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Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüft - gesperrte Arbeit, Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers

Der Schienenverkehr in Deutschland fährt bereits heute zu einem Großteil elektrisch (~90% der Verkehrsleistung auf ~60% elektrifizierten Strecken). Für eine vollständige Defossilisierung sind jedoch auch für die verbliebenen 10% Fahrleistung Lösungen von Nöten. Aufgrund der lokalen Emissionsfreiheit eignen sich hierfür vor allem batterieelektrische und wasserstoffbetriebene Triebzüge. Es stellt sich dabei jedoch die Frage, welche Alternativen für welche Einsatzzwecke gut geeignet sind. Hierzu werden zwei Szenarien mit kurzen und langen Streckenabschnitten im Schienenpersonennahverkehr aus techno-ökonomischen Gesichtspunkten untersucht. Es zeigt sich, dass batterieelektrische Züge vor allem auf kürzeren Streckenabschnitten zum Einsatz kommen können, während wasserstoffbetriebene Züge zwar flexibler im Einsatz sind, aber einer höheren Auslastung bedürfen. Rund 80% der Streckenabschnitte in Deutschland wären zukünftig mit heutigen batterieelektrischen Zügen zu bewältigen, in 20% der Fälle wären wasserstoffbetriebene Züge geeigneter.

Hintergrund und Motivation dieser Arbeit ist das Bestreben, die schädlichen Kräfte auf Gondel und Turm einer Windkraftanlage dadurch zu reduzieren, dass die Blätter einer Anlage in Abhängigkeit der Nabenposition verstellt werden, und damit der Höhengradient des Windes derart ausgeglichen werden kann, dass das Zentrum der angreifenden Kraft auf die Rotornabe konzentriert wird. Da dieses Bestreben eine deutlich höhere Aktivität des Blattverstellsystems erfordert, was deren Lebensdauer reduziert, wurden Möglichkeiten entwickelt, simuliert und getestet, die die Mechanik des Systems schonen, ohne dass zusätzliche Komponenten notwendig sind. Neben den mechanischen Möglichkeiten, den Verschleiß zu reduzieren, ist die elektrotechnische Lösung der Hauptteil dieser Arbeit. Ziel ist es, ohne den Austausch des Antriebsstrangs, lediglich durch die Ansteuerung des Antriebs, den Verschleiß zu reduzieren und so die Lebensdauer zu steigern. Die zentralen Fragen, wie das Spiel entsteht und wie es zu der Schädigung kommt, ist für die Erarbeitung der Gegenmaßnahmen unerlässlich und darum Bestandteil der Arbeit, ebenfalls das Resultat, das dann eine gezielte Ansteuerung des Antriebs erfordert. Mit Hilfe der Messdaten eines speziell entwickelten Prüfstands wird der Nutzen der verschleißreduzierenden Regelung beziffert. Hierzu werden verschiedenen Verfahren der Auswertung und Berechnung von Materialschädigungen diskutiert. Es konnte gezeigt werden, dass es ohne Mehrkosten möglich ist, entweder die Lebensdauer zu erhöhen oder alternativ dafür zu sorgen, dass eine erhöhte Nutzung nicht zur Verkürzung führt.

Der Tagungsband „11. Kolloquium Mobilhydraulik“ enthält die gesammelten Beiträge zu den geplanten Vorträgen der aufgrund von Covid-19 abgesagten gleichnamigen Veranstaltung im September 2020 in Karlsruhe. In neun Artikeln wird über den Stand der Forschung und neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Mobilhydraulik berichtet. Die Themenfelder lauten: • Daten, eine Bereicherung für die Hydraulik? • Antriebe mit Potential • Elektrik trifft Hydraulik • Auslegung hydraulischer Systeme

Am Institut f��ur Energiesysteme und Elektrische Antriebe der Technischen Universit��t Wien wird an innovativen neuen Motorkonzepten geforscht. Eines dieser neuen Konzepte ist ein Switched-Reluctance Motor in der Form eines Planetengetriebes. Der mechanische Aufbau dazu wurde im Zuge der Fachvertiefung 370.039 Antriebstechnik Vertiefung im SS2017 entwickelt. Der mechanische Aufbau besteht aus einem Stator, den Planeten und der Sonne. Dabei werden die Planeten angetrieben und das Drehmoment auf die Sonne ��bertragen. Der Stator ist mit Spulen best��ckt, um mithilfe der Reluktanzkraft die Planeten anzutreiben. Die Ansteuerung erfolgt mithilfe eines eigens entwickelten Umrichters. Die Entwicklung und Inbetriebnahme stellt den ersten Teil der Diplomarbeit dar. Der zweite Teil besch��ftigt sich mit der sensorlosen Regelung des Motors. Sensorlos bedeutet in diesem Zusammenhang nicht, dass vollst��ndig auf Sensoren verzichtet wird, sondern, dass die Positionserfassung der Sonne und der Planeten nicht mithilfe von Drehgebern bewerkstelligt wird. Die Positionsbestimmung erfolgt durch eine Messung der positionsabh��ngigen Induktivit��at durch Strommessungen in den Spulen. Der dritte Teil der Diplomarbeit beinhaltet die Drehzahlregelung des Motors. Diese erfolgt mithilfe von PID-Reglern, welche kein externes Lastmoment ber��cksichtigen und nur f��ur geringe Drehzahlen ausgelegt sind., At the Institute of Energy Systems and Electric Drives of the Vienna University of Technology research is being carried out on innovative new engine concepts. One of these new concepts is a switched-reluctance motor in the form of a planetary gear. The mechanical structure was developed in the course of the specialized recess 370.039 Antriebstechnik Vertiefung im SS2017. The mechanical structure consists of a stator, the planets and the sun. The planets are driven and the torque is transmitted to the sun. The stator is equipped with coils to drive the planets using the reluctance force. The control takes place with the help of a specially developed inverter. The development and commissioning of the inverter is the ���rst part of the diploma thesis. The second part deals with the sensorless control of the motor. Sensorless in this context does not mean that sensors are completely omitted, but that the position detection of the sun and the planets is not accomplished by means of encoders. The position is determined by measuring the position-dependent inductance by current measurements in the coils. The third part of the diploma thesis includes the speed control of the engine. This is done by means of PID controllers, which do not take into account external load torque and are designed only for low speeds.

