereits vor-handenen 1D-Bibliothekselementen, wie z.B. antriebs- und regelungstechnischen Kompo-nenten, verknüpfbar. Anhand ausgewählter Beispiele werden nicht nur die Anbindungsmöglichkeiten zur Antriebs- und Regelungstechnik aufgezeigt, sondern auch die Leistungsumfänge der neuen Koppel- und Bandgetriebeelemente demonstriert.

Kinematischer Entwurf und optimale Auslegung neuer hochdynamischer Antriebsbaugruppen für Wirk- und Flechtmaschinen von ebenen Koppel- und Bandgetriebestrukturen, welche in eine bereits vorhandene Simulationsumgebung eingebunden wurde. Durch die Definition exakter Schnittstellen sind diese neuen 2D-Bibliothekselemente beliebig mit bereits vor-handenen 1D-Bibliothekselementen, wie z. B. antriebs- und regelungstechnischen Kompo-nenten, verknüpfbar. Anhand ausgewählter Beispiele werden nicht nur die Anbindungsmöglichkeiten zur Antriebs- und Regelungstechnik aufgezeigt, sondern auch die Leistungsumfänge der neuen Koppel- und Bandgetriebeelemente demonstriert.

In nonlinear transmission gears discontinuously moving masses are interfering forces on joints, parts and vibrations on mecanism, which leads to vibration forces and torques on the chassis frame. Oscillating mass forces increase quadratic with the operating speed and limits the maximum speed of an machine decisive. One solution of the problem is the well-known method of mass balance to avoid vibrations with an extra mass or masses which is moving on contrary direction. By experience higher performance and efficiency on machines demands more maximum speeds of mechanisms and thus forces vibration problems. This article explains the method of mass balance on an simple planar slider-crank mechanism.

Inhalt: Antriebskonzept der Hebelflechtmaschine, Analytische Beschreibung des räumlichen Nutkurvengetriebes zur Kettfadenverlegung, Simulationen, Zusammenfassung und Ausblick

Zur Erzeugung beliebiger oder auch getakteter Bewegungen werden heute im Industrieumfeld sowohl Kurven- und Kurvenschrittgetriebe (z. B. in Takt- und Transferstraßen, Rundschalt-tischen usw.) als auch Servoachsen (Motion-Control-Systeme) genutzt. Betrachtet man beispielhaft Taktstraßen genauer, so sind Flexibilitätsanforderungen insbesondere während der Anlagenentwicklung erforderlich. Für das Endprodukt sind aber u. U. Bewegungsfrei-heiten kaum noch relevant. In solchen Fällen sind verbaute HighEnd-Antriebe dann marktwirtschaftliche Kostentreiber und ggf. auch wartungstechnische Schwachstellen. Dem Praktiker - insbesondere im KMU-Umfeld - fehlen aber oft effiziente Werkzeuge, um schnelle und vergleichende Auslegung von Servoachsen und Kurvengetrieben durchzuführen.

Diese CD enthält die während des 3. Anwendertreffens am 19.04.2011 präsentierten Vorträge zu unterschiedlichen Themenstellungen aus den Bereichen CAD, Simulation und Berechnung sowie die Beiträge des Mathcad Workshops vom 18.04.2011. Von Experten aus Wirtschaft und Wissenschaft wurden neben Hinweisen zu neuen Simulationsfeatures auch Einblicke und Anregungen für eine effiziente Bauteilberechnung gegeben, die Simulation komplexer Anlagen gezeigt und ingenieurtechnisch – mathematische Lösungsansätze erörtert. Themenstellungen des Anwendertreffens waren:CAD-Einsatz in Konstruktion und Entwicklung, Simulation, Berechnung und Optimierung mit Mathcad, FEM – Simulation (Mechanica), Effiziente Konstruktions- und Optimierungsstrategien, Kinematische und dynamische Simulation, Konstruktionsbegleitende Visualisierungen und Animationen, Virtual Reality Engineering & Digitale Mock Up, Tipps und Tricks – Anwender helfen Anwendern

Das getriebetechnische Kolloquium findet seit 1995 im zweijährigen Turnus statt. Seither treffen sich Hoch- und Fachschullehrer, Mitarbeiter und in den letzten Jahren auch ausgewiesene Fachleute der Industrie, um sich im kleineren Kreis näher kennenzulernen und sich in einer kreativen Arbeitsatmosphäre über aktuelle und zukünftige Lehr- und Forschungs-aufgaben auszutauschen. So ist es uns in diesem Jahr eine besondere Freude, dass nach Dresden (1995 & 2001), Warnemünde (1997), München (1999), Hannover (2003), Aachen (2005 & 2009) und Siegen (2007) nun erstmalig auch Chemnitz, welches auf eine fast 60ig-jährige getriebetechnische Historie zurückblicken kann, als Veranstaltungsort in Erscheinung tritt. Das besondere Interesse beim diesjährigen Kolloquium gilt einerseits den aktuellen und zukünftigen Lehrinhalte im Themengebiet der ungleichmäßig übersetzenden Getriebe und wie sich diese nach der fast vollständigen Umstellung der deutschen Studiengänge auf das zweigliedrige Bachelor- und Masterstudium darstellen. Andererseits darf man ebenso auf die neuen Erkenntnisse der F&E-Aktivitäten der einzelnen Institute und Professuren gespannt sein, wobei heute neben mechatronischen auch verstärkt werkstofftechnisch oder bionisch geprägte Applikationen im Focus stehen und viele Neuentwicklungen ohne ganzheitliche Betrachtungsweisen bzw. den Einsatz komplexer MKS und FEM Simulationen kaum effizient ausgestaltbar wären. Vor diesem Hintergrund sind auch die Erfordernisse der Industrie zu beachten, welche weiterhin einen großen Bedarf an Ingenieuren und Spezialisten mit umfassenden getriebetechnischen Kenntnissen hat. Der Erfahrungsaustausch mit Praktikern zur Ausrichtung unserer Lehre und Forschung ist daher unabdingbar, so dass wir sie auch verstärkt in unsere Diskussionen mit einbeziehen wollen.

