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Metal springs are used extensively in technical products. The mathematical relationships and Goodman diagrams contained in the DIN EN 13906-1 standard form the essential basis for the design and calculation of cylindrical helical compression springs. They are used not only nationally, but internationally in the spring industry and by spring users. However, the diagrams are more than 50 years old and no longer reflect the current status of modern spring materials and spring manufacturing technologies. This results in great uncertainty for users of the standard, which currently has to be compensated by costly fatigue tests. In order to overcome the problems, the research project IGF 19693 aimed to renew the Goodman diagrams of the DIN EN 13906-1 standard in accordance with the state of spring technology. Therefore, the FKM guideline “Analytic Strength Assessment for Springs and Spring Elements“ was used to calculate permissible fatigue strength values for standard springs. Additionally, an extensive experimental program was carried out with fatigue tests on cold-formed helical compression springs to validate the calculations. The main results of the project are presented in this manuscript, which strengthens SMEs in designing competitive springs, which they can offer in a shorter time and at a lower cost due to lower development costs.

Diese Arbeit dreht sich um die Konstruktion einer Aufstellvorrichtung für die Schrottkübel im Stahlwerk Thüringen. Dabei geht es im ersten Teil der Arbeit um die allgemeine Vorbetrachtung zum Thema Vorrichtungen und die Recherche, welche Möglichkeiten es aktuell gibt, um schwere Lasten zu wenden. Anschließend erfolgt die Einführung in die Aufgabenstellung, bei der diese präzisiert und Ziele definiert werden. Der darauffolgende Abschnitt dreht sich um die Vorbetrachtung zum gegebenen Sachverhalt. Hier werden die Umgebungsbedingungen und die Anforderungen an die zu konstruierende Vorrichtung analysiert. Zudem wird der Schrottkübel untersucht, wobei die Abrollkurve untersucht und die Kinematik des Schrottkübels betrachtet werden. Im Folgenden wird ein Konzept für die Vorrichtung erarbeitet, welches durch eine Funktionsstruktur und Variationstabellen weiter aufgegliedert wird. Durch den morphologischen Kasten werden mehrere mögliche Varianten betrachtet, woraus im weiteren Verlauf die zugehörigen technischen Prinzipe erstellt werden. Diese erhalten anschließend eine Bewertung, wodurch eine optimale Variante bestimmt wird. Diese wird während der Entwurfserarbeitung weiter aufgeschlüsselt und mithilfe eines konkretisierten technischen Prinzips in eine geometrische Form gebracht. Darauf aufbauend wurden die technischen Zeichnungen erstellt und die notwendigen Berechnungen durchgeführt. Im letzten Teil der Arbeit wird ein Fazit zu den erhaltenen Ergebnissen aufgezeigt, sowie ein Ausblick, was der weitere Verlauf für die Vorrichtung bereithält.

Fiber-reinforced polymers (FRP) are established as high-tech materials for special purposes such as racing cars, planes or bicycles. Nowadays, they are increasingly used for functional parts and machine elements. For lightweight optimization, FRP sandwich structures can be used, which also appear to be suitable for spring applications. But material data availability is often limited for UD-specimen or specific load cases, which makes it difficult to use FRPs for technical springs. In order to reduce this gap and to facilitate the development of new applications, this paper deals with the basic static and cyclic behavior of FRP sandwich strips under torsional load. Therefore, manufacturing methods have been developed, to produce FRP strip specimens with GFRP and CFRP shells containing various core materials. An analytical model was used to describe the static behavior, which shows decent agreement with test results. Initial studies on fatigue characteristics of these strips were carried out as well as tests on associated volute springs. The results contribute to composite lightweight spring design and could extend the range of applications for composite springs in the future.

Die Verfahren der additiven Fertigung scheinen eine vielversprechende Antwort auf viele neuen Anforderungen eines sich ständig ändernden Marktes zu sein. Sie stellen ein höchst dynamisches aufstrebendes Feld dar und werden zunehmend über die Prototypenfertigung hinaus auch in der (Klein-)Serienproduktion eingesetzt. In der vorliegenden Arbeit wurde ihre grundlegende Eignung, Möglichkeiten und Grenzen für die Herstellung von Federn aus Kunststoff untersucht. Diese grundlegende Eignung der additiven Fertigung für die Herstellung von Kunststofffedern ließ sich hierbei feststellen, insofern die verfahrens- und werkstoffspezifischen Einschränkungen berücksichtigt werden. Es wurde ein Anforderungskatalog an additiv herzustellende technische Federn und eine Bewertungsmethode erstellt, welche die Eignung der Verfahren überprüft und den Anwender bei ihrer Auswahl unter Berücksichtigung von Art, Geometrie und Einsatz der Feder sowie verschiedener Prioritätensetzungen für die Wichtung von bspw. der Nachhaltigkeit, Bauteilqualität oder Verfahrenskosten, unterstützt. Die in dieser Bewertungsmethode abgedeckten Verfahren waren SLA und PolyJet, SLS und MJF, FLM und 3DP. Anschließend wurde in der Testphase eine Reihe an Testfedern verschiedener Geometrien und Arten aus PETG, PLA und TPC entworfen, gedruckt und eine Auswahl in statischen Versuchen auf ihr Federverhalten untersucht. Es wurde eine Reihe an Handlungs- und Gestaltungsempfehlungen abgeleitet, die Hinweise zu grundlegenden Eignung, Konstruktion und zum FLM-Druck verschiedener Federtypen aufführen. Beim Vergleich der gemessenen Federkennlinien mit zuvor auf Basis der durch die Hersteller gegebenen Werkstoff-Kennwerte simulierten Kennlinien ließ sich ein Zusammenhang feststellen. Im Vergleich mit konventionellen Federn mit vergleichbarem Bauraumbedarf und Gewicht konnten sie in den meisten Fällen größere Federraten erreichten. Die drei Werkstoffe wurden im Hinblick auf die Federrate, die Hysterese, das Relaxationsverhalten, die Bruchneigung, die plastische Verformung und Veränderung der Kennlinie über die Versuche und die Reproduzierbarkeit der Bauteileigenschaften in mehreren Drucken verglichen. PETG und PLA erreichten im Schnitt die besten Werte und TPC die niedrigsten.

Die vorliegende Arbeit untersucht die Möglichkeiten, technische Federn mittels additiver Fertigungsverfahren herzustellen. Dabei werden diese auf die Metallverarbeitung beschränkt. Dazu werden die Verfahren wie auch verschiedene Federtypen vorgestellt. Die Möglichkeiten, Chancen und Probleme der Verfahren werden aufgezeigt, und die Eignung für die Federherstellung bewertet. Darauf aufbauend wird eine Musterfeder konstruiert, und mit dem Verfahren Laserschmelzen gefertigt. Dabei ist der Ausgangspunkt der Konstruktion eine konventionell gefertigte Schraubendruckfeder. Ausgehend von den ermittelten Messergebnissen werden die Feder und das Verfahren bewertet. Durch die Erkenntnisse der Musterfeder können grundlegende Ausblicke für andere additive Verfahren beschrieben werden.

Für die Auslegung von zyklisch beanspruchten Schraubendruckfedern enthält die Norm DIN EN 13906-1 Goodman-Diagramme mit zulässigen Spannungen. Deren Ermittlung liegt Jahrzehnte zurück, weshalb die Norm im Vergleich zum heutigen Stand der Technik zu Ungenauigkeiten in der Federauslegung führt, die je nach Material größtenteils konservativ, teilweise aber auch kritisch im Betrieb sind. Um diese Unzulänglichkeiten zu überwinden, wurden die zulässigen Spannungen in einem Forschungsvorhaben mithilfe der 2020 erstmals erschienenen FKM-Richtlinie für Federn neu ermittelt, mit Schwingversuchen validiert und anschließend neue Schwingfestigkeitsdiagramme erstellt. Weiterhin wurde eine Übertragung der zulässigen Spannungen in den neuen Diagrammen auf andere, ähnliche Schraubendruckfedern entwickelt. Der Beitrag soll die Ergebnisse des Vorhabens zusammenfassen und einen Eindruck vermitteln, welche Einflüsse auf die Schwingfestigkeit nun berücksichtigt werden können, um mit besser passenden Schaubildern konkurrenzfähige Federn in kürzerer Zeit und mit weniger Versuchsaufwand nach dem aktuellen Stand der Forschung auszulegen.

In einem Ende 2018 abgeschlossenen Forschungsprojekt (IGF 1899BR) wurden mathematische Zusammenhänge für das Kriech- und Relaxationsverhalten von Federstahldrähten und daraus gefertigten Schraubendruckfedern auf Basis von zweitägigen bis maximal zweiwöchigen Versuchen erarbeitet. Darauf aufbauend wurde im Nachgang exemplarisch das Langzeitkriechverhalten (etwa ein Jahr) von Federstahldrähten unter Torsionsbeanspruchung untersucht.

Die Einsatzgebiete von Drähten sind heute sehr breit gefächert. und eines der wich-tigsten davon sind Stahlseile. Diese Seile werden in vielen verschiedenen Bereichen wie Minen, Ölquellen, Brücken, Kranseile, Turmdrehkrane, Aufzug, Schiffsseile, Angelseile eingesetzt. Es gibt bestimmte Werte, die bei der Herstellung dieser Drähte eingehalten werden müssen. Die Mindestbiegezahl aus diesen Werten ist in DIN EN 10264 - 1...4 angegeben. Die in DIN ISO 7801 angegebenen Biegeradius-Werte variieren je nach Durchmesser des Drahtes, und diese Biegeradius-Durchmesseränderungen wirken sich auf die Dehnung und damit auf die Biegezahl aus. Das Ziel dieser Studie ist es, ein System zu entwerfen, das die Dehnung von Drähten beim Biegeversuch mit unterschiedlichen Durchmessern (0,8-2 (4) mm) konstant hält. Vor Beginn der Konstruktion wurde eine Anforderungsliste für Teilaufgaben erstellt sowie eine Marktforschung durchgeführt. Dann wurden verschiedene Lösungen für Teilaufgaben gefunden. Diese Lösungen wurden mit den Lösungen in früheren Studien verglichen und verschiedene Kombinationen erstellt. Diese Kombinationen wurden untereinander bewertet und das System mit der höchsten Punktzahl wurde ausgewählt. Im letzten Schritt wurden alle Systemdetails gezeichnet. Zu kaufende Teile und alle zu verwendenden Teile sind aufgelistet.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Fertigungsschritt Vorsetzen bei der Herstellung von Schraubendruckfeder und der Vorhersage des Vorsetzbetrages. Für die Berechnung wurde ein vorhandenes Berechnungsmodell in Form eines Excel-basierten Tools verwendet. Dieses Model wurde zum einen um Effekte der Geometrieänderung erweitert. Unter Geometrieänderungen versteht man Effekte des Windungsanlegens und der Federdurchmesseraufweitung. Weiter wurde das Excel-Tool für die Werkstoffklasse der nichtrostenden Stähle erweitert. Eine Besonderheit dieser Klasse ist ein nichtlinear-elastisches Materialverhalten. Um dieses Merkmal abzubilden, wurden zwei konkrete Materialien dieser Werkstoffklasse (1.4310 und 1.4568) untersucht. Für diese Materialien wurden Torsionsprüfungen mit ausführlicher Analyse der Spannungs-Schiebungs-Diagramme des Entlastungsvorgans durchgeführt. Aus diesen Diagrammen wurde ein Zusammenhang zwischen der maximalen Schiebung, bis zu der das Drahtstück belastet wurde, und der Form der Rücklaufkurven abgeleitet. Für die Berechnung werden wahre Spannungen anstatt Ingenieursspannungen verwendet. Die wahre Spannungs-Schiebungs-Kennlinie wird mit Hilfe der Ramberg-Osgood-Gleichung beschrieben. Das Berechnungsmodell wurde sowohl für Materialien mit als linear angenommenem Rücklauf als auch mit nichtlinear-elastischem Werkstoffverhalten ergänzt. Das Excel-Tool wurde sowohl durch einen Vergleich von Vorsetzbeträge auf Basis von FEM-Simulationen als auch über Versuchsergebnisse aus Vorsetzversuchen verifiziert.

Um den Vorgaben des Gesetzgebers gerecht zu werden und den Erwartungen der Kunden zu entsprechen, steht die Automobilindustrie ständig vor neuen Herausforderungen. So ist es das Ziel, mit dem derzeit in der Entwicklung befindlichen Doppelkupplungsgetriebe 8F-eDCT von Mercedes-Benz die Verlustleistung des Vorgängermodells zu minimieren. Um auf dieses Ziel hinzuwirken, wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein verlustleistungsoptimiertes Schmierkennfeld entworfen. Dieses Kennfeld für das neue getriebeeingangsdrehzahlunabhängige Pumpensystem soll sich an dem alten teilautonomen, an die Antriebsdrehzahl gekoppelte Schmiersystem ausrichten. Hierzu werden Messdaten aus Versuchsfahrten und Prüfläufen hinsichtlich Schmierölmengen analysiert, um relevante Beölungszustände zu bestimmen. Die gesammelten Erkenntnisse werden in einem Kennfeldentwurf festgehalten. Dieser Entwurf wird im Rahmen der laufenden Entwicklungsaktivitäten weiter geprüft. Zusätzlich werden Untersuchungen angestellt, bei denen das Potenzial von Leichtbauwellen genauer untersucht wird. Hierzu werden Prinzipversuche auf einem Prüfstand mit eigens angefertigten Prüfwellen durchgeführt. Die radialen Schmierbohrungen der Welle werden mittels angefertigten Drosseln variabel gestaltet, sodass verschiedene Querbohrungsvariationen abgeprüft werden können. Zusätzlich werden noch weitere mögliche Einflussfaktoren auf die Welleninnenbeölung, wie bspw. Drossellänge untersucht und bewertet. Die Versuchsauswertungen zeigen, im Vergleich zu den Voruntersuchungen mit der in Serie befindlichen Welle des 8F-DCT, bis auf die Gewichtseinsparung, keine Verbesserung durch die Leichtbauwelle. Für einen finalen Konstruktionsvorschlag bzgl. der Wellenkonfiguration bedarf es noch weiterführende Untersuchungen und Messungen. Für genauere Aussagen bezüglich des Beölungsverhaltens der Leichtbauwelle sollten Untersuchungen mit ggf. mehr Messtechnik durchgeführt werden. Die Ergebnisse fließen in die Entwicklung des Doppelkupplungsgetriebes mit ein.