Vom 8.6. bis 9.6.2017 fand im Rahmen des BHT das Fachkolloquium Elektrische Antriebstechnik statt. Das Freiherger Kolloquium Elektrische Antriebstechnik umfasst den Themenkreis elektrische Maschinen, elektrische Antriebe und Energiespeicher. Dabei sind Modellierung und Simulation von elektrischen Maschinen und Antrieben, Auslegung neuer Motorenkonzepte, thermische Untersuchungen an elektrischen Maschinen und Alterung der Energiespeicher die thematischen Schwerpunkte der Veranstaltung. Der Kolloquiumsband ist Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrich Beckert zu semem 75. Geburtstag gewidmet.

Leichtbaumaschinen erreichen energieeffizient eine hohe Bewegungsdynamik, erfordern durch verringerte Struktursteifigkeit und -dämpfung jedoch die aktive Dämpfung von Schwingungen. Um Kosten, Energieverbrauch und Fehleranfälligkeit zusätzlicher Aktuatoren zu vermeiden, wird am Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart untersucht, wie sich Vorschubantriebe dafür nutzen lassen. Dabei wird die Schwingungsanregung durch geeignete Sollprofile vermieden und die Achsregelung zur aktiven Dämpfung fremderregter Schwingungen herangezogen. Die Autoren danken der Europäischen Union für die Förderung der vorgestellten Arbeiten im Projekt EcoFIT im sechsten Forschungsrahmenprogramm (FP6) sowie den Projektpartnern für die konstruktive Zusammenarbeit.

Auf Grund der steigenden Anzahl an ��lteren Personen in unserer Gesellschaft und deren Wunsch m��glichst lange unabh��ngig zu Hause zu leben, steigt der Bedarf an Pflegepersonal drastisch an. Die voraussichtliche Nachfrage kann nur durch die Entwicklung von pers��nlichen Servicerobotern befriedigt werden, die ��lteren Menschen bei t��glichen Aufgaben helfen. Derzeit gibt es noch einige Hindernisse, die den Einsatz von Robotern in der Altenpflege unterbinden. Abgesehen von notwendigen Sensoren und Aktuatoren fehlen niedrige Preise und die n��tige Flexibilit��t. Blue Danube Robotics GmbH zielt darauf ab diese Hindernisse zu beseitigen und einen Serviceroboter zu entwickeln der ��lteren Personen hilft zu Hause zu leben. F��r die optimale Nutzung des Roboters zu Hause ist eine omnidirektionale Plattform essentiell. Das Design der pr��sentierten mobilen Plattform basiert auf der Analyse typischer Herausforderungen, die auf Grund der Arbeitsumgebung auftreten. Von dieser Analyse und von einigen Designeinschr��nkungen wurde eine Liste von Anforderungen abgeleitet, die die notwendige Flexibilit��t des Roboters in seinem Umfeld sicherstellt. Auf Basis dieser Liste wurden ein Design und ein Prototyp der mobilen Roboterplattform erstellt. Entsprechend dem Design erm��glichen vier Fahrmodule, die jeweils aus zwei hydraulischen Rotationsaktuatoren und einem Hydraulikzylinder bestehen, der mobilen Plattform den Roboter durch die Wohnung zu bewegen. Dank der Implementierung der Hydraulikzylinder ist die Plattform in der Lage Schwellen und einzelne Stufen (bis zu 210 mm ) zu ��berwinden. Die Einzelteile der Tragestruktur k��nnen zusammengesteckt werden. Entsprechend dem Entwurf werden die Oberfl��chen mit einem weichen, taktilen Material verkleidet, welches Kollisionen detektiert und gleichzeitig das Verletzungsrisiko verringert. Nicht alle Aspekte des Designs konnten im finalen Prototypen umgesetzt werden. Es wurde eine Strategie zum ��berwinden einzelner Stufen pr��sentiert. Der erste Prototyp der omnidirektionalen Roboterplattform ist in der Lage Schwellen bis zu 20 mm zu ��berwinden und Rampen zu befahren. Wegen ihrer Abma��e erlaubt die Plattform Flexibilit��t und die Nutzung als Aufstehhilfe. Die Tragestruktur besteht aus umweltfreundlichem Material und erlaubt eine einfache Wartung. Die vorgestellte mobile Plattform kann den zuk��nftigen Roboter von Blue Danube Robotics durch H��user und Wohnungen bewegen und bringt damit diesen Roboter seiner Umsetzung einen Schritt n��her., Due to the increasing number of elderly people in our society and their wish to live independently at their homes as long as possible, the need for care attendants is drastically increasing. The foreseeable demand can only be satisfied by the development of personal service robots, who assist elderly people at everyday tasks. At the moment several barriers prevent robotic assistants from resolving this problem in the field of elderly care. Besides the need for more elaborate sensors and actuators, important barriers are the current prices for mobile service robots and their necessary flexibility. Blue Danube Robotics GmbH aims to eliminate these barriers and develop a service robot helping elderly and handicapped people to live their lives at home. For the optimal use of the robot at home, an omnidirectional robot base is essential. The design of the omnidirectional mobile base presented is based on the analysis of typical challenges arising from the robots environment. From this analysis and several design limitations a list of requirements was derived, ensuring the necessary flexibility of the robot in its environment. Based on this list the mobile base was designed and prototyped. According to the developed design four drive modules, each consisting of two hydraulic rotary actuators and one hydraulic cylinder, enable the mobile platform to move the robot through the apartment. Due to the implementation of hydraulic cylinders the base design is capable of overcoming thresholds and single steps (up to 210 mm ). The components of the supporting structure are designed to be assembled using wood connections. According to the design the surfaces are covered with a soft tactile material to detect collisions and at the same time to reduce the risk of injury. Not all aspects of the design could be realized in the final prototype due to time limitations and manufacturing problems. A strategy to overcome single steps was developed and presented. The first prototype of the omnidirectional robot base is capable of climbing thresholds up to 20 mm and to drive on ramps. Due to its dimensions the base provides flexibility and can be used as an aid for standing up. The support structure uses eco-friendly material and allows easy maintenance. The mobile platform presented is capable of moving Blue Danube Robotics future robot through houses and apartments, bringing the robot one step closer to realization.