In der globalisierten Welt gehören Kreativität und neue Ideen zu den wenigen Möglichkeiten, einen Wettbewerbsvorteil zu erlangen. In einem Fachgebiet- wie im vorliegenden Fall der Mechanismentechnik das zumindest in Teilen als nicht mehr zeitgemäß erachtet wird und dessen spezifisches Wissen Gefahr läuft, vergessen zu werden, bieten sich denjenigen, die noch über diese Kenntnisse verfügen, reiche Betätigungsfelder. Wenn es gelingt, Altes- ungleichförmige übersetzende Getriebe- mit Neuem - der Computertechnik und den Möglichkeiten moderner Fertigungstechnik - zu verbinden, kann Alleinstellung entstehen. Besonders für kleine Unternehmen mit geringer Markt- und Vertriebsmacht öffnen sich Nischen, in denen sich, relativ unbehelligt von den Branchengrößen, technische Lösungen entwickeln und vermarkten lassen.

Bei der Konzipierung moderner Antriebssysteme bietet der Einsatz von Band-Mechanismen ein breites Anwendungsgebiet. Seil-, Band-, und Zahnriemengetriebe sind in zahlreichen Mechanismen des Maschinenbaus, Schiffbaus, Fahrzeugbaus, der Forstwirtschaft und in der Fitnesgeräteindustie zu finden. Der Beitrag zeigt die Anwendung der neuen 2D-Mechanics-Bibliothekselemente zur Simulation von ebenen mechanischen Bandgetriebestrukturen mit kreisrunden und variablen Riemenscheibengeometrien. Die Bibliothekselemente werden vorgestellt und ihre Anwendung am Beispiel einer Kranstuktur und DBDD-Struktur (Drehen Band Drehen Drehen) mit konvex gekrümmter Scheibenkontur demonstriert. The application of band mechanisms offers a wide range of possibilities for modern drive systems. The field of application is the vehicle construction, shipbuilding industry, forestry and fitness exercise machine industry. This article shows the application of the new 2D-Mechanics library for simulation of planar band mechanism with circular and variable pulleys. The new element library will be presented on the application of crane structure and a DBDD structure with variable drum curve.

Was haben eine Seemöve und eine Dampfmaschine gemeinsam? Gut, man könnte sagen, beiden geht selten die Luft aus. Aber aus der Sicht eines Maschinenbauingenieurs gibt es noch viel mehr: Die komplizierten Bewegungen der Flügel oder Kolben lassen sich als vierstufige Getriebe beschreiben. Und die Natur liefert häufig pfiffige Ideen für leichte aber trotzdem belastbare Getriebelösungen für komplizierte Mechanismen im Maschinenbau. Prof. Maik Berger, Inhaber der Professur Montage- und Handhabungstechnik zeigt, wie man Gesetzmäßigkeiten von Getrieben verstehen und dieses Wissen in Konstruktionen anwenden kann.

Getriebetechnik im Alltag - oder wann und wo nutzen wir in unserem Tagesablauf eigentlich noch mechanische Baugruppen? Oftmals ist uns dabei gar nicht bewusst, dass in dem ein oder anderen Gerät auch ein Getriebe steckt. Durch viele Beispiele und Modelle - sowohl reale als auch virtuelle - werden Kinder und Eltern erfahren, wo ihnen Getriebe im Alltag begegnen und wie sie funktionieren. Ebenso spannend dürfte sein, mit welchem heutigen Getriebe bereits das chinesische Heer vor mehr als 2000 Jahren den richtigen Weg fand oder was eine künstliche Seemöve und eine Dampfmaschine wohl so gemeinsam haben? Zwar geht beiden selten die Luft aus, aber aus der Sicht des Getriebetechnikers können die komplizierten Bewegungen der Flügel oder des Kolbens durch einfache viergliedrige Getriebe erzeugt werden. Und am Ende des Tages in unserer Freizeit nutzen wir Getriebe in vielen Spiel - und Sportgeräten auch ganz aktiv. Prof. Maik Berger, Inhaber der Professur Montage- und Handhabungstechnik, zeigt in verständlicher Weise, wie man Gesetzmäßigkeiten von Getrieben verstehen und dieses Wissen auch anwenden kann.