Diese Masterarbeit behandelt die rechnerische Bestimmung der Betriebsfestigkeit von Zugfedern und die Darstellung der Ergebnisse in Schaubildern. Dafür wird ein vollständiger Festigkeitsnachweis nach der FKM-Richtlinie für Federn durchgeführt. Anschließend können verschiedene Dauerfestigkeitsschaubilder für die versagenskritischen Stellen erstellt werden. Die Arbeit erläutert zunächst die aktuelle Vorgehensweise in der Auslegung von Zugfedern. Außerdem werden die vorhandenen Spannungen in Zugfederösen analytisch mit Gleichungen sowie rechnerunterstützt bestimmt und Abweichungen werden aufgezeigt. Anschließend werden die Gleichungen an die Simulationsergebnisse angepasst. Dazu kommen für die Beanspruchungen FEM-Simulationen zum Einsatz. Zusätzlich wird der Einfluss des Übergangsradius zur Öse auf die Spannungen in der Zugfeder und die Zusammensetzung der Beanspruchungen geklärt. Schließlich wird der Ermüdungsfestigkeitsnachweis in MS Excel aufbereitet und eine allgemeine Vorlage für weitere Zugfedern erstellt.

Aufgrund der Drahtkrümmung kommt es bei gewundenen Schraubenfedern mit kreisrunden Drahtquerschnitt zu einer Spannungsüberhöhung am federinneren Querschnittsumfang, welche durch einen Spannungskorrekturfaktor in der analytischen Berechnung der Schubspannungen berücksichtigt wird. In Zukunft wird auch vermehrt auf die ovalförmigen Multiarc-Drahtquerschnitte zurückgegriffen, die zugunsten geringerer Einbauhöhen eine reduzierte Querschnittsbreite aufweisen. Somit besteht großes Interesse an einer Berechnungsvorschrift, mit der die Spannungskorrektur für Federn mit Multiarc-Querschnitt vollzogen werden kann. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgt die Entwicklung von Spannungskorrekturmodellen für zwei Multiarc-Querschnitte mit einem Achsverhältnis von 1.25 durch FEM-Berechnungen mittels der Open-Source-Software CalculiX. Dazu wird eine bereits bestehende Methode zur automatisierten Erstellung eines FEM-Schraubenfedermodells an die Geometrie des Multiarc-Querschnitts angepasst. Auf den FEM-Berechnungen basierend werden zwei Lösungsansätze zur analytischen Berechnung der korrigierten maximalen Schubspannung entworfen. Die Modelle berücksichtigen hierbei nicht nur die Abhängigkeit der Spannungsüberhöhung vom Wickelverhältnis, sondern ebenso vom bezogenen Federweg.

Um den Drahtziehprozess zu verbessern, werden in der Arbeit die Parameter des Drahtziehens mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung untersucht. Das Drahtziehprozess wird mit Software Ansys simuliert. Die Ergebnisse der Simulation werden durch Software Minitab bewertet. In der Arbeit wird ein passender Versuchsplan aufgestellt. Durch diesen Versuchplan wird die Beziehung zwischen Einflussgrößen und Zielgrößen ermittelt. Durch eine Zielgrößenoptimierung werden die optimalen Werte von Faktoren für die Zielgrößen in mehreren Ziehstufen festgelegt.

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit dem Entwicklungsablauf von Blechdurchzügen mit Gewinden. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, den bereits bestehenden Entwicklungsablauf zu optimieren. Zunächst werden die Grundlagen und der aktuelle Stand dargestellt und die vorhandene Definiton von Gewindedurchzügen genauer untersucht. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Festigkeit dieser Bauteile und die Möglichkeiten diese zu prüfen. Mithilfe dieser Grundlagen und praktischen Untersuchungen zu den Einflüssen auf Schraubverbindungen mit Gewindedurchzug wird die Zeichnungsdefinition überarbeitet und an neue Anforderungen angepasst. Außerdem wird ein neuer Ablauf für die Entwicklung von Blechdurchzügen mit Gewinden erstellt. Anschließend wird eine Datenbank konzeptioniert, mit der das Abspeichern und Verwalten von Blechbauteilen mit Gewindedurchzug vereinfacht werden soll. Zudem wird ein Berechnungstool erstellt, mit dem das Anzugsdrehmoment von Schraubverbindungen, die einen Gewindedurchzug besitzen, rechnerisch bestimmt werden kann. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind die Grundlage für den Umgang mit Gewindedurchzügen während der Entwicklung und der Serienproduktion.

In dieser Arbeit wurden Prozesse entwickelt und bewertet, welche eine technische Dichtheit von Stabilisatorenenden generieren und die Zeichnungsanforderungen von Kunden, an diese, erfüllen. Priorisiert in dieser Arbeit war es, möglichst taktzeitneutral die bestehenden Anlagen zu qualifizieren die geforderten Eigenschaften zu erzeugen. Dazu wurden die Prozessparameter der Warmarbeit von Stabilisatorenenden angepasst und Werkzeuge entwickelt, welche die Bearbeitung verbessern. Außerdem etablierte sich die Nacharbeit erhöhter Leckagen mittels eines Silikats, welches in das Stabilisatorenende eingebracht wird. Des Weiteren wurde auch die kritische Leckage definiert, ab welcher die Bauteile nachgearbeitet werden müssen. Dazu durchliefen die geprüften Stabilisatoren, mit definierten Leckagen, die korrosionskritischen Prozessschritte, eine Umweltsimulation und anschließend einen Betriebsfestigkeitstest. Mit dieser Arbeit wurde ein entscheidender Ansatz aufgezeigt Stabilisatorenenden abzudichten und somit der kritischen Innenkorrosion vorzubeugen. Außerdem wurden die geometrischen Charakteristika, welche durch die Warmarbeit beeinflusst werden können, verbessert und somit Fertigungstoleranzen verkleinert und Prozesse sicherer gemacht.

In dieser Bachelorarbeit wurden faserverstärkte Kunststoffe in Sandwichbauweise unter statischer und dynamischer Torsionsbelastung geprüft. Dabei sollen die gewonnenen Erkenntnisse vorwiegend für das Konstruieren und Auslegen von Kegeldruckfedern nutzbar sein, wobei das Ermüdungsverhalten im Vordergrund steht. Zuerst werden dabei die Grundlagen faserverstärkter Kunststoffe erläutert, unter anderem der Aufbau, verwendbare Materialien und Herstellungsverfahren. Darauffolgend wird auf statische und dynamische Versagensarten, sowie die Klassische Laminattheorie eingegangen und ein analytisches Modell zur Berechnung der Torsionssteifigkeit vorgestellt. Im Anschluss daran werden Aufgaben- und Zielstellung der Arbeit definiert und Vorbetrachtungen zu Probekörpergeometrie und zu verwendende Werkzeuge getroffen. Es wurden statische Versuche an vier Proben durchgeführt und mit den Ergebnissen der analytischen Versuche verglichen. Auf Basis der Erkenntnisse der statischen Versuche wurden Mittelwinkel und Lastniveaus der dynamische Torsionsschwellversuche abgeschätzt. Vorversuche zum genauen Bestimmen der Amplituden fanden statt und dynamische Versuche wurden an 50 Proben durchgeführt. Dynamische Versuche der Probekörper wurden bis zum Bruch oder bis zum Erreichen von einer Million Zyklen fortgesetzt. Die aus den Versuchen gewonnenen Werte wurden zur Erstellung eines Wöhlerdiagrammes verwendet und das Ermüdungsverhalten, sowie auch das Versagen des Laminates, wurden bewertet. Abschließend werden Ableitungen und Empfehlungen für den Einsatz des Laminataufbaus in Sandwichbauweise als Kegeldruckfedern gegeben.

Diese Bachelorarbeit behandelt die Entwicklung und Konstruktion eines adaptiven automatisierten Schnellwechselsystems für schwere Kunststoff- und Spritzgießwerkzeugebis zu 10 t Gewicht. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Auswahl des geeigneten Automatisierungsmechanismus, welcher mit einem konventionellen Spannmechanismus zu kombinieren ist. Der Stand der Technik wird hierbei berücksichtigt. Die Richtlinie VDI2221 wird als Methode der Konstruktion verwendet. Mithilfe dieser Methode lassen sich Teilfunktionen feststellen und anhand dieser wird ein Morphologischer Kasten als eine komplette Lösungsvariante erfasst. Um das System universal und flexibel zu machen, wird ein Zentrierring konstruiert, welcher die Spannung des Werkzeugs in jedem beliebigen Winkel ermöglicht. Der Zentrierring gewährleistet mit dieser bestimmten Form die form- und kraftschlüssige Spannung der Spannbacken. Die Spannbacken lassen sich durch ein Schraubengetriebe bewegen, die durch einen elektrischen Motor angetrieben werden. Schließlich wird eine Simulation durchgeführt, welche demonstriert hat, dass das Systemunter relativen hohen Spannungen zuverlässig funktioniert.

Schraubenzugfeder ist eine der am häufigsten verwendeten Federformen im Industriebereich. Im Vergleich mit der Schraubendruckfeder sind die Windungen der Schraubenzugfeder normalerweise vorgespannt, was zur Vorspannkraft 0 und Vorspannung innerhalb der Windungen führt, auch wenn keine externen Belastungen existieren. Im Betrieb kann sich der Durchmesser der Windungen leicht ändern. Die Ösen von Schraubenzugfedern können sehr unterschiedlich gestaltet werden, bei den Ösen werden die Torsions- und Biegespannung im Betrieb überlappen. Zusätzlich begünstigt die Drahtkrümmung die maximale örtliche Spannung des Wickelkörpers. Diese Effekte führen dazu, dass die genaue Festigkeitsberechnung der Schraubenzugfeder nur mit Hilfe der Finite-Elemente-Analyse zu realisieren ist. In Rahmen dieser Arbeit werden Programme mit Hilfe der Python-Sprache entwickelt, womit die CAD-Modelle von Schraubenzugfedern mit unterschiedlichen Ösenformen automatisiert jeweils in FreeCAD erstellt und in Salome-Platform vernetzt werden können. Die FE-Analyse erfolgt in dem FE-Löser CalculiX. Alle in dieser Arbeit verwendeten Softwares verfügen über kostenfreie öffentliche Lizenzen. Die Qualität der erstellten CAD-Modelle und die Genauigkeit der FE-Analyse werden letztendlich durch die Validierungen und den Vergleich mit den Simulationsergebnissen von ANSYS bewertet.

In dieser Arbeit wird eine Zylinderprüfbank zur Ermittlung mechanischer Kenngrößen an Fahrwerkskomponenten von Flugzeugen konzipiert. Die Erarbeitung erfolgte in Anlehnung an den beschriebenen Entwicklungsprozess in der VDI 2221 (1). Ergebnis der Arbeit ist es einen technischen Vorentwurf der Vorrichtung für die Zylinderprüfbank zu entwerfen, welche Kräfte, Wege und Geschwindigkeiten in unterschiedlichen Messbereichen erzeugen, aufnehmen und aufzeichnen kann. Zu Beginn der Arbeit werden die Anforderungen an das zu entwickelnde Produkt erarbeitet. Im Anschluss wird das System abstrahiert und in Teilfunktionen zerlegt. Anschließend erfolgte eine Markt- und Patentrecherche von Messkonzepten. In der darauffolgenden Prinzipsynthese wird die Lösungsfindung, auf Basis der Funktionsstruktur, in zwei Teilschritte geteilt. Teil Eins befasste sich mit der Krafterzeugungsthematik, auf dieser Vorbetrachtung aufbauend erfolgte im zweiten Teil die Gesamtbetrachtung des Systems. Die Prinzipien werden dabei mit der Auswahlhilfe nach Pahl/ Beitz (2) auf technische Anwendbarkeit eingeschränkt. Im nächsten Abschnitt diente die selektierte Prinziptabelle als Grundlage zur Erstellung der Wirkstrukturen. Diese Wirkstrukturen wurden anschließend nach VDI 2225 (3) und nach Pahl/ Beitz (2) bewertet. Folgend wird die beste Wirkstruktur überarbeitet und optimiert. Funktionsrelevante Elemente werden detaillierter betrachtet und mit technischen Lösungen besetzt. Desweiteren werden Maßgebenden Module dimensioniert und technisch ausgelegt.

Die Belastung von mechanischen Bauteilen, so auch von Schraubendruckfedern, führt zum Auftreten von Spannungen. Aufgrund der Drahtkrümmung sind diese bei Schraubendruckfedern örtlich erhöht. Außerdem ändert sich im Betrieb der Durchmesser des Wickelkörpers und kommen die Übergangs-windungen in Kontakt. Die Berücksichtigung dieser Effekte mit hoher Präzision ist nur mittels Finite-Elemente-Simulationen möglich. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird ein automatisiertes CAD-Modell von Baugruppe mit einer Schraubendruckfeder und zwei Federtellern aus von Benutzer eingegebenen Parametern in SALOME (freies, unter der GPL stehendes CAD-Programm) aufgebaut. Dieses Modell wird automatisch mit Netgen Mesh Generator vernetzt und für eine Finite-Elemente-Simulation vorbereitet. Die Simulation von erwünschter Einfederung wird weiter mit Calculix (freies, unter der GPL stehendes Finite-Elemente-Programm) durchgeführt. Die Evaluation der entwickelten Software wird anhand von Vergleichen der Simulationsergebnisse mit analytischen Berechnungen und Referenz-Ergebnissen aus ANSYS Workbench vorgenommen und bewertet.

Diese Masterarbeit behandelt die Untersuchung von Bändern aus faserverstärkten Kunststoffen unter Torsionsbelastung. Zu Beginn werden die Grundlagen des Materials und die Recherche nach Normen zur Prüfung dargestellt. Nachdem die Aufgabenstellung präzisiert und Ziele gesetzt wurden, wird die Probekörperform festgelegt, sowie der Aufbau der Simulation und ein analytisches Modell zu Untersuchung der Bänder vorgestellt. Daraufhin werden die vorhandenen Prüfmittel behandelt. Um die Bänder entsprechend prüfen zu können, wird die Konstruktion einer Herstellungsform sowie einer Spannzange durchgeführt und dokumentiert. Nachdem das entsprechende Herstellungsverfahren beschrieben wurde, erfolgt eine Untersuchung des Faservolumengehalts zweier Proben. Anschließend werden die Proben im Ausgangszustand untersucht und mit sieben Bändern statische Torsionsversuche durchgeführt. Mit 48 Proben finden dynamische Torsionsschwellversuche statt. Unterschieden wird hierbei zwischen den Vorversuche zur Ermittlung des zu nutzenden Mittelwinkels sowie der Amplitude und der durchgeführten Versuchsreihe mit je acht Proben auf vier Lastniveaus. Im vorletzten Kapitel werden die Versuchsergebnisse ausgewertet. Hierbei werden die Ergebnisse der statischen Versuche mit dem analytischen Modell und den Simulationen verglichen. Außerdem werden die Ergebnisse der Simulationsvariationen und der analytischen Lösung gegenübergestellt. Des Weiteren werden die dynamischen Torsionsschwellversuche ausgewertet. Abschließend werden die Schädigungen analysiert und ein Ansatz für die Anpassung der Kennlinie für Bänder mit anderen Geometrien vorgestellt.