Radikale technische Innovationen eröffnen große Marktchancen für die deutsche Antriebstechnik. Gleichzeitig ist deren Umsetzung mit großem Risiko und hohen Kosten verbunden. In der vorliegenden Studie wurden deshalb Erfolgsfaktoren und wiederkehrende Innovationsmuster herausgearbeitet. Auf dieser Basis sind dann spezifische Handlungsempfehlungen für eine erfolgreiche Umsetzung abgeleitet worden.

Die Arbeit befasst sich mit einem neuen textilverstärkten Zugmittel mit formschlüssiger Krafteinleitung. Im Grundlagenteil werden Aufbau, Eigenschaften und Dimensionierungsgrundlagen von Rollenketten und Zahnriemenantrieben erörtert, sowie textile und elastomere Werkstoffe betrachtet. Aus den Betrachtungen zum Stand der Technik, der Maschenware mit hochfesten Filamentgarnen und deren polymeren Beschichtungen wird der Entwicklungsansatz abgeleitet. Mit Hilfe eines Spezialkettenwirkverfahrens werden die textilen Zugträger als Recht/Links-Maschenware hergestellt. Das besondere daran ist die teilungsgenaue Einbindung der Bolzen in die Maschenstruktur bei der Fertigung. Eine anschließende elastomere Beschichtung verbessert die mechanischen Eigenschaften erheblich und fixiert die Bolzen axial. Dabei werden reaktive Polyurethane im Gießverfahren und thermoplastische Elastomere im Spritzgießverfahren eingesetzt. Drei ausgewählte textile Bindungen mit verschiedenen Beschichtungen wurden statisch und dynamisch, anhand von Proben und endlos verbundenen Zugmitteln, ausführlich untersucht. Die daraus abgeleiteten Bauteil-Wöhlerlinien und Leistungsdiagramme bilden die Grundlage zur Auslegung der textilverstärkten Zugmittel für Anwendungen im Maschinenbau. The dissertation deals with a new textile reinforced with form-closed force application. The basis of structure, properties and sizing basics of roller chain drives and belt drives are discussed and considered textile and elastomeric materials. From consideration of the prior art, the knitted fabric with high tenacity filament of polymeric coatings and their development approach is derived. Using a special knitting process, the textile chain tension members are produced as a right / left-knit fabric. The special thing about it is the exact distribution of involvement of the pins in the mesh structure during manufacturing. Subsequent elastomeric coating significantly improves the mechanical properties and fixes the bolt axially. These reactive polyurethanes by casting and thermoplastic elastomers are used in injection molding. Three selected textile bonds with different coatings were statically and dynamically examine in detail the basis of samples and associated endless traction means. The derived component S/N curves and performance charts are the basis for the design of textile-reinforced tension means for applications in mechanical engineering.

Die Impulsentkopplung ist ein Verfahren, mit dem sich die aus der Reaktionskraftwirkung von Lineardirektantrieben resultierende Strukturanregung deutlich verringern lässt. Trotz zahlreicher Forschungs - arbeiten zur Impulsentkopplung konnte sie sich bisher in der Praxis aber nicht durchsetzen. Im Fachartikel werden erste Ergebnisse eines vom BMBF geförderten Forschungsprojekts vorgestellt. Ziel ist die Entwicklung einer praxistauglichen konstruktiven Lösung für die Impulsentkopplung.

This paper presents a hybrid actuator composed by a piezo and a hydraulic part and with a cascade PI-PID-PI control structure for camless engine motor applications. The idea of this contribution is using the advantages of both: the high precision of the piezo and the force of the hydraulic part. Piezoelectric actuators (PEAs) are mostly used for precision positioning, despite PEAs present nonlinearities, such as saturations, hysteresis and creep. In the control problem this kind nonlinearities must be taken into consideration. The Preisach dynamic model with the above mentioned nonlinearities is considered along with a cascade PI-PID-PI in this contribution. In particular, the hysteresis effect is considered and a model with a switching function is used also for the controller design. Simulations with real data are presented. © 2013 IEEE.

Die seit vielen Jahren durchgeführten VDI-MEG Kolloquien dienen der vertieften Diskussion eines speziellen Themas. "Mähdrescher-Kolloquien" wurden im Wechsel mit Dresden in Hohenheim bereits 1988, 1997 und 2005 durchgeführt. Seitdem ist die Entwicklung im Bereich der Getreideerntetechnik weiter schnell vorangeschritten; die Optimierung einzelner Baugruppen, die Erleichterung der Maschineneinstellung und die Automatisierung vieler Funktionen geben Anlass zu einer erneuten Bestandsaufnahme und Diskussion zukünftiger Entwicklungspotentiale. Der Bogen der in diesem Tagungsband zum vierten Hohenheimer Mähdrescher-Kolloquium behandelten Themen reicht dabei von der Grundlagenforschung über die Entwicklung bis hin zum praktischen Maschineneinsatz. For intensive discussion of special topics the VDI-MEG colloquia are established since many years. "Combine" colloquia have been realized in turns with Dresden at the University of Hohenheim in 1988, 1997 and 2005. The fast development of grain harvest technologies, the optimization of assemblies, the ease of machine adjustment and the automation of many functions causes the necessity to review the situation and show the prospects for further development.