The in present developed linkage library gives the opportunity to simulate planar linkages in connection with controlled drive systems. The aspected linkages in this article consists of rigid bodies coupled with swivel and sliding joints. In subject to the known regulations of VDI 2729 linkage systems can be described with basic elements such as drives and double-links with swivel and sliding joints. Due to these basic library elements complex linkage structures can simple assembled and simulated in network with other domains like drive systems, hydraulics, pneumatics or control systems.

Diese CD enthält die während des 2. Anwendertreffens am 27.04.2010 präsentierten Vorträge zu unterschiedlichen Themenstellungen aus den Bereichen CAD, Simulation und Berechnung sowie die Beiträge des 1. Mathcad Workshops vom 26.04.2010. Von Experten aus Wirtschaft und Wissenschaft wurden neben Hinweisen zu neuen Simulationsfeatures auch Einblicke und Anregungen für eine effiziente Bauteilberechnung gegeben, die Simulation komplexer Anlagen gezeigt und ingenieurtechnisch – mathematische Lösungsansätze erörtert. Themenstellungen des Anwendertreffens waren: CAD-Einsatz in Konstruktion und Entwicklung, Simulation, Berechnung und Optimierung mit Mathcad, FEM – Simulation (Mechanica), Effiziente Konstruktions- und Optimierungsstrategien, Kinematische und dynamische Simulation, Konstruktionsbegleitende Visualisierungen und Animationen, Virtual Reality Engineering & Digitale Mock Up, Tipps und Tricks – Anwender helfen Anwendern

Die Lehrinhalte zur Berechnung und Auslegung ungleichmäßig übersetzender Getriebe, welche früher wesentlich umfassender die Grundlagenausbildung der Ingenieure prägten, werden heute an den Universitäten und Fachhochschulen in Deutschland nur noch vereinzelt und im Wesentlichen auch nur als Wahlfächer im Maschinenbaustudium angeboten. So haben auch die geometrischen Grundlagen und Auslegungsverfahren der Lagensynthese, beeinflusst durch die rasanten Entwicklungen auf dem Gebiet der Servoantriebstechnik, heute ihre ingenieurtechnische Wichtigkeit augenscheinlich verloren und fallen daher verstärkt attraktiveren Lehrinhalten zum Opfer. Da der Industriebedarf an Konstrukteuren mit einem soliden mechanischen und antriebstechnischen Grundlagenwissen, insbesondere zur Erzeugung nichtlinearer Bewegungen, wohl auch in den nächsten Jahren ungebrochen anhalten wird, ist es einerseits eine grundlegende Herausforderung der verantwortlichen Hochschullehrer, den jetzigen Umfang der Ausbildung in diesen Lehrdisziplinen zu erhalten, zumal der Wert des Faches nicht nur an dessen objektbezogenen Inhalten zu messen ist. Vielmehr trainiert es wie kein anderes Fach das räumlich-geometrische Vorstellungsvermögen und prägt, basierend auf den Vorkenntnissen der Mechanik und Maschinenelemente, viele für das systematische Konstruieren notwendige Denkweisen. Andererseits erscheint es sehr sinnvoll, bedingt durch die erwähnten und zu erwartenden Kenntnislücken junger Konstrukteure hinsichtlich der theoretischen Grundlagen im Umfeld der ungleichmäßig übersetzenden Getriebe, die Verfahren und Methoden der Getriebesynthese als zusätzliche Features in gängigen Software- und CAD-Applikationen zur Verfügung zu stellen. Für lagengeometrische Aufgabenstellungen sind die klassischen Methoden zum Bestimmen und Darstellen der Burmester-Kurven, insbesondere der Kreis- und Mittelpunktkurve bei der 4-Lagen-Synthese, im CAD-Arbeitsumfeld von besonderem Interesse. Die hierzu erforderlichen Berechnungen können dabei extern, z. B. durch MATHCAD-Synthesearbeitsblätter in Form modular strukturierter Funktionsbausteine, gesteuert werden. Weitere interessante Fragestellungen beziehen sich auf die Anordnung von Schubachsen für die Dreilagenführung oder die CAD integrierte optimale Totlagenkonstruktion für viergliedriege Koppelgetriebe ohne den Einsatz zusätzlicher Kurventafeln.

Unter Bewegungsgestaltung im klassischen Sinne versteht man den Einsatz normierter Bewegungsgesetze mit günstigen Kennwerten. Die Software MOCAD hingegen erlaubt eine grafisch-interaktive Arbeitsweise zur freien und intuitiven Manipulation von Bewegungsabläufen für Kurvengetriebe und Motion Control Systeme, unter anderem durch die Anwendung der automatischen Polynominterpolation. Neben der direkten Anbindung einer Steuerung werden verschiedene Exportformate für die Bewegungsfunktionen bis zu 6. Ordnung angeboten. Die im Modul Bewegungsdesign erzeugten Daten bilden zusätzlich die Grundlage für die Berechnung von ebenen und räumlichen Kurven- und Kurvenschrittgetrieben. In einem ersten Beispiel wird der Einfluss des Bewegungsdesigns auf die Übertragungseigenschaften eines Kurvenschrittgetriebes mit innenliegender Kurvenscheibe gezeigt, welches als neuartiges Antriebskonzept für einen Rundschalttisch untersucht wird. Ein weiteres Beispiel veranschaulicht die Berechnung und den Export von Hüllkurven eines Zylinderkurvengetriebes. Die gewonnenen Geometriedaten können mittels eines speziellen Datenaustauschformates direkt in das CAD-System Pro/ENGINEER importiert und dort zur Erzeugung eines realitätsnahen 3D-Modells genutzt werden.