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wird eine Knowledge Based Egineering Anwendung entwickelt, die den Auslegungsprozess von Getrieben unterstützt und effizienter gestaltet. Die Anwendung ermöglicht dabei die Verwaltung von Verzahnungsauslegungen über eine Datenbank sowie die automatisierte Erzeugung der 3D-Modelle eines Zahnradpaares und der zugehörigen Zeichnungen. Die Arbeit erläutert zunächst die aktuelle Vorgehensweise bei der Getriebeauslegung in der Sitzentwicklung der Firma Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. KG und stellt das Verbesserungspotential dar. Anhand dessen wird in einer Marktrecherche festgestellt, dass eine eigene Entwicklung der Anwendung am sinnvollsten ist. In der folgenden Konzeptphase werden Konzepte für die Modell- und Zeichnungserzeugung sowie die Anwendung entwickelt. Weiterführend werden auf Basis der Konzepte ein parametrisierte CAD- und Zeichnungsmodell erzeugt. Die Übertragung der notwendigen Parameter erfolgt ebenso wie das Einlesen der Parameter aus der Verzahnungsauslegungssoftware KISSsoft mit Hilfe der in der Programmiersprache C# erstellten Anwendung. Das erzeugte CAD-Modell kann durch den parametrischen Aufbau einfach an neue Arbeitsstände angepasst werden. Dabei werden sowohl Profillinien- und Flankenlinienmodifikationen als auch die Konfiguration einer Rippengeometrie über die Benutzeroberfläche berücksichtigt. Abschließend kann der Anwender über die Anwendung die Verzahnungstabelle automatisiert erstellen und auf der Zeichnung einfügen lassen.

Inhalt der vorliegenden Masterarbeit ist die Analyse des sehr komplexen Fertigungsverfahrens Drahtziehen. Dazu gehören das Kennenlernen des gesamten Drahtziehprozesses anhand von Literatur und gezogenen Probedrähten, das Ermitteln der wichtigsten Einflussfaktoren und das Ableiten mathematischer Zusammenhänge. Näher untersucht wurden die Erwärmung und Abkühlung des Drahtes, die Ziehkraft und Ziehspannung mit und ohne Gegenzug sowie die Oberflächenrauigkeit und die mechanischen Kennwerte gezogener Drähte. Es wurden Drahtziehproben aus einem 10-zügigen Drahtziehprozess mittels Zugversuch, Torsionsversuch und Messung der Oberflächenrauheit analysiert. Zur Messung der Oberflächenrauigkeit wurde ein Laserscanningmikroskop verwendet. Dabei wurde insbesondere der Einflüsse der Grenzwellenlänge und der Messrichtung auf die Auswertung der Oberflächenrauheit untersucht. Die mathematischen Zusammenhänge wurden in eine Exceldatei eingearbeitet. Mit dieser Exceldatei können nach Eingabe von Parametern und gemessenen Größen des Drahtziehprozesses die Fließgrenze oder die Temperaturerhöhung des gezogenen Drahtes sowie weitere Parameter des Ziehprozesses wie Ziehgeschwindigkeit oder benötigte Ziehkraft des Drahtes berechnet werden. Um die bessere Betrachtung dieser Größen zu kriegen, wurden die betreffenden Diagramme automatisch entwickelt. Es wird ein Vergleich zwischen berechneten und gemessenen Draht- und Anlagenkennwerten durchgeführt, wurden dann dadurch die Ursachen, die die Differenz hervorgerufen haben, analysiert.

In dieser Arbeit wird die Konstruktion eines Messsystems zur Vermessung des Anlageverhaltens der End- und Übergangswindung unter variabler Last beschrieben. Es wurde der Stand der Technik zusammengefasst und anschließend der konstruktive Entwicklungsprozess durchgeführt. Als Ergebnis der Arbeit wurde das ausgewählte Konzept konstruktiv umgesetzt und ein Zeichensatz dazu angefertigt. Weiterhin wird die Anforderung an die Messsteuerung, sowie die Bildauswertung, festgelegt und der Ablauf einer Federvermessung beschrieben. Auch die Montage des Messsystems wird erklärt und abschließend auch eine alternative Umsetzung als modulare Erweiterung bestehender Prüfstände, bei nur geringfügigen Anpassungen, aufgezeigt.

Für das Fügen von Elastomerlagern mit einem Stabilisator nutzt die Mubea Fahrwerksfedern GmbH ein von ihnen patentiertes Verfahren, welches den Begriff MAT (Mubea Adhesion Technology) trägt. Der MAT-Prozess verbindet die bereits ausvulkanisierten und mit einem Haftvermittler beschichteten Gummilager stoffschlüssig in ihrer Randschicht mit der Stabilisatoroberfläche. Für diese sogenannte Postvulkanisation sind mehrere Teilprozess notwendig: die Beschichtung der Gummilager mit einem Haftvermittler, die Vorbehandlung der Epoxidharzbeschichtung, die Erwärmung des Stabilisators und das Verpressen beider Fügepartner. Die Oberflächenvorbehandlung wird in der Serie durch einen rotierenden Laser durchgeführt, welcher ein Muster in die Stabilisatoroberfläche strukturiert. Die Einbringung der für die Postvulkanisation notwendigen Wärmeenergie erfolgt durch induktive Erwärmung in den beiden Lagerbereichen. Die vorliegende Masterarbeit greift das Thema der Prozessanalyse und -optimierung auf. Hierzu werden statistische Versuche der beiden Teilprozesse Oberflächenvorbehandlung und Erwärmung durchgeführt. Vorab werden relevante Grundlagen erarbeitet und der Ist-Stand des MAT-Prozesses analysiert. Bei der Oberflächenvorbehandlung werden Versuche mit möglichen alternativen Verfahren (z.B. AD-Plasma, Silikatisierung) durchgeführt und mit den aktuellen Verfahren durch eine Haftungsprüfung verglichen. Die Versuche zum Induktionsprozess prüfen, ob eine niedrigere Frequenz aufgrund der höheren Eindringtiefe (Skin-Effekt) mehr Wärme im Stab speichert. Die Wärmeenergie wird indirekt über ein kalorimetrisches Messsystem bei drei unterschiedlichen Frequenzen (3 kHz, 10 kHz, 25 kHz) und zwei Magnetfeldkonzentratoren (Fluxtrol, Ferrit) gemessen. Bei den Versuchen zur Oberflächenvorbehandlung hat sich das AD-Plasma als besonders robustes Verfahren herausgestellt, da alle Proben die Mindestanforderungen der Haftungsprüfung selbst mit Schmutzeinfluss weit übertroffen haben. Der nächste Schritt ist die Anschaffung einer Plasmaanlage und Konstruktion einer Vorrichtung, damit weitere Untersuchungen automatisiert und seriennah mit ganzen Stabilisatoren durchgeführt werden können. Die Ergebnisse der Induktionsversuche haben gezeigt, dass eine höhere Eindringtiefe für die untersuchten Frequenzen nicht mehr Wärme im Stab speichert, aber die Temperatur im Querschnitt bei 3 kHz mit Fluxtrol gleichmäßiger verteilt ist. Es wird empfohlen, dass die neue Spule im Musterbau verbaut wird, um weitere Untersuchungen vorzunehmen (Kopplung mit Vulkanisation, Erwärmstrategie).

Als eine der größten regenerativen Energiequellen bietet der Wind ein riesiges Potential, das in Zeiten der Wende hin zu nachhaltiger und umweltverträglicher Energieproduktion ein wichtiges Standbein darstellt. Die Twin-Mikrowindkraftanlage B60 des jungen Unternehmens Anerdgy AG aus Zürich/Schweiz wird für die private Nutzung in urbaner Umgebung entwickelt. Insbesondere in diesem Einsatzgebiet muss ein durchgehend sicherer Betrieb einer Windkraftanlage gewährleistet werden. Dazu sind eine Begrenzung der Leistungsaufnahme sowie eine Notabschaltfunktion bei Unwetter und stürmischen/orkanartigen Windbedingungen unbedingt erforderlich. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird daher, zugeschnitten auf den B60, eine passive Leistungsbegrenzung konzipiert und in die Gesamt-Sicherheitsstrategie implementiert. Zu diesem Zweck wird zunächst der Stand der Technik in der Literatur aufgezeigt und Lösungsmöglichkeiten zur Leistungsregelung innerhalb einer Patenrecherche dargestellt. Im darauffolgenden Entwicklungsprozess werden die Anforderungen an die Konstruktion evaluiert, verschiedene Konzepte zur Begrenzung der Leistung auf der Prinzipebene ermittelt und miteinander verglichen. Auf der Basis von aerodynamischen Kraftbeziehungen am Rotorblatt erfolgt die Getriebesynthese und Auslegung des gewählten Kniehebelgetriebes. Im Anschluss wird der passive Pitch-Mechanismus zur Leistungsbegrenzung bis hin zum Technischen Entwurf konkretisiert und eine Prototypfertigung der Baugruppe mit der Anerdgy AG begonnen.

Für den Entstehungsprozess eines dynamisch beanspruchten Bauteils, insbesondere für die Entwicklung, ist es von besonderem Interesse die Lebensdauer eines Bauteils vorhersagen zu können oder das Bauteil so auslegen zu können, dass eine gewünschte Lebensdauer erreicht wird. Aus diesem Grund werden Dauerschwingversuche durchgeführt deren Belastungen, die im realen Betrieb wirkenden Belastungen möglichst genau widerspiegeln. Mit diesen experimentellen Untersuchungen wurden in der Vergangenheit die Parameter, die den Schädigungsprozess beeinflussen, erforscht. Einer dieser Einflussparameter, von dem noch keine klaren Erkenntnisse vorliegen, ist die Signalform. Um den aktuellen Kenntnisstand aufzuarbeiten, wird den experimentellen Untersuchungen eine Literaturrecherche vorangestellt. Dabei werden die beeinflussenden Parameter definiert und in fixe und variable Parameter untergliedert. Gleichzeitig erfolgt eine Einarbeitung in die Planung und Durchführung von Wöhlerversuchen. Nachdem die für diese Bachelorarbeit wichtigen Parameter erläutert wurden, werden Wöhlerversuche mit sinusförmigen und trapezförmigen Signalformen auf verschiedenen Belastungsniveaus durchgeführt. Mit diesen experimentellen Untersuchungen soll eine bereits bestehende Theorie bestätigt oder widerlegt werden. Diese Theorie beruht auf der Annahme, dass die integrale Fläche zwischen einer Grenzamplitude und der Signalform ein Maß für die Schädigung ist. Da zwischen den Signalformen Sinus und Trapez nicht nur die integrale Fläche, sondern auch der Lastanstieg unterschiedlich ist, werden weitere Wöhlerversuche mit trapezförmigen Signal durchgeführt. Bei diesen ergänzenden Versuchen wird bei sonst gleichbleibenden Parametern die Haltezeit der Maximalbelastung variiert. Durch diverse Auswerteverfahren werden die Versuchsergebnisse aufgearbeitet und in Form von Diagrammen und Tabellen dargestellt. Durch eine Diskussion der Ergebnisse sollen Zusammenhänge erkannt und neue Erkenntnisse erlangt werden, die einen Beitrag dazu leisten, den Einfluss der Signalform zu verstehen. Abschließend werden die neu erlangten Erkenntnisse zusammengefasst und ein Ausblick für die Zukunft gegeben. Dabei wird besonders auf Ideen eingegangen, die für die Fortführung der Versuche zur Erforschung des Einflusses der Signalform sinnvoll erscheinen.

Diese Arbeit befasst sich mit der Frage, inwieweit durch die Kombination der Wärmebehandlungsschritte der Draht- und Federnfertigung die mechanische Auslastbarkeit und die Lebensdauer von Schraubendruckfedern gesteigert werden können. Es wird ein analytisches Modell vorgestellt, welches die Berechnung von Temperatur – Zeit – Verläufen der Drahtvergütung ermöglicht. Anhand von Laborversuchen werden für jeden Teilprozess der Wärmbehandlung optimale Regime bestimmt, die Kenngrößen für die analytische Berechnung ermittelt sowie das Berechnungsmodell validiert. Verschiedene Einflussfaktoren auf die Gefügeausbildung des Drahtmaterials sowie die Auswirkungen aller Prozessabschnitte auf die mechanischen Eigenschaften des vergüteten Feder-stahldrahtes werden diskutiert. Es wird dargelegt, dass torsionsbelastete Federn aus optimiert hergestelltem Material einen deutlich gesenkten Setzbetrag sowie im Rahmen von Dauerschwingversuchen eine gesteigerte Lebensdauer im Zeitfestigkeitsbereich aufweisen.

In der vorliegenden Arbeit wird ein automatisierter Prüfstand für den Hin- und Herbiegeversuch in Anlehnung an DIN ISO 7801 für Drahtproben von 0,8 bis 2,0 mm entwickelt. Die Eigenschaften der Drahtproben orientieren sich an den Normen DIN EN 10664-1 bis 4. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Recherche zu Normen, die für die Konstruktion des Prüfstands wichtig sind, zu schon am Markt bestehenden Prüfständen, sowie zu möglichen Patenten durchgeführt. Zu Beginn der Konstruktion wird eine Anforderungsliste erstellt. Auf Basis der Anaylse der Funktionsstruktur des Prüfstandes werden verschiedene Prinzipvariationen für die einzelnen Baugruppen des Prüfstands erarbeitet. Während einer Konstruktionskritik einer vorangegangenen Bachelorarbeit mit dem selben Fokus, werden die Prinzipe miteinander verglichen. Aus den Prinzipen werden Konzepte mit unterschiedlichen Prioritäten erstellt. Nach einer Bewertung und Auswahl dieser wird ein 3D-CAD-Modell und ein Zeichnungssatz für die Fertigung und Beschaffung erstellt. Begleitet wird die Arbeit mit Berechnungen, einer FEM-Analyse und einer Kostenabschätzung bzw. einer Kostenkalkulation.

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der rechnergestützten Auslegung von Federn aus Faserverbundkunststoffen am Beispiel der Federarten Evolutfeder und Drehfeder. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung und Umsetzung eines Systems zur Bestimmung der notwendigen Federparameter - unter Berücksichtigung der Anforderungen des Benutzers. Insbesondere sollen existierende Ansätze für die Werkstoffauswahl einerseits und die Bauteilauslegung andererseits einbezogen werden. Anschließend erfolgt eine Evaluierung der implementierten Anwendung durch zwei Beispiele. Dabei konnte eine grundsätzliche Eignung von Evolutfedern für den Einsatz in Federgabeln von Fahrrädern aufgezeigt werden. Die exemplarische Auslegung einer Drehfeder bekräftigt die Vorteile von Faserverbundkunststoffen für die Verwendung als Federwerkstoff.