Camless internal combustion engines offer improvements over traditional engines in terms of increased torque performance and fuel economy and of decreased emissions and pumping losses. The main goal of this project is to replace the camshaft system with electromagnetic actuators to control the intake and exhaust valves of internal combustion engines. Theoretically, electromagnetic valve actuators provide, with their control flexibility, the highest potential for improved efficiency. Sensorless control is one of the most important issues in implementations of this new technology. The main contribution of this paper is the proposal of a hysteresis hybrid observer to be applied for achieving a sensorless control. This observer consists of a combination of an extended Kalman filter with a hybrid automation. The proposed state-observation structure avoids bulky and complicated measurement systems, which is an important advancement for real-world applications. The introduced method is quite general and could be applied to other problems in which it is not feasible or affordable to obtain position and velocity measurements. In fact, in application with synchronous machines, such kind of an observer can represent a general approach to obtain a sensorless control. The proposed hysteresis strategy not only avoids chattering problems when the velocity is close to zero but also allows the use of unobservable sets and sets in which the observability level is too low to guarantee sufficient variation in the Kalman gains. The proposed structure consists of two models, each model containing two embedded switching conditions. The current is measured, and the position and the velocity of the electromagnetic valve are estimated. The effectiveness of the proposed method is demonstrated using measured data acquired from an experimental setup based on an innovative electromagnetic valve actuator.

This paper deals with a hybrid actuator composed by a piezo and a hydraulic part and with a switching Kalman Filter structure for camless engine motor applications. In the sensorless control problem, nonlinearities such as hysteresis, creep etc. must be taken into account. In this paper the Preisach dynamic model with the above mentioned hysteresis is considered together with a robust switching Kalman Filter utilized as an observer to manage the hysteresis nonlinearity. The control structure is realized using a Model Predictive Control strategy. Simulations with real data are shown.

In permanent magnetic machines the nonlinearity due to the quadratic terms of the current makes difficulties in the control system. In order to cancel the nonlinearity, a controller based on a controlled invariant subspace for the currents is proposed. The idea is to transform this controlled invariant subspace into an invariant one. Simulation results using real data measurements are reported to validate the proposed technique

In this paper the control of robotic manipulation is investigated. Manipulation system analysis and control are approached in a general framework. The geometric aspect of manipulation system dynamics is strongly emphasized by using the well developed techniques of geometric multivariable control theory. The focus is on the (functional) control of the crucial outputs in robotic manipulation, namely the reachable internal forces and the rigid-body object motions. A geometric control procedure is outlined for decoupling these outputs and for their perfect trajectory tracking. The control of robotic manipulation is investigated. These are mechanical structures more complex than conventional serial-linkage arms. The robotic hand with possible inner contacts is a paradigm of general manipulation systems. Unilateral contacts between mechanical parts make the control of manipulation system quite involved. In fact, contacts can be considered as unactuated (passive) joints. The main goal of dexterous manipulation consists of controlling the motion of the manipulated object along with the grasping forces exerted on the object. In the robotics literature, the general problem of force/motion control is known as "hybrid control". This paper is focused on the decoupling and functional controllability of contact forces and object motions. The goal is to synthesize a control law such that each output vector, namely the grasping force and the object motion, can be independently controlled by a corresponding set of generalized input forces. The functional force/motion controllability is investigated. It consists of achieving force and motion tracking with no error on variables transients. The framework used in this paper is the geometric approach to the structural synthesis of multivariable systems.

This paper proposes an approach to the analysis of the electromagnetic continuity differential equation of the Maxwell equations. Solutions through dyadic harmonic wavelets at different levels of resolution are presented. Wavelets approach, through their different space-time levels of resolution, can favorably describe the segmented space structure of some kinds of technical applications.

This paper deals with a general tracking problem for affine non-linear systems. The approach is quite general. In fact, a Lyapunov function is chosen and a stabilizing structure of the solution to solve a general tracking problem is proposed. Nevertheless, the general final solution is a discrete one and consists of an approximation of the continuous solution. Moreover, there is an assumption which should be guaranteed in order to obtain the explicit expression of the digital final solution. Despite this assumption the solution remains valid for a wide range of applications according to practical tests. The importance of the solution consists of its generality. In fact, any kind of non-linearity could be taken into account. Also technical nonlinearities such as hysteresis, saturations, and creep could be considered.

Neural networks are a very effective and popular tool for modeling. The inversion of a neural network makes possible the use of these networks in control problem schemes. This paper presents an inversion strategy based upon a feed-forward trained local linear model tree. The local linear model tree is realized through a fuzzy neural network. AMS Subject Classification: 92B20, 03B52, 90B15

Der eingeleitete Paradigmenwechsel in der automobilen Antriebstechnik sowie die wachsende Ressourcenknappheit erfordern eine Neudefinition der Wertschöpfungsketten. Im Interview mit ATZproduktion skizziert Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl, Leiter des Instituts für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universität Stuttgart (IFF) und des Fraunhofer IPA, wie die Automobilfertigung der Zukunft aussehen könnte und welchen Anteil Zulieferer und Fabrikausrüster daran haben.

This paper presents a parametrization of a feed-forward control based on structures of subspaces for a non-interacting regulation. With advances in technological development, robotics is increasingly being used in many industrial sectors, including medical applications (e. g., micromanipulation of internal tissues or laparoscopy). Typical problems in robotics and general mechanisms may be mathematically formalized and analyzed, resulting in outcomes so general that it is possible to speak of structural properties in robotic manipulation and mechanisms. This work shows an explicit formula for the reachable internal contact forces of a general manipulation system. The main contribution of the paper consists of investigating the design of a feed-forward force-motion control which, together with a feedback structure, realizes a decoupling force-motion control. A generalized linear model is used to perform a careful analysis, resulting in the proposed general geometric structure for the study of mechanisms. In particular, a lemma and a theorem are presented which offer a parametrization of a feed-forward control for a task-oriented choice of input subspaces. The existence of these input subspaces is a necessary condition for the structural non-interaction property. A simulation example in which the subspaces and the control structure are explicitly calculated is shown and widely explicated.

This paper deals with a hybrid actuator composed by a piezo and a hydraulic part and with a Robust Model Predictive Control (RMPC) structure combined with a feedforward control in camless engine motor applications. A combination between a feedforward control based on an inversion of the system and an MPC structure is considered. To perform a feedforward regulator an identification of the start condition of the piezo actuator is needed. This start condition of the piezo actuator is due to some structural constructive aspects which generate an offset into the piezo position. The feed- forward regulator results to be an affine function to compensate this offset. A procedure of its identification is proposed. The idea of the conception of the proposed new actuator is to use the advantages of both, the high precision of the piezo and the force of the hydraulic part. In fact, piezoelectric actuators (PEAs) are commonly used for precision positionings, despite PEAs present nonlinearities, such as hysteresis, saturations, and creep. In the control problem such nonlinear- ities must be taken into account. In this paper the Preisach dynamic model with the above mentioned nonlinearities is considered together with a feedforward control combined with a RMPC. Simulations of the implementation of the MPC structure together with the feedforward regulator and the above mentioned start condition of the piezo actuator with real data are shown.