Die Fertigung der Nutkurve von Zylinderkurvenkörpern räumlicher Kurvengetriebe erfolgt durch Fräsen. Dabei wird 1:1 der Bewegungsablauf des Kurvengetriebes nachgestellt. Anstelle der Rolle führt ein Fräser mit gleichem Durchmesser die Bahnkurve ab und erzeugt so die Nut. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die entstehende Hüllfläche exakt der Hüllfläche des Kontaktes zwischen Rolle und Kurvenflanke entspricht. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass durch den Verschleiß des Fräsers diese Übereinstimmung nicht mehr gewährleistet wird. Der daraus folgende häufigere Werkzeugwechsel erhöht erheblich die Fertigungskosten. Abhilfe schafft hier nur eine Fertigung mit beliebig kleinerem Fräserradius. Die theoretische Grundlage dieses Problems, die im Zusammenhang mit der Berechnung der Hüllkontur räumlicher Kurvenkörper steht, wird im Beitrag aufgezeigt. Die hier vorgestellte Methode benutzt die Hüllfläche als Referenz zur Ermittlung der Fräserbahn. Die notwendigen Berechnungsansätze werden aufgezeigt und an einem Beispiel demonstriert. Dabei werden die Fräserdaten für herkömmliche 3-Achs-Bearbeitungsmaschinen ermittelt und deren Verwendung zur Fertigung kritisch analysiert. Die Bearbeitung von Zylinderkurven mit einer 5-Achs-Bearbeitungsmaschine bietet die Möglichkeit, dieses Verfahren zu optimieren. Erforderliche Grenzbetrachtungen hinsichtlich der minimal möglichen Fräserradien stehen noch aus.

Dem Konstrukteur und Entwickler stehen heute umfangreiche Hilfsmittel zur Lösung von antriebstechnischen Aufgabenstellungen zur Verfüpgung. Neben zahlreichen MKS-Systemen die zur Auslegung von Antriebslösungen zur Verfügung stehen, eignen sich in den frühen Entwurfsphasen der Mechanismensynthese und -analyse kommerzielle Computeralgebrasysteme wie Mathcad. Um dieses allgemeine Berechnungsprogramm an die eigenen Bedürfnisse anzupassen, kann auf ein so genanntes Elektronisches Handbuch (E-Book) zurückgegriffen werden. Die Erzeugung und Funktionsweise eines solchen E-Books werden in den ersten Kapiteln schrittweise präsentiert. Der Beitrag zeigt im Weiteren, welche Auslegungs- und Berechnungsschritte mit Hilfe einer für Mathcad implementierten und modular aufgebauten Toolbox MATHTOOL sehr effizient bearbeitet werden können. Unter dem Blickwinkel, dass heutige Mechanismen neben einem optimalen kinematischen Aufbau auch ein oder mehrere Aktuatoren besitzen können, sind in dieser Toolbox unterschiedlichste Bausteine für die Synthese, kinematische und kinetostatische Analyse bis hin zur Gestaltung von Antriebsfunktionen zusammengefasst. Die praktische Nutzung des E-Books wird durch eine erweiterbare Beispielsammlung unterstützt. Aufbauend auf den bekannten Drag & Drop-Systemfunktionalitäten können die Datenblätter dieser Bibliothek direkt als Vorlage für eigene Projekte dienen und in ein neues Arbeitsblatt mit veränderlichen Eingabeparametern und Modulen übernommen werden. Die Anwendung des E-Books in Lehre und Forschung wird anhand unterschiedlicher Beispiele gezeigt.

Das Menschmodell MANIKIN bietet dem Anwender neue Möglichkeiten in der Analyse des arbeitstechnischen Umfeldes in der bekannten Pro/ENGINEER Umgebung. Dazu kann auf eine anthropometrische Datenbank zurückgegriffen werden. Neben einfachen Analysen, wie Reichweite und Sichtfenster, steht auch ein umfangreiches Angebot an Ergonomie-Analysen zur Untersuchung von Arbeitsprozessen zur Verfügung. Diese basieren auf den bekannten Grundlagen wie RULA, SNOOK und NIOSH91. Weiterhin ist das Modell gut zur Animation von Menschen bzw. Mensch-Maschine-Interaktionen geeignet, wobei hier ein spezielles Wissen über den Aufbau und den Einsatz von Körpersperrbedingungen zuträglich ist.