In der Arbeit wird der neue Werkstoff 27MnCrB5-2 untersucht. Ausgeprägt ist die Zugfestigkeit vom neuen Werkstoff nach der induktiven Vergütung (905˚C Härten und 230˚C Anlassen) im Vergleich zum Standardwerkstoff 26MnB5 (910˚C Härten und 275˚C Anlassen) um ca. 130 MPa erhöht, und die Dehnung beider Werkstoffe ist vergleichbar. Die Biegbarkeit beider Werkstoffe ist auf gleiches Niveaus. Die Lebensdauer im Schwingtest von 27MnCrB5-2 ist niedriger als 26MnB5, die Ursachen dafür könnten sein, dass die Temperatur des Spannungsarmglühen relativ niedriger ist oder die Auswirkung von Kugelstrahlung wegen der höheren Festigkeit des neuen Werkstoff nicht ausreichend ist.

Moderne Achsfedersysteme erfordern Schraubendruckfedern, deren Geometrie präzise auf die Anforderungen im Fahrzeug abgestimmt ist. Die eindeutige geometrische Beschreibung geht dabei über zylindrische Normfedern hinaus, die im Gegensatz zu heutigen Achsfedern über einen konstanten Windungsdurchmesser sowie einen gleichbleibenden Steigungsverlauf verfügen. Die 3D-Freiformgeometrie moderner Tragfedern entsteht in einem Auslegungsprozess unter Forderung idealer Werkstoffauslastung als Folge von zunehmendem Leichtbau. Neben Prüfung der Funktionsparameter Federkraft, Federrate und Kraftdurchstoßpunkte wird die Feder zusätzlich durch die Messung einzelner geometrischer Größen bewertet und als i.O. bzw. n.i.O. eingestuft. Messverfahren zum geometrischen Vergleich von Federn sind Stand der Technik. Die Bewertung von Abweichungen und die daraus folgenden Auswirkungen auf die Funktion gelten jedoch als unzureichend bekannt. In der vorliegenden Arbeit werden bestehende Prüfkriterien für sogenannte Side-Load Federn analysiert, die bisher bei der Mubea Fahrwerksfedern GmbH Verwendung finden. In diesem Zusammenhang wird die Feder eines aktuellen Projektes in die Untersuchung einbezogen, bei der es während der dynamischen Prüfung zu Fehlfunktionen kommt, obwohl die Geometrievorgaben und die statischen Funktionsparameter erfüllt sind. An einer Beispielgeometrie erfolgt unter Anwendung der statistischen Versuchsplanung (englisch: Design of Experiments, kurz DoE) die Ermittlung der geometrischen Bereiche, die Funktionsgrößen signifikant beeinflussen. Dabei wird ein geeigneter Versuchsplan entwickelt und die darin enthaltenen Federdesigns mit Hilfe der unternehmensinternen Auslegungssoftware numerisch berechnet und ausgewertet. Aus den Ergebnissen der Sensitivitätsanalyse lässt sich die Feder in verschiedene Zonen einteilen, die für die Funktion signifikant sind. Daraus wird eine neue und besonders effiziente Methode zur Überprüfung der 3D-Federgemetrie für den Einsatz in der industriellen Großserie entwickelt. Die Validierung der sensitiven Zusammenhänge zwischen Geometrie und Funktion erfolgt durch FE-Berechnungen. Anhand der schriftlichen Dokumentation kann unter Verwendung der beschriebenen Software die vorgestellte Methode zur Definition neuer Messkriterien auf jede beliebige Achsfeder übertragen werden.

In dieser Arbeit wird ein kombinierter experimenteller/analytischer Ansatz zur effizienten Bewertung von Steifigkeit und Kennlinien von Kegeldruckfedern aus Band, welche aus Faser-Kunststoff-Verbunden bestehen, vorgestellt. In den ersten Kapiteln werden die häufigsten Arten von Fasern, Harze (Matrizen) und Herstellungsverfahren, die zur Herstellung von Verbundlaminaten verwendet werden, kurz beschrieben. Es werden auch die analytischen Ansätze, die derzeit zur Bestimmung der Grund-Elastizitätsgrößen von Verbundwerkstoff wie dem Längs- und Quer-Elastizitätsmodul, den Querkontraktionszahl und den Quer-Längs-Schubmodul existieren, dargestellt. Außerdem werden die verbesserten und semi-empirischen Formeln zur Berechnung des effektiven Quer-Längs-Schubmoduls und des Quer-Elastizitätsmoduls dargelegt. Am Ende des Kapitels werden einige Herstellungsverfahren von faserverstärkten Kunststofffedern beschrieben. Da es sich bei den faserverstärkten Kegeldruckfedern aus Band um neuartige Produkte handelt, werden im vierten Kapitel grundsätzliche Überlegungen vorgestellt, welche die Werkstoffauswahl (Fasern, Harze und Additive) und die Herstellung der Federn betreffen. Am Ende des Kapitels wird eine Methode zur Herstellung von Kegeldruckfedern dargestellt. Das fünfte Kapitel stellt die Berechnungen der elastischen Konstante vor, welche bei der Herstellung von Evolutfedern normalerweise verwendet werden. Zur Bestimmung des Quer-Längs-Schubmoduls und des Quer-Quer-Schubmoduls wurden Berechnungen und Experimente durchgeführt, da diese Materialkonstanten zur Bestimmung von Federkennlinien von sehr großer Bedeutung sind. Dies ist der Fall, da der Querschnitt vor allem auf Torsion beansprucht wird. Einerseits basiert die analytische Methode zur Berechnung dieser Schubmodule auf Sumsions Richtlinien, die die von Lekhnitskii entwickelte Theorie für anisotrope Materialien verwenden; andererseits wurde Torsionstest von rechteckigen Stäben, die mit der Vakuuminfusionsmethode hergestellt wurden, durchgeführt, um Schubmodule experimentell zu erhalten. Schließlich werden in einer analytischen und experimentellen Methode die berechneten Werte der Schubmodule zur Bestimmung von Steifigkeit und Kennlinien der Kegeldruckfedern aus Band herangezogen. Daher sollten das Quer-Längs-Schubmodul in der klassischen Berechnungsmethode für Evolutfedern aus Stahl verwendet werden. Anschließend können die Ergebnisse der Berechnung mit den Resultaten der Druckversuche an faserverstärkten Kegeldruckfedern aus Band verglichen werden. Durch diese kombinierte analytische/experimentelle Methode werden übereinstimmende Ergebnisse erzielt. Hierbei hat sich gezeigt, dass das optimale Verhalten von Kegelstumpffedern aus Band aus Faserverbundkunststoffe erreicht wird, wenn die Fasern eine Orientierung von +/-45 zur Hauptachse des Laminats aufweisen.

Es soll ein automatisierter Versuchsstand zum Hin- und Herbiegen von Metalldraht konstruiert werden. Dabei wird sich an der Norm DIN ISO 7801 "Metallische Werkstoffe - Draht Hin- und Herbiegeversuch" orientiert, welche das Prüfverfahren beschreibt und Anforderungen an den Prüfstand stellt. Zudem sind die Normen DIN EN 10264 1-4 "Stahldraht und Drahterzeugnisse" zur Hilfe genommen, um Kennwerte und Eigenschaften zu entnehmen. Die Prüfung soll möglich sein für einen Durchmesserbereich zwischen 0,8 mm und 2 mm und für verschiedene Materialien. Einzelne Aufgabenbereiche waren die Recherche zum Thema mit Normen und andere Fachliteratur, das Erstellen einer Anforderungsliste, das Erarbeiten einer Kombinationstabelle für die Lösungen der einzelnen Funktionen, die Bewertung und Auswahl der Prinzipe, die Dimensionierung der Einzelteile, die Erstellung des Zeichnungssatzes sowie eine Kosteneinschätzung.

Durch den zunehmenden Bedeutungsgewinn des Leichtbaus im Fahrzeugbau, der Luft- und Raumfahrt und weiteren Branchen rentiert sich zunehmend die Substitution von Bauteilen aus Metall in Faserverbundkunststoffe. Aus diesem Grund wer-den auch Federn aller Art vermehrt aus dem Leichtbauwerkstoff gefertigt. Die Herstellung von Drehstabfedern erfolgt fast ausschließlich mittels Wickelverfahren. So sind diese in der Regel als Hohlkörper mit einem mittleren bis großen Durchmesser und für schwingende Belastungen ausgelegt. Diese Bachelorarbeit befasst sich mit Drehstabfedern aus Faserverbundkunststoffen in Form von verdrillten Endlosfasern. Diese sind für kleine Durchmesser und schwellende Belastungen geeignet. Es wird die Konstruktion einer handbetriebenen Fertigungsvorrichtung, mit der die genannten Federn im Handlaminierverfahren produziert werden können, beschrieben. Die Untersuchung der charakteristischen mechanischen Eigenschaften erfolgt zunächst numerisch mittels FEM-Simulationen. Anschließend erfolgt die Anfertigung von Probekörpern mit verschiedenen Durchmessern, Faserwinkeln und Faserwerkstoffen. Diese werden in Torsionstests auf die realen Kennwerte geprüft. Es findet ein Vergleich der aufgenommenen Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinien und der berechneten Kennwerte statt. Untersucht wird dabei unter anderem der allgemeine Verlauf der Kennlinien und der Zusammenhang zwischen Faserwinkel und Torsionssteifigkeit.

Die Optimierung des Wirkungsgrades von Kälteanlagen in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen erlangt durch die geringe Reichweite mit einer Batterieladung starke Relevanz, da die Kälteanlage einen beträchtlichen Beitrag zum Energieverbrauch des gesamten Fahrzeuges beiträgt. Ein Ansatz zur Wirkungsgradverbesserung der PKW-Kälteanlage ist die Optimierung des Kältemittelverdichters. Die Ventile innerhalb des Kältemittelverdichters sind maßgebend für dessen Verhalten. Aktuelle Ventilbauarten neigen während der Öffnungs- und Schließphase zum Schwingen. Dieses Phänomen wird als Ventilflattern bezeichnet und sorgt aufgrund größerer Leckageströme des Kältemittels zu Liefergradeinbußen. Eine Schwingungsminimierung trägt daher zur Steigerung des Wirkungsgrades bei. Die Schwingungsminimierung soll durch eine alternative Ventilbauart in Form von zwei geschichteten Lamellen erfolgen. Aufgrund der Interaktion der beiden Bauteile soll die Schwingungsenergie stärker als bei der konventionellen Bauart mit einer einzelnen Lamelle dissipiert werden. Zur Auslegung der alternativen Ventilbauart wird die Basic Valve Theory angewendet. Dabei werden die Federraten und Massen der beiden Lamellen auf Basis einer Parallelschaltung von Federn zusammengefasst. Die Voraussetzung für diese Vereinfachung ist eine signifikant steifere und leichtere Lamelle an der Hubfängerseite. In Form von Druckstoßversuchen an einem Prüfstand wird das dynamische Verhalten der alternativen Ventilbauart mit dem des Referenzventils verglichen. Hierbei ist unter den am Prüfstand eingebrachten dynamischen Lastzuständen ein schnelleres Abklingen der Schwingungen feststellbar. Neben den mechanischen Kenngrößen der Lamellen wie Federrate und Masse beeinflusst die Geometrie der Bauteile aufgrund von strömungsmechanischen Effekten ebenfalls das Ausschwingverhalten. Am Prüfstand werden unterschiedliche Konfigurationen hinsichtlich mechanischer und strömungsmechanischer Gesichtspunkte erprobt. Basierend auf den Ergebnissen der Messreihen wird eine präferierte Kombination ausgewählt, die hinsichtlich der gesetzten Zielstellung das beste Verhalten zeigt und im realen Kältemittelverdichter erprobt werden kann.

Diese Masterarbeit beinhaltet die Untersuchung von Einflussgrößen auf das Reibungs- und Verschleißverhalten einer Stahl/ Kunststoff- Gleitpaarung in Längenausgleichen von Kardan-Gelenkwellen. Mit Hilfe von beanspruchungsähnlichen Modellversuchen werden verschiedene Einflussgrößen variiert. Aufbauend darauf werden Möglichkeiten zur Minimierung von Reibung und Verschleiß diskutiert.

Zur Verbesserung von Fahrkomfort und -sicherheit werden federnde Elemente, u.a. Fahrwerksfedern, im Automobilbau eingesetzt. Diese Bauelemente werden vorwiegend zyklisch auf Torsion beansprucht. Als Auslegungsgrenzen für Fahrwerksfedern gelten ihre Lebensdauer und die Setzfestigkeit. Eine gute Setzfestigkeit bedeutet ein günstiges Kriech- und Relaxationsverhalten. Für dieses wird ein möglichst geringer Kraft- bzw. Längenverlust der Feder bei hohen statischen Belastungen über einen längeren Zeitraum angestrebt. Durch Vorsetzprozesse während der Federfertigung wird ein günstiger Eigenspannungszustand im Material erzeugt und somit die Setzfestigkeit gesteigert. Ziel dieser Arbeit ist es in Kooperation mit der Mubea Fahrwerksfedern GmbH das Kriech- und Relaxationsverhalten von Fahrwerksfedern durch Variation des Vorsetzprozesses und des Ausgangsmaterials zu verbessern. Um das Materialverhalten der Stähle während der verschiedenen Vorsetzprozesse zu analysieren und die zur Auslegung der Vorsetzprozesse nötigen Materialkennwerte zu ermitteln, wurden Torsionsversuche am Federstahldraht durchgeführt. Es wurden das Einfach- und Mehrfachsetzen bei Raumtemperatur sowie das Einfachsetzen bei 350 ˚C von Federn aus hochfesten Stählen mit unterschiedlicher gradierter und homogener Festigkeit untersucht. Die Vorsetzprozesse wurden für eine ausgewählte Federgeometrie so ausgelegt, dass der gleiche Plastizierungsgrad für alle Material-Prozess-Kombinationen eingestellt wurde. Um den Einfluss der unterschiedlichen Vorsetzprozesse auf die unterschiedlichen Federstähle zu untersuchen, wurden Härte- und Eigenspannungstiefenprofile nach dem Vorsetzen aufgenommen. An den vorgesetzten Federn wurden anschließend Relaxations- und Kriech-versuche durchgeführt, um die Auswirkungen der Vorsetzprozesse zu bewer-ten. Die Untersuchungen ergaben, dass bei Raumtemperatur ein mehrfaches Vorsetzen im Vergleich zu einem einfachen Vorsetzen die Druckeigenspannun-gen und die Randhärte steigert. Wurde das Einfachsetzen unter erhöhter Temperatur durchgeführt, konnte eine ähnliche Steigerung von Druckeigenspannungen und Randhärte festgestellt werden. Durch Variation des Federmaterials zeigte sich, dass Stähle mit hoher Randfestigkeit nach dem Vorsetzen geringere Relaxations- und Kriechverluste als Materialien mit geringerer Randfestigkeit aufweisen.