Der Energieverbrauch bei der spanenden Herstellung eines Werkstücks wird von einer Vielzahl von Größen beeinflusst. Der vorliegende Beitrag greift die Bereiche Prozessplanung, Regelungs- und Stelltechnik sowie Konfiguration der CNC-Steuerung und Anpassung des NC-Programms heraus. Mittels virtueller Prototypen und geeigneter Simulationen kann bereits im Vorfeld der realen Fertigung eine energetische Bewertung des geplanten Bearbeitungsprozesses erfolgen und das NC-Programm optimiert werden.

Brushless-Motoren und -Regler haben in den vergangenen Jahren überall in der Technik einen unvergleichlichen Siegeszug angetreten. Sie sind inzwischen nicht nur eine Alternative zu den Bürstenmotoren, sondern haben diese vielerorts fast vollständig aus dem Markt gedrängt. Im Buch wird erklärt, wie die Brushless- Technologie funktioniert und worin die Gründe für ihren Erfolg bestehen. Als praktische Beispiele werden Anwendungen von verschiedenen Regler und Motoren unterschiedlicher Leistung diskutiert.

Die Studie bereitet den gesmtwirtschaftlichen und verkehrlichen Kontext des Straßengüterverkehrs in Deutschland bis 2030 auf. Im Zentrum der Lkw-Studie stehen die im Straßengüterverkehr eingesetzten, motorisierten Kraftfahrzeuge - vereinfachend Lkw oder Güterkraftfahrzeuge. Anhand aktueller verkehrsstatistischer Daten werden zum einen Strukturen und Trends bei Kraftsfahrzeugen im Güterverkehr analysiert. Zum anderen werden die technologischen Potenziale heutiger sowie mittelfristig verfügbarer Antriebs-, Fahrzeug- und Kraftstofftechnologien im Nutzfahrzeugsektor und ihre möglichen Auswirkungen auf Umwelt-, Energie- und Klimaziele untersucht.

Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2009 Seit dem Beginn des Spritzgießmaschinenbaus konnten die mit den Maschinen erreichbaren Prozessfähigkeiten durch verbesserte Technologien stetig gesteigert werden. Der Einsatz von elektromechanischen Antrieben in Spritzgießmaschinen mit den damit verbundenen Vorteilen in der Präzision der Maschinenbewegungen hat ebenfalls zu dieser Entwicklung beigetragen. In Zukunft wird eine weitere Steigerung der Reproduzierbarkeiten der Maschinenfunktionen nur noch bedingt zur Steigerung der Prozessfähigkeiten beitragen. Die Herausforderung liegt deshalb vielmehr darin, rohstoffinduzierte Prozessstörungen, wie die Effekte von Rohstoffchargenwechseln oder variierenden Restfeuchtigkeitsgehalten im Polymer, an der Spritzgießmaschine zu erkennen und zu kompensieren. Im Rahmen der Arbeit wird untersucht inwieweit die in den Achsantrieben verfügbaren Prozessinformationen zur Steigerung der Prozessfähigkeit eingesetzt werden können. Dazu werden zunächst Prozesskennzahlen definiert, die auf den Informationen der elektromechanischen Antriebstechnik der Spritzgießmaschinen basieren. In eingehenden Versuchsreihen wird anschließend die Reaktion der Prozesskennzahlen auf rohstoffinduzierte Störungen untersucht. Die Versuchsreihen zeigen bei allen verarbeiteten Polymertypen, dass die Parameter, die auf den dynamischen Phasen des Zyklus wie der Einspritz- und Plastifizierphase basieren, die höchsten Reaktionen zeigen. Im Anschluss an diese Versuchsreihen werden die Prozesskennzahlen als Eingangsgrößen einer auf statistischen Prozessmodellen basierenden Qualitätsregelung verwendet. Die dabei erreichten Abweichungen zwischen Qualitätsprognose und Istwert liegen auf sehr niedrigem Niveau. Im weiteren Verlauf der Arbeit wird ein neuartiger Ansatz zur Führung der Einspritzbewegung vorgestellt. Im Vergleich zum Standardspritzgießprozess wird bei der vorgestellten Prozessführung der Schneckenhub vollständig über ein Geschwindigkeitsprofil vorgegeben. Die Auswertung von gemessenen Schneckenpositionsverläufen zeigt leicht bessere Wiederholgenauigkeiten bei der geschwindigkeitsgeregelten Betriebsweise. Die Versuchsergebnisse verdeutlichen aber auch, dass Abweichungen im Schließverhalten der Rückströmsperre bei geschwindigkeitsgeregeltem Prozess deutliche Druckschwankungen verursachen. Im weiteren Verlauf der Arbeit werden die Effekte einer rohstoffinduzierten Störung auf die Formteilqualität für beide Prozessführungsvarianten untersucht. In beiden Fällen führt eine geänderte Schmelzeviskosität zu einem abweichenden Schließverhalten der Rückströmsperre. Wird dieser Effekt im Standardspritzgießprozess teilweise durch die Nachdruckphase kompensiert, hat er bei ausschließlich geschwindigkeitsgeregelter Betriebsweise einen großen Effekt auf das Formteil. Aufbauend auf den Ergebnissen der Versuche werden abschließend Möglichkeiten beschrieben wie über eine zyklusinterne Adaption des Einspritzgeschwindigkeitsprofils die Auswirkungen von wechselnden Schmelzeviskositäten kompensiert werden können.