Die vorliegende Publikation stammt aus der Reihe "Tipps und Tricks" im Umgang mit Pro Engineer. Es werden BMX-Funktionalitäten zur Dimensionierung eines Massenausgleiches algorithmisch dargestellt. Als Beispiel dient ein Schubkurbelgetriebe, welches bezüglich seiner Gestellkraftkomponenten analysiert wird. Mit Hilfe eines Lancaster-Ausgleiches kann die Lage des Massenschwerpunktes bezüglich der X- und Y-Komponente optimiert werden.

Im Umfeld der vielfältigen Aufgabenstellungen zur Handhabung, Montage und Fertigung von Bauteilen und -gruppen sind verbindliche Aussagen zur Arbeits- und Kollisionsräumen, technologischen Kennwerten oder antriebstechnischen Parametern für ein geplantes Antriebskonzept in einem sehr frühen Projektstadium erforderlich. Dabei ist es besonders vorteilhaft und effizient, wenn ein Projektingenieur diese Fragestellung in der ihm vertrauten CAD-Entwicklungsumgebung bearbeiten kann. Er erhält dadurch sehr schnell erste Informationen zur Sinnfälligkeit eines gewählten Antriebslayouts und den damit verbundenen Kenn- und Grenzwerten. Dabei sind oftmals im Entwurfsstadium nicht alle Funktionalitäten, welche die in der Praxis gängigen Programme zur Robotersimulation, wie z.B. ROBCAD oder SIMPACK, anbieten, erforderlich und kosteneffizient. Im vorliegenden Beitrag erfolgt daher die Datenaufbereitung und Simulation mit Mathcad und ProENGINEER (BMX, MDX, MDO). Zielstellung ist die schnelle Auswahl und Beurteilung eines angebotenen Roboters hinsichtlich seiner globalen Leistungsparameter unter Beachtung einer geforderten Fertigungsaufgabe. Hierzu werden entweder aufgabenabhängige dreidimensionale Trajektorien in ProENGINEER oder Mathcad generiert. Aus der Analyse mit ProENGINEER bzw. der Berechnung mit Mathcad ergeben sich die erforderlichen Koordinaten zur Bewegung und Orientierung des zu handhabenden Objekts im CAD-Umfeld. Diese Daten werden im nachfolgenden Schritt dem TCP (Tool Center Point) des virtuell abgebildeten Industrieroboters zugewiesen. Die Bestimmung der kinematischen Kennwerte erfolgt durch das Nachführen aller Roboterachsen im Rahmen einer Mehrkörpersimulation mit dem Antrieb am TCP. Diese Vorgehensweise orientiert sich somit am Charakter einer handgeführten Teach-In-Programmierung. Vergleichend dazu können die Gelenkparameter der einzelnen Antriebsachsen des Industrieroboters mittels inverser Kinematik nach Denavit Hartenberg anhand der sich ergebenden Trajektorie am TCP mit Mathcad berechnet werden. Die berechneten Gelenkparameter werden im nachfolgenden Schritt den einzelnen Antriebsachsen des virtuell abgebildeten Roboters in der CAD-Umgebung wieder zugewiesen. Der Antrieb erfolgt in diesem Fall direkt an den Antriebsachsen. Im letzten Schritt, der dynamischen Simulation und Optimierung, können nun die kinetostatischen Parameter für die einzelnen Achsen gezielt untersucht und optimiert werden. Darüber hinaus ist es auch möglich sehr schnell Handhabungs- und Montageabläufe für das Zusammenspiel mehrerer derart programmierter Roboter innerhalb einer realistisch abgebildeten virtuellen Arbeitsumgebung zu analysieren. Fragestellungen wie Ablaufsinnfälligkeiten, Grenzwertigkeiten oder auch Kollisionsräume und Havariesituationen stehen dabei im Mittelpunkt der Betrachtung.

Die CD enthält die während des 1. Anwendertreffens am 28.04.2009 präsentierten Vorträge zu unterschiedlichen Themenstellungen aus den Bereichen CAD, Simulation und Berechnung. Von Experten aus Wirtschaft und Wissenschaft wurden neben Hinweisen zu neuen Simulationsfeatures auch Einblicke und Anregungen für eine effiziente Bauteilberechnung gegeben, die Simulation komplexer Anlagen gezeigt und ingenieurtechnisch – mathematische Lösungsansätze erörtert. Themenstellungen des Anwendertreffens waren: CAD-Einsatz in Konstruktion und Entwicklung, Simulation, Berechnung und Optimierung mit Mathcad, FEM – Simulation (Mechanica), Effiziente Konstruktions- und Optimierungsstrategien, Kinematische und dynamische Simulation, Konstruktionsbegleitende Visualisierungen und Animationen, Virtual Reality Engineering & Digitale Mock Up, Tipps und Tricks – Anwender helfen Anwendern