In der vorliegenden Arbeit steht die Entwicklung, Konstruktion und geschwindigkeitsabhängige Untersuchung eines Dämpfers mit dem viskoelastischen Dämpfungsmedium Borsilikonkitt im Vordergrund. Hierzu werden vom Stand der Technik ausgehend, die in der Industrie genutzten und patentierten Dämpfer mit viskoelastischen Materialen vorgestellt. Darüber hinaus werden die für die Konstruktion und experimentelle Untersuchung wichtigen rheologische Grundbeziehungen dargestellt und ein beschreibendes Materialmodell ausgewählt. Auf Grundlage dieses Modells werden für die zu untersuchenden Feder-Dämpfer-Schaltungen geschwindigkeitsabhängige Differentialgleichungen und deren Lösungen für den Kraftverlauf hergeleitet und anschließend mit den experimentell ermittelten Verlaufen verglichen sowie mögliche Fehlerquellen kurz untersucht. Abschließend wird ein Resümee gezogen und ein Ausblick für eventuell zukünftige Verwendungen gegeben.

Die in einer Common-Rail Hochdruckpumpe arbeitenden Schraubendruckfedern sind umgeben von Fluid. Der dämpfende Flüssigkeitseinfluss wirkt sich vor allem auf das dynamische Verhalten der Federn in Form von Eigenfrequenzverschiebungen und Beeinflussungen der vorliegenden Spannungen im Resonanzfall aus. Aufgrund der schweren Zugänglichkeit sowie des Hochdruckes können Simulationen jedoch kaum experimentell abgeglichen werden. Deswegen wird zur Auslegung dieser Federn bis heute die dämpfende Eigenschaft der umgebenden Flüssigkeit nicht mit berücksichtigt. Aus dem Aspekt der immer höher werdenden Leistungsanforderungen für moderne Verbrennungsmotoren entsteht die Notwendigkeit, ein besseres Verständnis in diesem Bereich zu erlangen. Deswegen stellt sich die Robert Bosch GmbH die Aufgabe, den Flüssigkeitseinfluss auf das Schwingverhalten von Schraubendruckfedern näher zu untersuchen. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Prüfstand entwickelt, mit welchem die vorhandene Spannung einer dynamisch beanspruchten Schraubendruckfeder unter Fluideinfluss optisch ermittelt werden kann. Dieses Vorgehen wird vor allem dann notwendig, wenn andere Verfahren, wie z.B. die Nutzung von Dehnmessstreifen zur Spannungsermittlung, aufgrund des geringen Drahtdurchmessers nicht genutzt werden können. Für dieses Vorhaben wurden Sichtfenster in eine CP4 Hochdruckpumpe integriert und das dynamische Verhalten der Federn mit Hilfe einer Hochgeschwindigkeitskamera visualisiert. Nachfolgend konnten die Anregungsprofile sowie die vorhanden Spannungen der Federn ermittelt werden. Erstere wurden anschließend verwendet, um die Leistungsdaten für einen zu entwickelnden Prüfstand festzulegen. Mit ihm sollen, wenn möglich, Simulationsabgleiche durchgeführt sowie die ermittelten Anregungen nachgeahmt werden, um den Aufwand für neu zu untersuchende Federn so gering wie möglich zu halten. Mit Hilfe eines Voice-Coil Aktors konnte die Funktionalität der entwickelten Baugruppe bestätigt werden. Des Weiteren war es durch die konstruktiven Maßnahmen möglich, eine aus der Hochdruckpumpe extrahierte Anregungskurve in ihrer Grundgestalt nachzubilden. Die notwendigen Beschleunigungen wurden unter anderem aufgrund zusätzlicher und unplanmäßiger Flanschmassen nicht erreicht. Durch geringfügige Anpassungen der Vorrichtung können höhere Beschleunigungen erzielt werden. Die notwendigen Maßnahmen zur Flüssigkeitsfüllung der Prüfvorrichtung wurden auf Konzeptbasis dargestellt.

Diese Arbeit befasst sich mit den Möglichkeiten, Konstrukteure bei der Auswahl von geeigneten Faserverbundwerkstoffen zu unterstützen. Dabei stehen dynamisch beanspruchte Leichtbaukomponenten besonders im Vordergrund. Das Ziel der Arbeit ist die Erstellung eines Systems zur automatisierten Werkstoffermittlung basierend auf den Vorgaben des Nutzers und die Ableitung von allgemeingültigen Richtlinien für den Auswahlprozess. Hierfür werden umfangreiche Recherchen über die nutzbaren Faser- und Matrixwerkstoffe angestellt. Anschließend erfolgt eine Validierung des erarbeiteten Bewertungssystems auf Grundlage von drei Beispielen aus dem Bereich der schwingend belasteten Bauteile. Dabei wird eine Werkstoffkombination ermittelt und ein Vergleich zum konventionellen Äquivalent angestellt.

Die vorliegende wissenschaftliche Arbeit beinhaltet ein allgemeingültiges Konzept, das für die Topologieoptimierung von Hilfsrahmen an Fahrzeugen als Leitfaden dient. Das Konzept baut auf in der Literatur bekannten Ansätzen und Vorgehensweisen auf. Ergänzt wird das Konzept durch eine neuartige Vorgehensweise zur Herausarbeitung der Anbindungspunkte zwischen einem Hilfsrahmen und der Fahrzeugkarosserie. Evaluiert wird das Konzept mit der beispielhaften Topologieoptimierung des Porsche 718 Boxster Hilfsrahmens. Der Hilfsrahmen wird mithilfe der CAO-Software HyperShape/CATIA durch eine iterative Vorgehensweise auf Steifigkeit optimiert. Die Zielwerte für die Optimierung resultieren aus zukünftigen Anforderungen hinsichtlich der Fahrdynamik und des Fahrkomfort. Mithilfe eines Vergleichs der Optimierungsergebnisse zum Serien-Hilfsrahmen des Porsche 718 Boxster werden die Ergebnisse bewertet. Anschließend werden drei Konzepte vorgestellt und beurteilt, die aufzeigen, wie die Optimierungsergebnisse zu einem serienfähigen Hilfsrahmen umgesetzt werden können. Den Abschluss der Arbeit stellt eine Konzeptkonstruktion des optimierten Hilfsrahmens dar.

Die Konzeption, Konstruktion und Integration eines Zwei-Achs-Simultanfräskopfes in ein neues Werkzeugmaschinenkonzept ist Gegenstand dieser Bachelorarbeit. Zunächst werden Anforderungen aus dem Lastenheft und der Gestalt der Gesamtmaschine untersucht und weitere Forderungen an die Konzeption des Fräskopfes festgelegt. Nach einer kurzen Gegenüberstellung verschiedener Fräskopfvarianten werden anschließend verschiedene spielfreie Antriebskonzepte erarbeitet und unter ausgewählten Gesichtspunkten bewertet, um die beste Variante zu bestimmen. Darauf aufbauend wird das gewählte Konzept konkretisiert, unter Berücksichtigung des Lastkollektives ausgelegt und passende Gussteile erstellt, die auch eine Integration des Kopfes an den Y-Schlitten der Maschine ermöglichen. Für ein besseres statisches und dynamisches Verhalten des Fräskopfes wurde die Gestalt der Gussteile mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode hinsichtlich ihrer Belastungen angepasst. Abschließend konnten die Ergebnisse der Konstruktion als technischer Entwurf in einem Baugruppenzeichnungssatz umgesetzt werden.

Sicherheitsdokumente werden in der heutigen Zeit per Lasergravur personalisiert. Hierbei gibt es verschiedene Sicherheitsmerkmale. Bei den Merkmalen CLI (Changeable Laser Image) und MLI (Multiple Laser Image) ist es erforderlich, dass das zu beschriftende Dokument um die jeweilige Achse gekippt wird. Dies umfasst die Längs- bzw. Querachse. Bei dieser Verkippung entsteht beim anschließenden Beschriften mittels Laser ein Höhenversatz, welcher eine Veränderung des Spotdurchmessers im Bearbeitungsbereich zur Folge hat. Dadurch wird die Beschriftungsqualität gemindert. Für dieses Problem wurde eine Lösung gesucht. Es wurde das bestehende System analysiert und verschiedene Lösungsprinzipien aufgetan. Nach Bewertung und Auswahl der besten Lösung wurde diese als Technischer Entwurf ausgearbeitet. Die Lösung wurde anschließend diskutiert.

Behandelt werden die Berechnungsgrundlagen für den Einsatz von Federn aus metallischen Werkstoffen. Das Buch umfasst Wärme- sowie Oberflächenbehandlung, Eigenspannungen und Dauerfestigkeiten, die entscheidend für die Qualität sind. Die Autoren beschreiben auch grundsätzliche Verfahren und Probleme der Federnherstellung. Zahlreiche Anwendungs- und Berechnungsbeispiele ergänzen die Ausführungen. Aktualisiert wurde diese Auflage hinsichtlich der EU- bzw. DIN-Normen sowie der Ausführungen zur Anwendung moderner Berechnungssoftware für den Federentwurf und die Simulation des Betriebsverhaltens von Federn und Federanordnungen. Ebenso werden Ansätze zur FEM-Simulation der Herstellung von Schraubendruckfedern und Ergebnisse zum damit einhergehenden Eigenspannungsaufbau behandelt. Neue und bisher nicht erfasste Federnarten und deren Werkstoffe werden beschrieben. Ergänzt wurde ein Kapitel zu tribologischen Beanspruchungen von Federn. Aus dem Inhalt &hahog; Werkstoffe &hahog; Berechnungsgrundlagen für Einzelfedern &hahog; Entwurf von Federanordnungen &hahog; Konstruktionen mit Federn &hahog; Schwingungsverhalten von Schraubenfedern &hahog; Tribologische Beanspruchungen von Federn &hahog; Rechnereinsatz zum Federentwurf Die Zielgruppen &hahog; Experten in der Federnindustrie &hahog; Ingenieure, die im Bereich der Konstruktion tätig oder die mit der Auswahl geeigneter Lieferanten befasst sind &hahog; Unternehmen, die feinwerktechnische Geräte, Schwingungs- und Werkzeugmaschinen sowie Automatisierungsanlagen herstellen.

In dieser Arbeit wird ein Konzept für den Spielausgleich entwickelt, um eine neue Generation von Fensterheberantrieben zu optimieren. An der Ankerwelle des Elektromotors ist axiales Spiel vorhanden, das aufgrund von Toleranzen der einzelnen Bauteile nicht vermeidbar ist. Durch Verzahnungskräfte am Schneckengetriebe wirkt auf die Ankerwelle eine Kraft in axialer Richtung. Aus dem Axialspiel der Ankerwelle und Flankenspiel am Schneckengetriebe resultiert beim Umschalten der Drehrichtung des Motors, d.h. der Bewegungsrichtung der Fahrzeugscheibe, ein störendes Geräusch. Nach einer Untersuchung der störenden Geräusche werden für beide Spielausgleiche Konzepte entwickelt und bewertet. Die bevorzugten Varianten werden detailliert mit Hilfe von FEM-Simulationen weiterentwickelt und konstruktiv umgesetzt. Neben der Sicherstellung der Funktion, steht die Minimierung der akustischen Belastung und der Kosten im Fokus.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Simulation eines Achsfedersystems bestehend aus Federtellern, Achsfeder und einer Federunterlage. Der Einsatz der Federunterlage leitet sich aus der Notwendigkeit ab, die für Umwelteinflüsse anfällige unterste Federwindung zu schützen. Die Eigenschaften der Gummiunterlage stellen dabei besondere Herausforderungen an die Simulation. Elastomere werden bei kurzzeitigen Belastungen mithilfe von hyperelastischen Materialmodellen berechnet. Im Vorfeld der Arbeit wurden mit dem verwendeten Werkstoff Zugprüfungen durch das Deutsche Institut für Kautschuktechnologie durchgeführt. Mithilfe eines Curve fittings wurden Parameter unterschiedlicher Materialmodelle für unterschiedliche Dehnungsbereiche definiert. Zunächst wurde mithilfe von vier einfachen Ersatzmodellen das Verhalten des Elastomers unter Druck- und Schub-Beanspruchung simuliert. Bei den Ersatzmodellen werden gerade Drahtstücke auf verschieden geformte Gummiblöcke gedrückt. Mithilfe von Messungen konnten mit der Methode der kleinsten Fehlerquadrate geeignete Materialparameter ermittelt werden. Um eine konvergente Simulation aller Ersatzmodelle zu erreichen, wurden geeignete Einstellungen für die Kontakte und das adaptive Remeshing ermittelt. Bei der Berechnung des gesamten Achsfedersystems wird zunächst eine Feder mit einem Drahtdurchmesser gerechnet, der genau in die Aussparung der Federunterlage passt. Die Federunterlage wird wie im realen Einsatz so gerechnet, dass sie auf dem Federteller augfeklebt ist. Das komplette Achsfedersystem wird nun mit dem Drahtdurchmesser der realen Feder berechnet. Obwohl die Simulation mit dem realen Durchmesser nicht konvergiert, kann sie mit durchgeführten Messungen verglichen werden. Dabei stellte sich heraus, dass die Unterlage in der Simulation zu weich reagiert. Um dennoch eine konvergente und realitätsnahe Lösung zu erhalten, wurden drei Lösungsansätze erarbeitet. Die ersten beiden Lösungsvorschläge beinhalten die Variation der Materialparameter. Der dritte Vorschlag ist, ein anderes Materialmodell zu benutzen, für welches allerdings noch Prüfungen notwendig sind. Die notwendigen Prüfungen und ein theoretisch geeigneteres Materialmodell werden vorgestellt.

In dieser Bachelorarbeit soll eine Messvorrichtung zur halbautomatisierten Messung der ersten Längseigenfrequenz von dynamisch hochbelasteten Druckfedern, insbesondere Ventilfedern im PKW Bereich, entwickelt werden. Dazu soll die Konstruktion eines Adapters erstellt werden, der in eine Federwaage integriert werden kann. Zusätzlich ist ein Konzept zur Messung, sowie Aufbereitung der Messdaten zu entwickeln, um die Frequenzwerte als Funktion der Einspannlänge darzustellen.