Die vorliegende Arbeit behandelt die automatisierte Inbetriebnahme und Zustandsüberwachung elektrischer Antriebe. Sie konzentriert sich ausschließlich auf das mechanische System. Es werden mit Blick auf wirtschaftliche Aspekte bewusst ausschließlich die üblichen Sensoren verwendet. Zusätzliche Messwertaufnehmer, wie beispielsweise ein lastseitiger Geber oder ein Beschleunigungssensor, werden nicht eingesetzt. Der erste Teil dieser Arbeit widmet sich der Identifikation losefreier, elastischer Systeme. Dabei wird die Mechanik als Zwei- und Dreimassensystem modelliert. Der Antrieb darf nicht mit dessen Resonanzfrequenz angeregt werden, da sonst Beschädigungen bis hin zur Zerstörung der Anlage zu befürchten sind. Aus diesem und anderen Gründen erfolgt die Systemanregung nicht mit harmonischen Funktionen, sondern mittels pseudo stochastischer Binärsignale. Da die einstellbaren Eigenschaften des Testsignals einen besonders großen Einfluss auf das Identifikationsergebnis haben, kommt der Parametrierung des Testsignalgenerators im Rahmen dieser Arbeit sowohl bei den theoretischen Überlegungen als auch bei den experimentellen Untersuchungen große Bedeutung zu. Die Identifikationsprozedur gliedert sich in zwei Schritte: Zuerst wird mit Hilfe der Welch-Methode anhand der gemessenen Zeitsignale der Frequenzgang der Mechanik berechnet. Die verarbeiteten Signale sind die drehmomentbildende Komponente des Statorstroms und die Motordrehzahl. Die Welch-Methode wird mit den klassischen Korrelationsverfahren verglichen. Hier wird deutlich, dass die Welch-Methode insbesondere dann, wenn keine a priori Kenntnis über die Periode der Signale vorliegt, zu wesentlich besseren Ergebnissen führt. An die digitale Signalverarbeitung schließt sich die Bestimmung der Anlagenparameter unter Verwendung der Frequenzgangdaten mit Hilfe des numerischen Verfahrens von Levenberg und Marquardt an. Anhand digitaler Simulationen sowie umfangreicher experimenteller Untersuchungen an einer Laboranlage mit unterschiedlichen mechanischen Aufbauten wird die Zuverlässigkeit und Flexibilität der vorgestellten Methode deutlich herausgearbeitet. Die Durchführung der Identifikation kann sowohl im offenen als auch im geschlossenen Regelkreis und im laufenden Betrieb der Anlage erfolgen. Der Gegenstand des zweiten Teils der Dissertation ist die Fehlerdiagnose und Zustandsüberwachung von verschleißbehafteten Maschinenelementen. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf losebehaftete Elemente und schadhafte Wälzlager. Zur Diagnose von Lagerfehlern findet die Methode der Frequenzgangmessung erneut Verwendung. Es werden sowohl breitbandige Beschädigungen, die beispielsweise durch Verschmutzung oder mangelhafte Schmierung entstehen, als auch singuläre Beschädigungen von äußerem und innerem Laufring der Lager untersucht. Breitbandige Beschädigungen haben nicht vorhersagbare Änderungen über einen weiten Frequenz-bereich im Spektrum der Messsignale zur Folge. Im Gegensatz dazu rufen singuläre Defekte charakteristische Fehlerfrequenzen hervor. Experimentelle Ergebnisse für die verschiedenen Lagerfehler zeigen, dass die Frequenzganganalyse zur Erkennung von Lagerschäden gut geeignet ist. Das defekte Wälzlager wurde sowohl auf der Motor- als auch auf der Lastseite des Zweimassenschwingers installiert. Mit Hilfe der Analyse eines Beschleunigungsmesssystems wurde der Grad der künstlich realisierten Beschädigung eingestuft. Der Beschleunigungssensor wurde jeweils direkt am defekten Lager montiert. Bei der Lose handelt es sich um eine strukturumschaltende Nichtlinearität. Die Frequenzgangmessung wird auch für die Untersuchung losebehafteter Mechanik eingesetzt, obwohl dieses Verfahren ausschließlich für lineare Systeme erklärt ist. Die Grundidee besteht darin, die die Identifikation beeinträchtigende nichtlineare Eigenschaft der Lose als Indikator für das Vorhandensein einer dominanten Lose zu nutzen. Im Zuge der praktischen Arbeiten an einer Laboranlage hat sich herausgestellt, dass die Frequenzgangmessung nicht gelingt, wenn die Lose im Antrieb größer als 1° ist. Für die Durchführung der experimentellen Arbeiten zu losebehafteten Systemen wurde ein geeigneter Prüfstand entworfen und realisiert. Das Herzstück dieser Anlage ist eine Klauenkupplung, die die Einstellung der Loseweite ermöglicht. Die aus der Frequenzgangmessung gewonnene Information kann bei der Entwicklung einer Zustandsüberwachungseinrichtung als wertvoller Indikator für das Wachsen der Lose dienen. Die exakte Bestimmung der Loseweite ist auf diese Weise jedoch nicht möglich. Daher wird zusätzlich ein deterministisches Zeitbereichsverfahren zur Identifikation der Lose vorgestellt, das die Lose bis zu einer Weite von 0,5° gut identifiziert. Einschränkend ist hierzu zu bemerken, dass diese Methode nicht während des laufenden Betriebs der Anlage zum Einsatz kommen kann. The present work deals with the automatic commissioning and condition monitoring of the mechanical system of electrical drives and consists of two main parts. In the first part an identification method is developed, which is applied to two- and three-mass-systems without backlash. The identification is carried out in two steps: First the frequency response is calculated by processing the measured signals. For do-ing so, the Welch-method, which is known from the field of communications engineer-ing, is applied. The system is excited by pseudo random binary signals (PRBS). As the adjustable characteristics of this test signal have an enormous influence on the identifi-cation result, great emphasis is put on the adequate parameterization of the test signal generator. The second step leads to the parametric model of the system. The parame-ters are computed on basis of the beforehand obtained frequency response data by utilizing the Levenberg-Marquardt-algorithm. The second part of this research work addresses the condition monitoring and fault diagnosis by making use of the proposed identification method. The identification process can be accomplished during normal operation of the plant. This is important for cyclic condition monitoring. The investigations concentrate on drives with back-lash and rolling bearing faults. Different bearing damages are analyzed. Even though the frequency response is only defined for linear systems, the presented identification strategy yields information about changes of the mechanical characteristics caused by bearing faults and backlash. As the gear play itself cannot be determined in this way, a time domain identification method is presented for this purpose. Experimental results are given in order to confirm the presented identification method. Furthermore, the experimental investigations point out that this method is suitable for detecting bearing faults and dominant backlash in drives.