Fatigue crack propagation terminated by brittle cleavage fracture of a wobbler of a heavy plate mill caused the shutdown of the equipment. The failure analysis required Information on: the service loading of the component in terms of load spectra as well as the stress distributions across the relevant cross section as a function of the applied torsional moment, the initial crack size to be assumed as pre-existent in the analysis, the deformation behaviour of the material in terms of its stress-strain curve, and zhe crack propagation and fracture resistance of the material under static and cyclic loading. Based on this information the critical crack size and the residual lifetime subsequent to a routine inspection were determined by fracture mechanics analyses. The results of these analyses were found to be in good agreement with the critical crack size identified on the fracture surface of the damaged component. This showed that the analyses were trustworthy. It was realised that the reason for the failure was inadequate design rather than accidental overloading or defective material. In addition the residual lifetime of a potential initial defect was shown to be too small at the background of the existing inspection regime. Since the Performance could not be improved by accompanying measures the old wobblers were retired from service. At that time new equipment made of another material was already available. In addition the design was optimised with respect to the notch stresses.

Kurven- und Kurvenschrittgetriebe - Aufbau und Eigenschaften, Problemstellung, Layout-gesteuerte Kurvenberechnung, Automatisierte Kurvenkorrektur, Simulationsmodell und Ergebnisse, Zusammenfassung

Die Beschreibung einer Bewegungsaufgabe mittels Bewegungsgesetzen ist von den Kurvengetrieben her bekannt und gehört zum Stand der Technik. Neben einigen sehr universell einsetzbaren Bewegungsgesetzen, wie z. B. dem Polynom 5. Grades, gibt es auch eine Vielzahl, welche sich in der Praxis aus unterschiedlichen Gründen kaum durchsetzen konnten. Prinzipiell werden aber auch heute noch die bekannten Kennwerte der Bewegungsgesetze, wie Cv, Ca, Cj und CM, zur Beurteilung des kinematischen und kinetostatischen Verhaltens, insbesondere von Kurvengetrieben, herangezogen. Beim Einsatz von Servoantrieben zeigt sich jedoch, dass diese alleinige Betrachtungsweise keinesfalls ausreichend ist. Trotz dieser Erkenntnis ist es gegenwärtig schwierig, allgemeingültige Kenn- und Grenzwerte, welche vor allem auch die Auslastung des Motors mit in die Betrachtung einbeziehen, zu definieren. Ein Schwerpunkt des Vortrags ist daher genau dieser Problemstellung gewidmet. Es wird gezeigt, in welcher Art und Weise ein so genannter Kennwertkreis, welcher eine Vielzahl der zur Antriebsauslegung und Optimierung wichtigen Parameter enthält, in der Entwurfsphase nutzbar ist. Ein Anwender kann mittels dieser Darstellungsform sehr schnell und effizient unterschiedliche Antriebskonfigurationen bezüglich der verwendbaren Bewegungsgesetze und auch optimalen Motorauslastung testen. Weiterhin wird erläutert, in welchem Maße und unter welchen Einsatzbedingungen auch heute noch Entwurfsstrategien, wie sie allgemein aus der VDI Richtlinie 2143 unter dem Begriff der normierten Übertragungsfunktionen bekannt sind, ihre Berechtigung haben. Unter Beachtung einer weiterführenden mathematischen Betrachtung werden hierbei auch neuartige und mehrfach untergliederte Bewegungsgesetzte, insbesondere für Rast-in-Rast Bewegungen, vorgestellt, deren Basis geteilte höherer Polynome bilden. Ihre Eigenschaften werden im Vergleich zu den aus der Literatur bekannten Bewegungsgesetzen diskutiert. Zur aktiven Nutzung und einfachen Handhabung wurden alle Bewegungsfunktionen im Mathcad-Handbook "MATTOOL" in der Toolbox "Bewegungsdesign" implementiert.

Die Trennung der Kontakte in Hochspannungsschaltern erfolgt heute in der Regel durch die Bewegung einer Kontaktseite (Single-Motion). Lösungen für eine gleichzeitige Bewegung beider Kontaktseiten existieren bereits, jedoch sind diese sehr komplex aufgebaut oder besitzen eine eingeschränkte Bewegungscharakteristik. Das neuartige Double-Motion-Konzept verfügt über ein ungleichmäßig übersetzendes Getriebe, das eine prozessoptimale Bewegungscharakteristik aufweist.

Der Einsatz virtueller Methoden und Simulationstechniken zur Entwicklung neuer Maschinen und Baugruppen ist heute Stand der Technik. Durch eine effiziente Nutzung von Berechnungs- und CAD-Features können grundlegende Fragestellungen, wie z. B. Aussagen zum Bewegungs- oder Führungsverhalten bzw. dem erforderlichen Antriebsmoment, sehr frühzeitig im Konstruktionsprozess beantwortet werden. Dabei sind die grafischen Hilfsmittel, welche einem Bearbeiter unter Anwendung des CAD-Systems heute zur Entwicklung von Mechanismen zur Verfügung stehen vor allem dann effizient anzuwenden, wenn er auf die grundlegenden klassischen Lösungsverfahren zurückgreifen kann und diese sowohl im CAD-System als auch über eine Mathcad-Schnittstelle unter Anwendung einer problemorientierten Toolbox effizient nutzt. Zur Bewertung des Antriebsverhaltens können die gewonnenen virtuellen Ergebnisse nachfolgend auch realitätsnah durch eine haptische Bewegungsanalyse mit einer "Torque-Feedback-Steuerung" zur Simulation und Bewertung des Momentenverlaufes am Antriebsglied mittels einem Servoantriebssystem getestet und demonstriert werden.