Alternative Antriebe sind für Kraftfahrzeuge momentan und für die Zukunft von wachsender Bedeutung. Aus Gründen der Gewichtseinsparung und der Energieeffizienz sollen dabei die Antriebsmotoren nur so groß wie nötig ausgelegt werden, damit sie überwiegend im optimalen Betriebsbereich arbeiten. Aktuelle Fahrzeuge sind bezüglich der verfügbaren Antriebsleistung für den Normalbetrieb überdimensioniert, um Reserven für Anfahr- und Beschleunigungsvorgänge zu besitzen. Diese Überdimensionierungen führen zu ungünstigen Betriebspunkten bei einfacher Geradeausfahrt. Es wird also kurzfristig zusätzliche Energie für das Anfahren benötigt, um den Hauptmotor zu entlasten. Diese Aufgabe soll der rein mechanisch arbeitende "Federbooster" übernehmen. Er ist ein Zusatzaggregat, welches im Kofferraum eines frontgetriebenen Fahrzeugs platziert wird. In günstigen Fahrsituationen, wie beim Bremsen und Bergabrollen, kann die nicht genutzte Energie über die Hinterachse vom "Federbooster" abgegriffen und gespeichert werden. Zur Speicherung der Energie eignen sich besonders aus Band gefertigte und gewundene Biegefedern, weil sie noch immer zu den kostengünstigsten und funktionssichersten Lösungen zur Erzeugung von Drehbewegungen gehören. Sie arbeiten im Gegensatz zu elektrischen Systemen autark, ohne externe Energieversorgung und können die eingebrachte Energie über längere Zeiträume speichern. Befindet sich das Aggregat im geladenen Zustand, ist es möglich, den PKW ohne Hilfe des Hauptmotors auf eine Endgeschwindigkeit von 20 km/h zu beschleunigen. Aufgrund dieser Anfahrhilfe kann der Hauptmotor kleiner ausgelegt werden. Dadurch wird das Mehrgewicht, welches der "Federbooster" verursacht, zu einem großen Teil kompensiert. Kraftstoffeinsparungen im einstelligen Prozentbereich werden möglich. Im Umfang dieser Bachelor-Arbeit wurde für solch einen Zusatzantrieb eine Grundlagenuntersuchung, im Auftrag des Unternehmens HUGO KERN UND LIEBERS GmbH & Co. KG, durchgeführt. Zur systematischen Umsetzung des Themas werden die notwendigen Leistungsdaten bestimmt und mit ihnen ein Mehrfedersystem ausgelegt. Mit Hilfe eines Variantenvergleichs und der Bewertung in einer mehrwertigen Tabelle wird die am besten geeignete Version zur Anbindung an das Automobil bestimmt. Weiterhin erfolgen die konstruktive Umsetzung des Federsystems als Prototyp sowie die Erarbeitung eines Gesamtentwurfs.

Eigenspannungen können großen Einfluss auf die Funktion und Lebensdauer von Federn besitzen, daher gilt ihnen besondere Aufmerksamkeit. Ihre Entstehung im Fertigungsprozess, sei es in der Drahtherstellung oder dem formgebenden Fertigungsprozess, ist bekannt. Ebenfalls sind Möglichkeiten zur Reduktion der Spannungen im Federelement als auch das werkstofftechnische Verständnis vorhanden. Darunter ist zu verstehen, dass die einzelnen Prozesse des Spannungsabbaus in der Werkstoffkunde bekannt und untersucht worden sind. Relevant für diese Ausarbeitung ist die thermische Nachbehandlung, welche sich über die Wärmebehandlungstemperatur T und -zeit t steuern bzw. kontrollieren lässt. Bisher konnte nur aufgrund von Erfahrungen und durch experimentelle Untersuchungen eine Schätzung bezüglich des Abbauverhaltens der Eigenspannungen abgegeben werden. An dieser Stelle ist anzumerken das es sich hier um die Eigenspannungen handelt, welche aufgrund der Kaltumformung des Drahtes zur Feder entstanden sind und durch eine Wärmebehandlung abgebaut werden sollen. In dieser Arbeit soll eine Möglichkeit zur Vorhersage des Eigenspannungsabbaus an kaltgeformten Federn untersucht werden, welche einer Wärmebehandlung unterzogen wurden. Ausgehend von den Untersuchungen von V. Schulze und O. Vöhringer im Jahre 1993 [1] sollen werkstoffabhängige Kennwerte, die sogenannten Avrami-Parameter, bestimmt und an verschiedenen Federarten validiert werden. Dies soll an Federn aus ölschlussvergütetem Federdraht nach DIN EN 10270-2 und patentiert gezogenem Federdraht nach DIN EN 10270-1 durchgeführt werden. Das Verfahren zur Bestimmung der werkstoffabhängigen Kennwerte wurde, wie in [1] beschrieben, angewandt und zusätzlich eine modifizierte Variante umgesetzt. Es wird als eher grafisches Verfahren beschrieben und dargestellt, jedoch wurden die Kennwerte mittels Microsoft Excel berechnet. Es hat sich bestätigt, dass die Möglichkeit einer bedingt guten Vorhersage des Makroeigenspannungsabbaus besteht, wobei dies nicht allgemein an allen Federarten bestätigt wurde. Bei Anwendung der ermittelten Kennwerte (Avrami-Parameter) an Druckfedern konnten deutlich bessere Vorhersagen getroffen werden als beispielsweise bei Zugfedern. Die Validierung der Parameter an Schenkelfedern ist als hinreichend gut einzuordnen, jedoch exakter als an Zugfedern. Ebenfalls wie in [1] ausgeführt, wurde das Abbauverhalten von Mikroeigenspannungen basierend auf dem Abbau von Halbwertsbreiten bestimmt. Aufgrund der Interpretation und der Aussagekraft des Eigenspannungsabbaus wurde diese Vorgehensweise und die daraus resultierenden Ergebnis-se nur in Kürze in dieser Arbeit erwähnt.

Zum Nachweis ihrer Dauerfestigkeit werden Membranfedern aus Nutzfahrzeugkupplungen auf speziellen Prüfanlagen geprüft. Hierzu werden die Federn in einen Prüfaufbau, welche den Verbau in einer Druckplatte nachbildet, eingespannt und von einem hydraulischen Prüfstand betätigt. Die Prüfung einer Feder dauert derzeit ca. zwei Tage. Im Rahmen dieser Arbeit wurde, nach Grundsätzen der Entwicklungsmethodik, ein neuer Prüfaufbau entworfen, welcher es ermöglicht mehrere Federn zeitgleich bei unverändertem Energiebedarf zu prüfen. Da die Fertigung der neuen Federaufnahmen während der Abschlussarbeit nicht möglich war, wurden zwei bestehende Gehäuse zu einem Interimsaufbau modifiziert, mit welchem die theoretischen Überlegungen der Konstruktion überprüft und dabei die Machbarkeit der gleichzeitigen Federprüfung bewiesen wurden.

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung und Optimierung der Feder- und Dämpferanlenkung eines Formula Student Rennwagens. Dabei werden nach Recherche zu vorhandenen Anlenkungsvarianten die Einflussgrößen auf die Radlast-Radhub-Kennlinie durch die Einführung einer verallgemeinerten Berechnungsvorschrift untersucht, bewertet und anschaulich dargestellt. Unter Nutzung der Berechnungsvorschrift erfolgt die vorläufige Auslegung der Kennlinie nach vorgegebenen Kennwerten. Die Ergebnisse dienen als Grundlage für die spätere Mehrkörpersimulation in Adams/Car. Der geforderte progressive Kraftverlauf wird dabei durch die Anlenkungskinematik oder die Nutzung nichtlinearer Federelemente realisiert. Durch gezielte Einstellmöglichkeiten der Kinematik können beide Varianten und die Auswirkungen auf das Gesamtkonzept werden betrachtet. Stichworte: Formula Student, Fahrwerk, Push-Rod, Pull-Rod, Adams/Car, Federauslegung

Schraubendruckfedern reagieren bei axialer Belastung immer mit einem allgemeinen Kräftesystem, d.h. es wirken zusätzlich Querkräfte und Momente. Für Druckfedern die in hochwertigen Produkten Einsatz finden gibt es oft genaue Anforderungen bezüglich der auftretenden Kräfte und Momente. Daher ist man bestrebt den resultierenden Kraftvektor einer Feder, die Kraftwirkunglinie, messtechnisch möglichst exakt zu bestimmen. Zu Testzwecken wurde ein einfaches Messsystem, mithilfe piezoelektrischer Mehr-Komponenten-Aufnehmer, aufgebaut. Mit verschiedenen Testmessungen wurde das System erprobt und Möglichkeiten zur Optimierung entwickelt.

In der vorliegenden Arbeit wird die fertigungsgerechte Konstruktion eines aerodynamischen Radialfolienlagers für die Anwendung im PKW- Abgasturbolader erstellt. Zunächst wird ein Überblick über das Anwendungsfeld Abgasturbolader im PKW gegeben und die Probleme konventioneller ölgeschmierter Lagerungen aufgezeigt. Diese liegen vor allem in einer absinkenden Tragfähigkeit bei hohen Temperaturen, aufgrund einer starken Temperaturabhängigkeit des Öles. Auf Grundlage dessen erfolgt ein Aufzeigen der Vorteile aerodynamischer Lagerungen, wobei aber auch Anforderungen an diese gestellt werden, damit ihre Nachteile den Einsatz im Turbolader nicht gefährden. So muss die verhältnismäßig geringe Dämpfung eines Luftschmierfilmes durch Integration eines Dämpfungselementes unterstützt werden. Nachdem auf die besondere Eignung von Folienlagern hingewiesen wird, um dies zu gewährleisten, erfolgt die Vorstellung verschiedener Konzepte dieser Lagerunterart und es kommt zur Auswahl eines Konzeptes. Dabei wird ein Buckelfolienlager als im Aufbau sehr einfacher und gut erforschter Lagertyp ausgewählt, da dieser Typ die Dämpfung am besten umsetzen kann. Anschließend wird die Berechnung für das ausgewählte Lager erstellt. Dabei wird aufgezeigt, warum der Ansatz eines Spiralrillenlagers verwendet werden kann und die mathematische Grundlage anhand der Reynoldsschen Differentialgleichung gelegt. Weiterführend wird auch die Abhebedrehzahl des Rotors bestimmt. Auf Grundlage dieser Berechnung erfolgt die Konstruktion des Lagers, nachdem geeignete und oft eingesetzte Werkstoffe verglichen und ausgewählt wurden. Dabei wird vor allem schon ein Augenmerk auf die spätere Fertigung gelegt. In einem abschließenden Kapitel dieser Arbeit wird die Fertigungstechnologie aufgezeigt.

Die folgende Bachelor Thesis befasst sich mit der Entwicklung und Konstruktion einer Vorrichtung, an welcher Zeitstandversuche an Federstahldrähten unter Torsionsbeanspruchung durchgeführt werden können. Mit Zeitstandversuchen wird das Kriechverhalten von Materialen unter ruhender statischer Belastung ermittelt. Das Kriechverhalten des zu prüfenden Materials beschreibt dabei die plastische Verformung, die in Abhängigkeit von Belastungsdauer, Belastungsintensität und Umgebungstemperatur unterschiedlich stark ausgeprägt sein kann. Bei der Durchführung des Zeitstandversuches an Federstahldrähten sollen neue Erkenntnisse über die Materialeigenschaften von Federstahldraht gewonnen werden, um damit auf die Eigenschaften von Schraubenzug- und Schraubendruckfedern schließen zu können. Hintergrund für die Entwicklung und fertigungsgerechte Konstruktion einer solchen Vorrichtung ist, dass es in dieser Ausführung bislang noch keine vergleichbaren Modelle gibt. Beim DIN-genormten, einachsigen Zeitstandversuch erfolgt die Belastung lediglich in Zugrichtung. Für die Aussagekraft über Eigenschaften von Federstahldrähten zur Herstellung von Schraubenfedern ist dies jedoch ungenügend. Das Ergebnis dieser Bachelorarbeit ist die vollständige Fertigungszeichnung der funktionsfähigen Zeitstandvorrichtung in Zusammenhang mit der Auslegung aller dafür benötigten Größen und Bauteile.

Die kontinuierliche Verbesserung der Fahrzeugsicherheit bewirkt, dass zunehmend weniger schwere und tödliche Verkehrsunfälle auftreten. Die Einführung von Rückhaltesystemen, wie beispielsweise Airbags und des Sicherheitsgurtes, haben wesentlich zur Reduzierung der Unfallopfer beigetragen. Dabei gilt der Sicherheitsgurt als der "Lebensretter Nummer Eins" [KRA13]. Trotz stetig sinkender tödlicher Verkehrsunfälle dürfen die Bestrebungen zur weiteren Erhöhung der Fahrzeugsicherheit nicht abklingen. Seit Einführung des Sicherheitsgurtes wurde das Gurtsystem fortwährend weiterentwickelt und um Komponenten, wie Gurtstraffer oder Gurtkraftbegrenzer, ergänzt. Das Gurtband als solches wurde dabei seit seiner Einführung kaum verändert. [KRA13] Neueste Entwicklungen in der Webtechnologie ermöglichen ein mechanisches Wirkprinzip zur Verbreiterung eines Gurtbandes bei Zugbelastung. Dieses Wirkprinzip der Verbreiterung des Gurtbandes stellt dabei eine Weltneuheit dar. Im Rahmen dieser Arbeit soll die biomechanische Verträglichkeit des neuartigen Gurtbandes unter dynamischen Einflüssen untersucht werden. Es besteht die Annahme, dass das breiter werdende Gurtband einen positiven Einfluss auf die Insassenbelastung aufweist, da die Krafteinleitung über eine breitere Kontaktfläche zum Insassen erfolgt. Zur dynamischen Untersuchung des neuartigen Gurtbandes soll ein Ersatzversuch auf Basis von bestehenden Fahrzeugsicherheitsversuchen definiert werden. Zu diesem Zweck wird der härteste Lastfall im Frontalaufprall aus aktuellen gesetzlichen Anforderungen und Verbraucherschutztest detektiert und zur Versuchsdefinition herangezogen. Darüber hinaus wird ein neuartiger Kinderdummy analysiert und in seinen Eigenschaften zu aktuellen Dummymodellen abgegrenzt. Der Einsatz des neuartigen Dummymodells ist für den dynamischen Ersatzversuch in Betracht zu ziehen. Im nächsten Schritt wird das neuartige Gurtband hinsichtlich der Webtechnologie, der Wirkmechanismen und abweichenden Eigenschaften im Bezug zu einem Seriengurtband untersucht. Zu diesem Zweck werden statische und dynamische Voruntersuchungen bewertet, die bereits vor Beginn dieser Arbeit durchgeführt wurden. Darauf aufbauend wird ein dynamischer Ersatzversuch definiert und unter Einsatz eines Dummys durchgeführt, welcher an aktuelle Versuchsarten zum Nachweis der Wirksamkeit von Rückhaltesystemen angelehnt ist. Der dynamische Ersatzversuch soll die Verbesserung der biomechanischen Verträglichkeit des neuartigen Gurtbandes zeigen.