Bearbeitungssysteme sind heute weltweit sowohl mechanisch als auch steuerungsseitig auf einem sehr hohen technischen Niveau. Die grundlegenden Maschinenstrukturen sind seit Jahrzehnten bewährt. Das Herausarbeiten von Alleinstellungsmerkmalen, sogenannter "unique selling points", ist daher eine immer größer werdende Herausforderung für Unternehmen des Werkzeugmaschinenbaus. "Intelligente" Antriebs- und Steuerungstechnik kann hierzu einen Beitrag leisten. Erfolgversprechend als zukünftiges Differenzierungsmerkmal sind beispielsweise Energieeffizienz und geringer Wartungsaufwand.

Mobilität ist eine der Grundlagen von Wohlstand und arbeitsteiligem Wirtschaften. Derzeit hängt die individuelle Mobilität von fossilen Energieträgern ab. Deren Endlichkeit zwingt die Industriegesellschaften dazu, bereits heute Alternativen zu suchen. Ein Kraftstoff der Zukunft muss sich dabei in ökonomischer und ökologischer Hinsicht dem Benchmark der erdölbasierten Kraftstoffe stellen. Die umfassende Analyse der aus heutiger Sicht denkbaren Alternativen zeigt, dass auch in den nächsten 15 Jahren Diesel und Benzin das Rückgrat der Kraftstoffversorgung bilden werden. Alternativen wie Erdgas oder Biodiesel werden dagegen Nischenprodukte bleiben. Hohe Bereitstellungskosten, geringe Mengenpotenziale und teilweise eher durchwachsene Ökobilanzen machen ihre Zukunft als eigenständige Kraftstoffformen fraglich. Aus ökonomischer und ökologischer Sicht spricht jedoch vieles dafür, dass die alternativen Kraftstoffe in Form von Untermischungen einen Beitrag zur Diversifizierung des Kraftstoffmarkts leisten können. Langfristig dürfte es zu einem Übergang auf regenerativen Wasserstoff kommen, der als einziger alternativer Energieträger das Potenzial besitzt, die etablierten Kraftstoffe komplett zu ersetzen. Bis dahin sind aber noch viele technische Probleme in der gesamten Bereitstellungskette zu lösen. Our prosperity and the division of labour is founded on the mobility of people and goods. Individual mobility is today largely dependent on fossil fuels. Since these are finite, our industrialised societies are already being forced to seek alternatives. From both the economic and the ecological points of view, oil-based fuels must be the benchmark against which future energy sources are measured. A comprehensive analysis of all currently imaginable alternatives makes clear that over the next 15 years diesel oil and petrol will continue to constitute the backbone of our energy supplies. Alternatives, such as natural gas and biodiesel, will not attain significant market shares. High supply costs, limited reserves and, in some cases, rather mixed ecological audit scores cast doubt on their potential roles as replacement fuels in their own right. There is, however, rather strong economic and ecological evidence that these alternative fuels will be able to contribute to the diversification of the fuel market in the form of fuel supplements. In the long term, it seems likely that there will be a move to the use of fuel cells since, alone among alternative energy sources, regenerative hydrogen has the potential to replace established fuels completely. Until then, however, many technical problems remain to be solved at all stages of the supply chain.

Beschichtungen mit integrierten sensorischen Eigenschaften eröffnen völlig neue Wege in der zukünftigen Gestaltung von Antriebselementen. Die intelligenten Schichtsysteme verfügen über hervorragende tribologische Eigenschaften und dienen zudem als Sensor für die Messung von Kraft und Temperatur sowie Torsion und Vibration im Reib- und Wälzkontakt. Die Realisierung von intelligenten, sensorischen Oberflächen kann auf verschiedene Weise erfolgen. Eine essentielle Forderung besteht vor allem darin, dass die Beschichtung neben den elektrisch-sensorischen Anforderungen auch die für die jeweilige Anwendung erforderlichen tribologischen Qualitäten erfüllt. Dazu entwickelte das Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik ein multifunktionales Schichtmaterial, das unter der Marke Dia-Force geschützt wurde. Es besteht aus amorphem Kohlenstoff mit definierten Nanostrukturen und kann, je nach den gewünschten Eigenschaften, mit kleinen Mengen verschiedener Metalle dotiert sein. Auf diese Weise werden winzige Nano-Partikel in der Schicht gebildet, die zur Einstellung der gewünschten elektrischen Eigenschaften verwandt werden können. Das 'Dia' in der Markenbezeichnung deutet an, dass ein Teil des Kohlenstoffs in der unverwüstlichen und extrem harten diamantartigen Struktur gebunden ist. Das Material ist extrem verschleißfest und reibungsarm und verfügt über hervorragende sensorische Eigenschaften. Die Dia-Force-Schichten werden mit modernen Plasmaverfahren im PVD- oder CVD-Modus hergestellt. Zur Verwirklichung von Sensor integrierten Beschichtungen für Wälzlager, ist es erforderlich, lokale Messpunkte aus der Dia- Force-Schicht bilden zu können, ohne dass die Topographie der Laufbahn nachteilig verändert wird. Hierzu wurde im FhG/IST ein planares Mehrlagenschichtsystem und eine geeignete Mikrostrukturierung entwickelt, die es gestattet, sensorische Netzwerke direkt in die Laufbahn der Wälzkörper zu integrieren.

In Standardantrieben, wie sie heute in sehr großer Zahl beispielsweise in der Förder-, Klima- oder Kältetechnik eingesetzt werden, finden sich immer noch überwiegend drehzahlstarre Motoren, aufgrund der geringen Anschaffungskosten. Anstatt die Antriebsleistung für Pumpen, Lüfter oder Kompressoren bedarfsgerecht zu regeln, erfolgt die Regelung zumeist mechanisch über Drossel- oder Bypass-Einrichtung, während der elektrische Antrieb selbst mit seiner Nennleistung läuft.