Problembeschreibung, Auffinden einer Startlösung und Konzeptentwurf, Einsatz der Getriebebibliothek als Handbuch in Mathcad, Vergleichsanalyse mit ProE/Mechanismus, Berechnung der Kurvenscheibe zur Bewegung des Greifers, Ergebnisauswertung zur SiL-Simulation

Grundlegende Informationen zu den PTC-Berechnungswerkzeugen Definition von Schnittkraftmessgrößen und Vektoren, Erste Untersuchung der gegebenen Baugruppe in MDO, Entfernen der Redundanzen aus dem System, Schnittkraftergebnisse an Schwinge 6, Übertragung der Lasten eines Körpers aus MDO in den Strukturmodul, Komponentenergebnisse für quasistatischen und dynamischen Fall, Behandlung der gesamten Baugruppe in Structure, Lagergelenke in Structure für die Baugruppenanalyse, Baugruppenaufbau unseres Getriebes, Modalanalyse mit der gesamten Baugruppe, Statische Analyse mit der gesamten Baugruppe bei Extremlast

In vielen Bereichen des Be- und Verarbeitungsmaschinenbaus kennt man heute den Verdrängungstrend, wobei insbesondere bei Neuentwicklungen bekannte und oftmals vielgliedrige Strukturen ebener Mechanismen komplett ersetzt werden. Der Text gibt entgegen diesem Trend einen Überblick zum Einsatz "hybrider Mechanismen" und zeigt am Beispiel von ebenen Koppelgetrieben die Charakteristika dieser Antriebssysteme als Übertragungs- bzw. Führungsgetriebe. Aus mechatronischer Sicht besteht ein solches Antriebssystem aus einem möglichst einfachen mechanischem Grundsystem zur Bewegungsübertragung mit oder ohne Wandlung der Bewegungsform, welches neben dem Hauptantrieb weitere Aktuatoren zur Verstellung von Gelenkpunkten oder zur Beeinflussung relevanter kinematischer Parameter besitzt. Im Vergleich einfacher teilflexibler Koppelgetriebe in der Funktionsweise als Übertragungs- bzw. Führungsgetriebe mit Direktantriebssystemen werden die Möglichkeiten und Grenzen aus unterschiedlichem Blickwinkel betrachtet.

Trotz des rückläufigen Einsatzes von mechanischen Antriebslösungen in vielen Maschinenkonzepten, wie z. B. den Werkzeug-, Druck- oder Verpackungsmaschinen, gibt es auch Anwendungsgebiete, die auf die bekannten Vorteile von Mechanismen nicht verzichten wollen oder können. Solch ein Gebiet, in dem Direktantriebe kaum Einsatz finden, ist die Hochspannungstechnik. Die derzeitig noch häufig eingesetzte einseitige Trennung der Kontakte in Hochspannungsschaltern, auch als "Single Motion" Prinzip bekannt, erfolgt mit Hilfe von Koppelgetrieben. Mit dem neuartigen "Double Motion" Prinzip ist eine gleichzeitige Trennung beider Kontakte nach einer definierten Bewegung in entgegengesetzter Richtung möglich. In diesem Bericht werden die gefundenen Lösungskonzepte zur Realisierung der beidseitigen Kontakttrennung in Hochspannungsleistungsschaltern erörtert. Der Beitrag zeigt die Lösungsschritte bezüglich der Getriebesynthese und -analyse. Nach der Auflistung und mathematischen Beschreibung der technologischen Anforderungen werden verschiedene Getriebestrukturen (Typsynthese) zur Realisierung einer gekoppelten Bewegung beider Kontakte analysiert. Es wird verdeutlicht, welche Kriterien über den Ansatz eines allgemeinen Variantenvergleichs auf der Grundlage einer Bewertungsstabelle noch in einer sehr frühen Entwicklungsstufe zu beachten sind, um auch allen praxisrelevanten Erfordernissen im kinematischen Entwurfs- und konstruktiven Designprozess zielgerichtet Rechnung zu tragen.

Problemstellungen beim Mechanismenentwurf, Getriebebibliothek als Handbuch in Mathcad, Totlagenkonstruktion der Kurbelschwinge, Lagensynthese eines Viergelenkgetriebes, Koppelkurvenatlas zur Punktlagensynthese Zusammenfassung