In immer mehr Getränkemärkten, aber auch in vielen Supermärkten, wird das Leergut durch automatisierte Leergutrücknahmesysteme entgegen genommen. Die WINCOR NIXDORF AG, mit Hauptsitz in Paderborn, bietet durch das Tochter-Unternehmen WINCOR NIXDORF TECHNOLOGY GmbH, mit Sitz in Ilmenau, Lösungen für die automatisierte Leergutrücknahme an. Im Vordergrund steht dabei ein zügiger und zuverlässiger Annahmeprozess. Von den Systemen werden sowohl Einzelgebinde, meist in Form von Flaschen, als auch Leergutgebindeträger, also Getränkekästen, angenommen. Bei der Annahme von Leergutgebindeträgern werden zur eindeutigen Identifikation und zur Durchführung einer korrekten Pfandberechnung mehrere Eigenschaften des Leergutgebindeträgers und dessen Inhalt überprüft. So werden zum Beispiel Art und Anzahl der enthaltenen Flaschen bestimmt. Dies erfolgt nach dem Stand der Technik mittels Stereovisionserkennung. Zur Bestimmung des Getränkeabfüllers wird das auf den Seitenflächen des Kastens angebrachte Logo fotografisch aufgenommen. Das erstellte Bild wird mittels digitaler Farbbildverarbeitung ausgewertet, indem es mit vorhandenen Logobildern aus einer Datenbank abgeglichen wird. Dieser Abgleich ist notwendig, da die verschiedenen Märkte unterschiedliche Sortimente führen und somit nicht jeden Leergutgebindeträger zurücknehmen können. Wie bei allen Arten der Bilderkennung ist sowohl für die Stereo- als auch für die Logoerkennung eine gleichmäßige und ausreichend helle Beleuchtung erforderlich. Dies wird mithilfe eines Beleuchtungsrahmens realisiert, welcher Licht für beide Kamerasysteme zur Verfügung stellt. Die gleichzeitige Beleuchtung des Leergutgebindeträgers aus unterschiedlichen Richtungen führt jedoch zu Störungen auf den Aufnahmen. In der vorliegenden Arbeit wird ein Beleuchtungsmodul zur unabhängigen Beleuchtung des Logos entwickelt, um die Qualität aller für die Bildverarbeitung aufgenommen Bilder zu erhöhen. Dies soll den Annahmeprozess von Leergutgebindeträgern verbessern.

Eine Kurvenfahrt führt zum Neigen eines Fahrzeugs zur kurvenäußeren Seite. Dies resultiert aus dem Freiheitsgrad der Räder verglichen mit dem Aufbau, welcher durch die Radaufhängung entsteht. Der Freiheitsgrad muss gewährleistet sein um den Reifen-Fahrbahn-Kontakt bei unebenen Fahrbahnen aufrechterhalten zu können. Es erfolgt im Zusammenspiel mit den Aufbaufedern und Stoßdämpfern. Das Verhalten wird Wanken genannt und hat einen wesentlichen Einfluss auf die Sicherheit des Fahrzeugs und dessen Komfortaspekte. Das Wanken kann zu einem unerwarteten Fahrverhalten führen, welches sich unter anderem in einem Ausbrechen der Fahrzeughinterachse äußern kann. Dieses Verhalten kann mit dem Einbau eines Stabilisators bedarfsgerecht verändert werden. In Nutzfahrzeugen mit einem hohen Aufbau dienen sie zur Stabilisierung des Aufbaus, während sie im Motorrennsport eingesetzt werden, um das gewünschte Eigenlenkverhalten des Fahrzeugs zu erreichen. Das Eigenlenkverhalten beschreibt das Verhalten eines Fahrzeugs in der Kurve ohne das Lenkrad zu bewegen. Es zeichnet sich durch drei allgemeine Zustände aus. Ein übersteuerndes Verhalten bedeutet, dass die Hinterachse vor der vorderen in Richtung kurvenaußen wegrutscht. Beim untersteuernden Verhalten verlieren die vorderen Reifen zuerst die Haftung. Rutscht das gesamte Fahrzeug nach außen wird dies als neutrales Eigenlenkverhalten bezeichnet. Die Formula Student ist ein internationaler Konstruktionswettbewerb, an dem studentische Vereine antreten. Die vorliegende Arbeit dient der Entwicklung eines Stabilisatorkonzepts für das Formula Student Fahrzeug TSC3E des Team StarCraft e.V. In der Arbeit werden verschiedene Konzepte für Stabilisatoren zusammengetragen und vorgestellt. Zudem werden eigene Ideen mit Hilfe der Entwicklungsmethodik ausgebildet und mit den bereits bekannten Konzepten verglichen. Als Vergleichskriterien werden unter anderem der Fertigungsaufwand und der benötigte Bauraum herangezogen. Die Konstruktion des effizientesten Konzeptes stellt das Ziel der Arbeit dar.

Aufgrund der hohen Temperaturen des Abgases bei PKW-Motoren sind die Einzelteile der Baugruppe des Abgasturboladers hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Es zeigt sich, dass die Ölviskosität der Gleitlager bei zunehmender Temperatur stark abnimmt und die damit verbundene Abnahme deren Tragfähigkeiten vordergründig zu erhöhtem Verschleiß von Rotor und Lager führt. Eine Abhilfe könnten luftgeschmierte Gleitlager schaffen, da deren Viskosität bei Temperaturerhöhung im geringen Maße sogar ansteigt. Um vergleichbare Tragfähigkeiten zu realisieren sind allerdings kleine Lagerspalte von wenigen Mikrometern nötig. Bei auftretenden Schwingungen kann durch den geringen Spalt ein Kontakt zwischen Rotor und Lagerwand auftreten, was der Verschleißoptimierung hinderlich wäre. Diese Arbeit befasst sich mit dieser Schwingungsproblematik an Spiralrillenluftlagern. Dabei wurde neben den Unwuchtschwingungen auch auf Instabilitäten der Luftlagerung eingegangen. Durch die rotordynamischen Untersuchungen hat sich eine elastische Aufhängung des Luftlagers mit geringer Steifigkeit und möglichst großen Dämpfungswerten als vorteilhaft erwiesen, um die Schwingungsamplituden zu senken. Nachfolgend wurden verschiedene, den Einsatzanforderungen genügende, Dämpfungselemente untersucht und analytisch ausgelegt. Bei anschließenden Vergleichen der einzelnen Elemente hat sich eine gewellte Folie mit halbellipsenförmigen Buckeln als optimales Element herausgestellt. Nach positiver Verschleißanalyse der Buckelfolie wurde die konstruktive Ausführung für den Einbau im Abgasturbolader vollzogen und abschließend das Modell und dessen Zusammenhänge durch Finite-Elemente-Simulationen validiert.

In der vorliegenden Arbeit wird die Machbarkeit der Einsetzbarkeit einer Umformsimulation im frühen Produktentwicklungsprozess untersucht, um komplexe Materialmodelle in nachfolgende Finite-Elemente-Analysen einbinden zu können. Das Ziel dieser Umformsimulation für Metalle besteht in der formgenauen virtuellen Herstellung einer CAD-Geometrie. Unter Betrachtung einer von der Firma Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. KG hergestellten Untersitzschiene wurde ein für deren simulative Herstellung anwendbarer Umformstufenplan entwickelt und Werkzeugwirkflächen aus diesem abgeleitet. Darüber hinaus wurden die Einflüsse von Massenskalierung und eines abgewandelten Umformstufenplans auf das Simulationsergebnisse analysiert und diese mit gestellten Messwerten verglichen. Eine vergleichbare Wiedergabe der betrachteten Umformeffekte konnte unter Anwendung von Schalenelementen für das behandelte Beispiel im Gegensatz zu einem definierten Biegeprozess durch Tiefziehprozesse aufgezeigt werden. Die virtuelle Fertigstellung eines mehrstufigen Umformprozesses bestätigt, dass das angewendete Vorgehen innerhalb von fünf Werkstagen durchführbar ist. Eine abschließende Projizierung der Methodik auf andere Projekte belegt die Übertragbarkeit und den in den Produktentstehungsprozess integrierbaren Zeitrahmen.

Mit der fortschreitenden Mobilisierung unserer Welt erlangt der Faktor Sicherheit für alle Verkehrsteilnehmer immer größere Bedeutung. Automobile sind heutzutage darauf ausgelegt, die Bedürfnisse verschiedenster Nutzergruppen zu erfüllen und bieten ein Höchstmaß an Komfort und Nutzerfreundlichkeit. Neben dem Verlangen nach Komfort und Sicherheit werden im Sinne der Wirtschaftlichkeit und der Umweltverträglichkeit ständig hohe Anforderungen an eine intelligente, kostengünstige sowie möglichst leichte Konstruktion gestellt. - Der Automobilsitz bildet die Schnittstelle des Fahrers zum Fahrzeug, er ist ein sehr gutes Beispiel für die Verbindung der Anforderungen nach maximaler Sicherheit und Benutzerfreundlichkeit, bei geringstem Gewicht und Kosten. Eine Schüsselrolle in diesem Ungleichgewicht der Anforderungen nimmt dabei die Beschlagskomponente ein. Sie bildet die gelenkige Verbindung zwischen Lehne und Sitzuntergestell und realisiert somit über die Einstellung der Lehnenneigung eine der absoluten Grundfunktionen eines Automobilsitzes. - Für die Konstruktion einer Komponente in diesem beschriebenen Grenzbereich ist es daher immer essentiell wichtig die Anforderungen an die Komponente möglichst genau zu kennen. Die folgende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Umsetzung eines Messsystems zur Bestimmung des im Crash auf die Beschlagskomponenten wirkenden Drehmomentes. Wie auch für den Entwicklungsprozess der Komponente selbst werden hier die Anforderungen über Vorversuche genauestens abgeklärt um auch das Messsystem optimal abstimmen zu können. - Die Arbeit behandelt die Auswahl und Optimierung des für diese Anwendung optimalen Messsystems und enthält zudem durch Vorversuche im Entwicklungsprozess gewonnene neue Erkenntnisse über die Eigenschaften der eingesetzten Serienkomponenten Dreh- und Rastbeschlag.

Die Betrachtung von Eigenspannungen in Materialien und Bauteilen wird bei wachsenden Anforderungen an Bauteile in nahezu alle Richtungen immer wichtiger. Eigenspannungen haben Auswirkungen auf das Betriebsverhalten von Bauteilen. In dieser Arbeit werden die Auswirkungen von Eigenspannungen, die durch das Kugelstrahlen entstehen, untersucht. Insbesondere geht es um die Auswirkungen auf die Zug- und Torsionsversuche an Federstahldrähten und die Möglichkeit aus diesen Kennlinien das Eigenspannungstiefenprofil zu berechnen und mathematisch zu beschreiben.

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit dem sogenannten Ringwandern, also einer Relativbewegung zwischen Wälzlageraußenring und Gehäuse. Es wird auf eine bisher wenig erforschte Form des Ringwanderns eingegangen, bei welcher sich der Außenring nicht nur verdreht, sondern im Gehäuse verschraubt. Neben einer Einflussgrößenanalyse ist in der Arbeit das verwendete 3D-FE-Modell beschrieben, das die Rotation der Wälzkörper im Lager durch eine Abfolge von statischen Berechnungsschritten simuliert. In den nachfolgenden Berechnungen wurden drei Parameter variiert, um deren Einfluss auf das Wälzlagerwandern zu untersuchen. Dabei wurden die Anzahl der Umdrehungen des Außenrings, der axiale Wanderweg des Lagers im Gehäuse sowie der tangentiale Wanderweg als Grundlage für die Auswertung herangezogen. Es zeigt sich, dass eine Erhöhung des Übermaßes in der Passung zwischen Gehäuse und Außenring, eine Erhöhung des Reibwertes und eine Reduzierung der auf das Lager wirkenden Kraft den Wandereffekt verringern. Weiterhin konnten drei Konfigurationen gefunden werden, die als nahezu wanderfrei anzusehen sind.

Ventilfedern führen im Motorbetrieb außer den funktionsbedingten Längsbewegungen auch Drehbewegungen aus, was zu Verschleiß an den Federauflageflächen und benachbarten Bauteilen führt. Die Drehbewegungen sind aber gewollt, da sie sich auf den Ventilstößel mit Ventilteller übertragen. Dadurch werden die Ventilsitze sauber gehalten, und die thermische Belastung verteilt sich gleichmäßiger über deren Umfang. Das Phänomen der Drehbewegungen ist bisher ungeklärt, weshalb deren Ursachen und Beeinflussungsmöglichkeiten ermittelt werden sollten. Ein erster Schritt zur Klärung des Problems bestand in der Ermittlung der Verdrehung der Federenden zueinander beim statischen Einfedern. Weiterhin fanden umfangreiche experimentelle Untersuchungen an einem Versuchsstand statt, wobei die Drehbewegungen von Feder und Ventilstößel bzw. oberem Federteller als Funktion von Nockenwellendrehzahl und Federvorspannung erfasst wurden. Ein mathematisches Modell lieferte erste theoretische Erkenntnisse zum Entstehen der Drehbewegungen. Weitere Untersuchungen hierzu wurden mit dem Programm SimulationX® durchgeführt. Das verwendete Prinzipmodell besteht aus zwei parallelen Feder-Masse-Systemen, von denen das eine linear, das andere drehend schwingt. Da die Federmasse kontinuierlich über die Feder verteilt ist, wurden von einer Mehrköpersimulation die besten Ergebnisse erwartet, die mit Hilfe des Programms RecurDyn® erfolgt ist. Die Versuche ergaben, dass die Drehbewegungen hauptsächlich von der Federwinderichtung, der Federvorspannung und der Nockenfunktion und Nockenwellendrehzahl abhängen. Hochgeschwindigkeitsaufnahmen zeigten, dass es sich um sehr komplexe Bewegungen handelt und Resonanzen Ursache der Drehbewegungen sind. Für das Entstehen von Drehbewegungen ist ein Entlasten der Federenden erforderlich, was durch Oberschwingungen der Nockenfunktion, die in der Nähe der Längseigenfrequenzen der Feder liegen, verursacht wird. Außerdem beeinflusst das Verhältnis der Oberschwingungen zu den Dreheigenfrequenzen die Drehbewegungen. Das mathematische Modell zeigt, dass es beim Überschreiten der Resonanzfrequenz zur Richtungsumkehr kommen kann. Die Einflussmöglichkeiten auf die Drehbewegungen von Feder und Ventilstößel sind in Hinweisen für den Konstrukteur zum Entwurf und zur Optimierung von Ventiltrieben zusammengefasst. Eine Vorausberechnung bedarf jedoch noch weiterer Untersuchungen.