Häufig führt der Verschleiß an hochbelasteten Gleit- und Wälzkontakten in elektromechanischen Antriebseinheiten zum Ausfall von Maschinen und Anlagen. Ein neues Verfahren nimmt nun diese mechanischen Antriebskomponenten unter die Lupe, um mögliche Fehlerstellen schon im Frühstadium zu diagnostizieren.

Durch technische Veränderungen, beispielsweise durch den Einsatz von I&K-Technologien oder neuen Antriebs- und Werkzeugkonzepten, konnten in der Fertigungstechnik in wissenschaftlichen Untersuchungen erhebliche Leistungsverbesserungen erzielt werden. Diese Leistungspotenziale auch im Unternehmensalltag umzusetzen, ist jedoch schwierig, da häufig das erforderliche Wissen fehlt, um die Prozesse in den Grenzbereichen ihrer Leistungsfähigkeit zu fahren.

Vorliegender Band ist einer von insgesamt vier Bänden der Neuauflage des einbändigen Standardwerks "Materialfluss und Logistik" von R. Jünemann, das in erster Auflage 1989 erschienen ist. Dieses Buch dient Studierenden des Maschinenbaus, der Elektrotechnik und der Logistik an Universitäten und Fachhochschulen als Lehrbuch und gleichzeitig Ingenieuren in der Praxis als Nachschlagewerk. Architektur und Aufbau von Steuerungs- und Informationssystemen in Materialfluss und Logistik bilden einen Schwerpunkt des Buches, ergänzt durch die praxisgerechte Behandlung der Gerätetechnik der Informationsfluß- und Steuerungsmittel.

Hochpräzise Positionierantriebe finden in vielen Bereichen des Maschinenbaus Anwendung, z.B. in der Robotik oder der Automatisierungstechnik. Als Antriebe im kleinen und mittleren Leistungsbereich kommen bisher Direktantriebe (Torque-Motoren), Servomotoren mit Getriebe oder Schrittmotoren in Frage. Ein neuartiges Antriebskonzept, bestehend aus Piezoaktoren und Harmonic-Drive-Getriebe, stellt aufgrund der präzisen Positionierbarkeit und der hohen Leistungsdichte der Piezoaktoren eine interessante Alternative zu den herkömmlichen Antrieben dar.

Bereits seit mehr als 150 Jahren werden Krane in der Industrie für unterschiedliche Aufgaben eingesetzt. Nachdem viele Jahrzehnte lang fast ausschließlich mechanische Probleme zu lösen waren, ist eine weitere Entwicklung auf dem Gebiet der Krantechnik nur noch durch Standardisierung und konsequenten Einsatz moderner Sensor-, Steuerungs- und Informationstechnik zu erreichen. Der Automatisierungsgrad kann sich von der Ausrüstung mit einer Funk- oder Infrarotfernsteuerung für die Flurbedienung über die automatische Leer- und Lastfahrt bis zur Vollautomatik erstrecken, die eine automatische Lastaufnahme und damit geeignete Lastaufnahmemittel (LAM) erfordert. Die Kranautomatisierung stellt besondere Anforderungen an die Antriebssysteme, die Positionserfassung und die Pendelwinkelmessung und -dämpfung. Variable Bewegungsabläufe und eine Reduzierung der Belastungen der Kranmechanik erfordern Antriebe, die sich in weiten Bereichen in der Drehzahl verstellen lassen und ohne Momentsprünge einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil folgen können. Für eine absolute schlupffreie Positionserfassung stehen heute leistungsfähige Laser-Entfernungsmeßgeräte zur Verfügung. Zur Erfassung der Pendelzustandsgrößen kommen diverse Sensoriksysteme zum Einsatz. Viele Anwendungen lassen sich auch ohne Sensorik mit einem modellgestützen Ansatz realisieren.

Die moderne Industrieelektronik ist das technologische Bindeglied zwischen den traditionell bedeutsamen Wirtschaftszweigen Maschinenbau, Anlagenbau sowie Produktionsautomatisierung einerseits und der Mikroelektronik und Informationstechnik andererseits. Um die innovationstreibende Rolle der Mikroelektronik in diesem Umfeld zu belegen, bedarf es nicht notwendigerweise der Behandlung aktuell vieldiskutierter Errungenschaften, wie beispielsweise "Fuzzy Control" oder "maschinelles Sehen". Vielmehr sind es die breitenwirksamen Beiträge der Mikroelektronik, die bereits weitgehend die relevanten Technologien in der Industrieelektronik und Automatisierungstechnik umgestalten.

Die Simulation ist heute aus der Produkt- und Produktionsgestaltung nicht mehr wegzudenken. Sie nimmt in der Produktionstechnik eine bedeutende Rolle als Hilfsmittel zur Planung und Optimierung in allen Phasen des Produktentstehungsprozesses ein. Die Anwendung der Simulation geht von der Fabrikplanung und Produktentwicklung über Prozessplanung bis in den operativen Betrieb. Übergeordnetes Ziel der Simulation ist die Beschleunigung und Optimierung des Produktentstehungsprozesses in Bezug auf Kosten und Qualität.

Große Sensationen bei der Konstruktion von Robotern ereignen sich derzeit nicht. Doch viele kleine Verbesserungen, insbesondere durch Verwendung moderner antriebstechnischer Komponenten, ergeben letztlich auch Vorteile auf dem Markt.

Qualitätskosten liefern allgemein anerkannte Kennzahlen zur Steuerung der Qualitätssicherungsmaßnahmen. Da sie nach Fehlerverhütungs-, Prüf- und Fehlerkosten getrennt erfasst und ausgewiesen werden, sind sie das geeignete Mittel, um das betriebsspezifisch optimale Verhältnis zwischen Fehlerverhütungs- und Prüf bzw. Fehlerbehebungsaufwand zu erkennen und zu steuern. Darüber hinaus zeigen ausreichend detailliert erfasste und zugeordnete Qualitätskosten, welche Produkte und Komponenten überproportionel Kosten verursachen und wo im Leistungsbringungsprozeß erfolgversprechend eingewirkt werden kann.