In vielen Bereichen des Be- und Verarbeitungsmaschinenbaus kennt man heute den Verdrängungstrend, wobei insbesondere bei Neuentwicklungen bekannte und oftmals vielgliedrige Strukturen ebener Mechanismen komplett ersetzt werden. Der Text gibt entgegen die-sem Trend einen Überblick zum Einsatz "hybrider Mechanismen" und zeigt am Beispiel von ebenen Koppelgetrieben die Charakteristika dieser Antriebssysteme als Übertragungs- bzw. Führungsgetriebe. Aus mechatronischer Sicht besteht ein solches Antriebssystem aus einem möglichst einfachen mechanischem Grundsystem zur Bewegungsübertragung mit oder ohne Wandlung der Bewegungsform, welches neben dem Hauptantrieb weitere Aktuatoren zur Verstellung von Gelenkpunkten oder zur Beeinflussung relevanter kinematischer Parameter besitzt. Am Beispiel der Bahnkurve einer Kurbelschwinge wird gezeigt, welche Variationsmöglichkeiten im Bahnverlauf durch eine zusätzliche Verstellbewegung realisierbar sind und welche Kriterien adaptive Regelalgorithmen strukturabhängig, insbesondere in so genannten singulären Bewegungsbereichen erfüllen müssen. Nutzt man andernfalls einen hybriden Mechanismus zur Realisierung teilflexibler Übertragungsbewegungen, so werden bereits durch kinematisch sehr einfache Strukturen interessante Nutzeffekte erreicht. Es wird verdeutlicht, welche mechanischen Einflussgrößen aus regelungstechnischer Sicht zu beachten sind und in wieweit ein Verstellantrieb zur Fehlerkompensation nutzbar ist.

Problemstellungen beim Mechanismenentwurf, Getriebebibliothek als Handbuch in Mathcad, Totlagenkonstruktion der Kurbelschwinge, Lagensynthese eines Viergelenkgetriebes, Koppelkurvenatlas zur Punktlagensynthese, Zusammenfassung

Stichpunkte zum Vortrag: Grundlagen der kinematischen Analyse (Freiheitsgrad, Bewegungsanalyse), Anwendung im Bereich CAD/CAE, Möglichkeiten der kinematischen Analyse durch den Einsatz des BMX-Tools, Maßnahmen zur Optimierung, Simulation des Getriebeschemas als Vorstufe der konstruktiven Gestaltung, Weitergehende Analyse von Getrieben mit MDX, Zur Verdeutlichung erfolgen die Erläuterungen an praktischen Beispielen aus unterschiedlichen Branchen.

Die Wandlung einer umlaufenden Antriebsbewegung in eine Schrittbewegung wird seit je her geprägt durch den Einsatz mechanischer Antriebslösungen. Anhand dreier Beispiele aus der Praxis sollen Vor- und Nachteile dieser Antriebslösungen hinsicht-lich der Bewegungsübertragung, des benötigten Bauraums und der Zuverlässigkeit aufgezeigt und diskutiert werden. Zur Positionierung in kreisförmig angeordneten Stationen finden Zylinderkurven-schrittgetriebe Anwendung, wenn lange Lebensdauer und hohe Präzision maßgebende Kriterien sind. Entscheidend für die Auslegung dieser Getriebe ist die optimale Dimensionierung des Kurvengelenks, unter Beachtung der Mittenauswanderung der Rolle, der Spannungen im Rollenbolzen und der Pressung im Kurvengelenk. Die Probleme die ein Schrittgetriebe hervorrufen kann, sollen an einem weiteren Beispiel (Schadensanalyse Einlegemechanismus) verdeutlicht werden. Es werden die Ergebnisse der Analyse des Antriebs (zwei Malteserkreuzgetriebe) hinsichtlich der Bewegungsübertragung erörtert und Vorschläge eines neuen Antriebskonzeptes (Kurvenschrittgetriebe, Sternradgetriebe) aufgezeigt.

Die vorliegende Arbeit stellt sich zum Ziel, einen Beitrag zur Lösung von Führungs-bewegungsaufgaben (FBA) unter Verwendung ebener Führungskurvengetriebe (FKG) zu leisten. FKG sind kombinierte Getriebe; sie bestehen aus Gliedergruppen von Koppel- und Kurvengetrieben und haben die Aufgabe, Punkte auf Bahnen oder Ebenen durch Lagen zu führen. Die zur Auslegung wichtigen Entwurfsschritte, wie Bewegungsdesign, Struktur- und Maßsynthese sowie deren exemplarische Integra-tion in ein 3D-CAD-System unter der Maßgabe der weiteren konstruktiven Gestal-tung des Vorentwurfs, werden erörtert und an Beispielen demonstriert. Im Bewegungsdesign werden die zur Beschreibung der FBA geeigneten Verfahren weiterentwickelt und an Beispielen angewendet. Neben der mathematischen Be-schreibung stellt die Arbeit Untersuchungen zum Einsatz eines kommerziellen CAD-Systems zur grafischen Beschreibung der FBA an. Zur Lösung des Problems "Finden" einer Getriebestruktur für eine vorgegebene FBA wird ein Lösungskatalog mit praxistauglichen Getriebestrukturen erstellt. Für die Maßsynthese ebener FKG erweist sich die Aufteilung in die Schritte "Synthese des Koppelgetriebes" und "Synthese des Kurvengliedes" als erforderlich. Dazu eignen sich allgemeine Verfah-ren wie das der Optimierung in Verbindung mit kinematischen Analysen für das Koppelgetriebe oder das Polbahnverfahren für das Kurvenglied.