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Optimierung des Lochens und Sickens von dünnwandigen Aluminiumhülsen, welche im Werk der COEXAL GmbH angefertigt werden. Die 7 Jahre alte bestehende, manuell bestückte Vorrichtung konnte die geforderten Stückzahlen nicht mehr erfüllen, da jedes Teil einzeln vom Bediener in die zwei Bearbeitungsstationen Lochen und Sicken eingelegt werden musste. Daher bestand die Forderung nach einer Optimierung dieser Fertigungsabläufe durch eine Anpassung oder Neukonstruktion. Nach Analysierung und Betrachtung der bestehenden Vorrichtung wurde eine neue Vorrichtung mit automatisiertem Handlingsystem entwickelt. Die einzelnen Stationen werden in der Arbeit näher betrachtet und erläutert. Die hier beschriebene Loch- und Sickvorrichtung hat eine vom Bediener unabhängige Ausbringung der Aluminiumhülsen unter gleichbleibendem Qualitätsniveau.

Im Reifenherstellungsprozess werden Reifenrohlinge an Reifenaufbaumaschinen gefertigt, indem die vorbereiteten Reifenkomponenten nacheinander auf eine rotierende Reifenaufbautrommel aufgelegt und miteinander verbunden werden. Die reifengrößen und -breitenspezischen Reifenaufbautrommeln werden je nach Produktion gewechselt. Mittels einer Flanschverbindung ist die Reifenaufbautrommel an der Aufbaumaschine befestigt. Die Verbindung soll alle angreifenden Kräfte und Momente aufnehmen und die pneumatischen Funktionen an der Reifenaufbautrommel sicherstellen. Diese Aufgaben werden momentan nicht risikofrei erfüllt. In der vorliegenden Bachelorarbeit wird der Wechsel von Reifenaufbautrommeln in der Goodyear Tire & Rubber Company optimiert, indem eine alternative, verbesserte Befestigung der Trommel an der Reifenaufbaumaschine, angelehnt an den konstruktiven Entwicklungsprozess, erarbeitet wird. Basierend auf den Anforderungen, die sich aus dem Ablauf des Reifenaufbaus und den Funktionen der Reifenaufbautrommel sowie der -maschine ergeben, werden Lösungsansätze für eine alternative Flanschverbindung erarbeitet. Durch die Bewertung der Ansätze kann ein Lösungsprinzip ausgewählt werden, das im Detail dimensioniert und gestaltet wird, um einen technischen Entwurf auszuarbeiten.

Die in der vorliegenden Masterarbeit durchgeführten Untersuchungen beziehen sich auf den Bereich zwischen dem Vorreinigungs- und Entklebeprozess sowie der Feinreinigung von vereinzelten monokristallinen Siliziumwafern bei der Firma Bosch Solar Energy AG. Zuerst erfolgt eine Eingliederung der manuellen Separation nasser Siliziumwafer in den Gesamtherstellungsprozess. Daraufhin werden durch theoretische Betrachtungen, die Eigenentwicklung von Versuchsaufbauten sowie die Durchführung von Messungen verschiedenste Bewertungskriterien für den späteren Entwicklungsprozess generiert. Eine Recherche zum aktuellen Stand der Technik gibt einen Überblick zu in der Industrie eingesetzter Lösungskonzepte. Nach der technischen und wirtschaftlichen Bewertung von gruppierten Prinzipvarianten folgt die Betrachtung zweier Konzepte, die sich durch die erforderliche Entwicklungszeit unterscheiden. Zur Beseitigung der Restlücke in der automatisierten Prozesskette, die bei der zweiten Konzeptvariante verbleibt, schließt sich die Entwicklung einer Handhabungseinrichtung an. Diese soll die auf die Wafer wirkenden mechanischen Kräfte begrenzen und einen direkten Kontakt des Bedieners mit den Wafern während der Maschinenbestückung verhindern.

In der vorliegenden Arbeit wird die Lagerung eines Abgasturboladers untersucht. Dies geschieht in Hinblick auf die Möglichkeit der Implementierung eines aerodynamischen Lagerkonzepts. Es werden allgemein die Anforderungen einer Lagerung im Abgasturbolader aufgeschlüsselt. Weiterhin werden bereits etablierte Lagerkonzepte in Form von hydrodynamischen Gleitlagern als auch Wälzlagern sowie alternative Gleitlager und Magnetlager untersucht. Ein Vergleich aller Lagertypen mit einem aerodynamischen und aerostatischen Lager gibt Aufschluss über die Vor- und Nachteile der verschiedenen Typen. Vorteile des aerodynamischen Lagers wie geringe Reibleistungsverluste, den Überfluss spezieller Schmiermittel sowie ein sehr genauer Lauf stehen Nachteilen wie einer Anlaufproblematik, eines drehzahlbegrenzenden Halbfrequenzwirbels, zu beachtender Wärmeausdehnung sowie einem erhöhten Dichtungsaufwand gegenüber. In der Konsequenz bedeutet dies gegenüber konventioneller Lagerungen im Turbolader einen höheren Wirkungsgrad, besseres Ansprechverhalten und eine Minderbelastung der Motorschmierstoffe, allerdings muss der Werkstoffwahl erhöhte Aufmerksamkeit geschenkt, eine Dämpfungseinheit vorgesehen und ein wirksames Dichtungskonzept entwickelt werden. Als Lösungen für eben genannte Probleme werden hochfeste Keramiken für die Reibpaarungen und austenitische Stähle für periphere Komponenten verwendet. Als konstruktiv umzusetzende Varianten wurde beim Axiallager der überlegenden Spiralrillenstruktur gegenüber der Kippsegmentstruktur der Vorzug gegeben. Gleiches ist beim Radiallager geschehen, hier wird eine Spiralrillenstruktur mit Schwimmbuchse einem Folienlager bevorzugt. Die Konstruktionsparameter dieses Gesamtkonzepts werden auf ihre Einflüsse und Fertigbarkeit untersucht und anschließend optimiert. Dabei werden die notwendigen Berechnungsgrundlagen dargelegt.

Die vorliegende Arbeit stellt den Entwicklungsprozess eines Ganz-Metall-Isolators zur Isolierung von mechanischen Schwingungen durch Kompressoren in Klimageräten in Schienenfahrzeugen dar. Es soll sich an der Auslegung der bisher verwendeten Elastomerfeder orientiert und dabei die Einsetzdauer deutlich verlängert werden. Inhalt dieser Dokumentation sind die Grundlagen, die Analyse der vorhandenen Lösungen, die Simulation mit dem numerischen Tool ANSYS Workbench, die Prüfung der Prototypen durch statische und dynamische Verfahren sowie die Darstellung der Ergebnisse.

Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Verstelleinrichtung zur Änderung der Verdichtung eines Verbrennungsmotors. Aufgrund der Neuartigkeit des Motorkonzepts kann nicht auf Erfahrungswerte zurückgegriffen werden und es bedarf zunächst einer Klärung der Randbedingungen. Da die hierfür nötigten Messungen zum derzeitigen Konzeptstand des Motors nicht durchführbar sind, werden Berechnungsmodelle erstellt, die die Ermittlung grundlegender Auslegungsgrößen ermöglichen. Die so entstehenden Randbedingungen werden in einer Anforderungsliste zusammengefasst, die die Grundlage für die anschließende Konzeptfindung bildet. In dieser werden verschiedene Bauelemente zur Erfüllung bestimmter Teilfunktionen vorgestellt und kategorisch bewertet. Durch die Zusammenführung der aus den Einzelbewertungen hervorgegangenen Elemente entstehen Gesamtkonzepte, die am Ende in einer abschließenden Bewertung miteinander verglichen werden. So ist es möglich ein optimales Verstellkonzept zu definieren, das Potential für den Einsatz unter Serienbedingungen bietet.

Diese wissenschaftliche Arbeit dient dazu die Grundlagen der Statistik und speziell die statistischen Verfahren zur Auswertung von Dauerschwingversuchen näher zu erläutern und deren Anwendungsgrenzen aufzuzeigen. Das Ziel ist eine Einschätzung über den Einsatz statistischer Auswerteverfahren auf Dauerschwingversuche von Schraubendruckfedern und das Erstellen einer Excel-Vorlage zum Auswerten von Versuchsergebnissen. - Es wird speziell auf die Auswertung der Schwingfestigkeitstests in den Bereichen der Zeit- und Dauerfestigkeit eingegangen. Dabei werden Methoden und Verfahren zur Behandlung der Versuchsergebnisse in diesen Bereichen näher erläutert und Vor- und Nachteile genannt. Des Weiteren werden verschiedene Ergebnisse von Dauerschwingversuchen analysiert und deren Ergebnisqualität verglichen. - Das Ergebnis dieser Arbeit ist eine Zusammenfassung über die genauen Einsatzbedingungen und die erzielbare Qualität durch die einzelnen Verfahren, sowie eine Excel-Vorlage zum Auswerten von Dauerschwingversuchen, mit den in dieser Arbeit beschriebenen Verfahren.

Federn werden heute überwiegend durch plastische Formgebung des Drahtes in einer Windemaschine hergestellt. Dabei entstehen jedoch Eigenspannungen, welche sich massiv auf die Eigenschaften der Feder auswirken. Mit dem Ziel, diese Eigenspannungen abzubauen, durchlaufen Federn nach dem Windeprozess ein Wärmebehandlungsverfahren. Dabei haben viele Faktoren (z. B. Temperatur, Haltezeit und Zeitdauer der Wärmebehandlung) einen Einfluss auf den Eigenspannungszustand. Um die vorhandenen Eigenspannungen zu bestimmen, müssen Federn meist aufwendig für die Messung vorbereitet werden. Die Messung ist zudem sehr zeitintensiv. Deshalb haben in den letzten Jahren die Simulationen solcher Verfahren an großer Bedeutung gewonnen, um den Einfluss der Wärmebehandlung auf den Eigenspannungszustand zu ermitteln. Im Rahmen dieser Arbeit soll der Eigenspannungsabbau an Schraubenfedern durch die Wärmebehandlung nach dem Federwinden simuliert werden.

In dieser Arbeit wird eine stufenlose Schwenkachse für eine Bearbeitungseinheit des Typs USOPI 125C350/M4 entwickelt, die eine NC-gesteuerte, hochpräzise Bearbeitung erlaubt. Hierfür wird eine Lagerung des Schwenkgehäuses realisiert, wie auch ein komplett neues, im kompakten Gehäuse untergebrachtes, B-Achs-Antriebskonzept gefunden. Die Lösung besteht aus einem YRT-Lager, wie auch aus zwei Servomotoren, die mit jeweils einem Harmonic Drive-Getriebe und einer Stirnradstufe das für den NC-Betrieb erforderliche Schwenkmoment von 4.000 Nm zur Verfügung stellen. Bei voller Belastung ist somit im Schwenkbereich von ± 135˚ eine Schwenkdrehzahl von 7,1 U/min mit einer Auflösung von 5" möglich, was durch einen integrierten Drehgeber in der B-Achse gemessen wird. Für den Schruppvorgang ohne B-Achs-Verstellung ist eine B-Achs-Klemmung vorhanden, die ein Klemmmoment von 6.000 Nm erreicht, sodass die Fräsleistung von 45 kW bei einem Drehmoment von 1.250 Nm oder einer maximalen Drehzahl von 5.000 1/min bedenkenlos umgesetzt werden kann.

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit dem Thema der Integration eines Elektromotors in ein Mountainbike-Fahrradrahmen als zusätzliche Unterstützung zur Muskelkraft des Nutzers. Sie zeigt die einzelnen Arbeitsschritte des Konstruktions- und Entwicklungsprozesses vom Grobkonzept bis zum fertigen 3D CAD Modell. Der bestehende Prototyp hört auf den Namen E-BOXX 1.1. Die, mit diesem Prototypen, absolvierten Testfahrten werfen Änderungswünsche für das Serienprodukt auf, welche mit Hilfe dieser Arbeit abgehandelt werden sollen. Diese Änderungen beziehen sich vorwiegend auf die Art der Antriebsansteuerung, Befestigung der Akkumulatoren, Kompensation der Zugmitteldehnung und der Art der Sicherheitselemente. Nach der Analyse des Prototypen und Festlegung der Änderungen folgt eine Entwurfs- und Konstruktionsphase. Im letzten Kapitel dieser Ausarbeitung werden Empfehlungen für Weiterentwicklungen ausgesprochen sowie die zu Beginn ausgearbeitete Anforderungsliste mit dem angefertigtem CAD Modell verglichen.

Zur Simulation der auftretenden thermischen und mechanischen Beanspruchungen, sowie der lokalen Trag- und Schmierverhältnisse an den Kettenschienenführungen von Folienreckanlagen wird ein Prüfstand für gezielte tribologische Versuchsreihen benötigt. Angelehnt an einen bereits vorhandenen Stift-Scheibe-Prüfstand wird ein neuer Prüfstand mit dem Hauptaugenmerk des automatisierten Versuchsbetriebes entwickelt. Die zentralen Teilbereiche der Konstruktion sind der beheizbare Messraum, die Schmierstoffversorgung sowie die auswahl einer geeigneten Aktorik und Sensorik zur Messwerterzeugung.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Spannungsgradienten von Schraubendruckfedern. Dazu wurde eine Parameterstudie für verschiedene Drahtdurchmesser und Wickelverhältnisse durchgeführt. Die Ergebnisse der Simulation wurden mit den Ergebnissen einer analytischen Herleitung des Spannungsverlaufes und den daraus resultierenden Spannungsgradienten verglichen. Aus den Ergebnissen der Simulation konnte außerdem die eine Formel gebildet werden, die die Abhängigkeit des bezogenen Spannungsgradienten vom Drahtdurchmesser und Wickelverhältnis beschreibt.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der FEM Simulation des Anlassprozesses von Schraubendruckfedern zum Abbau der schädlichen Eigenspannungen in Folge des Windeprozesses. Die Parameter des Ofens und die Eigenschaften der Federn beeinflussen im Wesentlichen den Temperatur Zeit Verlauf der Erwärmung. Ziel der Simulationen ist die Vorhersage der Erwärmdauer von Federn verschiedener Materialien und Geometrien. Um teuere Labor- und Einrichtungszeiten für diese Anlassprozesse zu verkürzen, soll die Optimierung der Ofenauslastung bereits durch gezielte Simulationen erfolgen. Hierbei ist eine möglichst genaue Berechnung des Temperaturverlaufes an definierten Stellen in den Federn notwendig. Im Rahmen der Arbeit werden numerische Berechnungen der FE-Methode für die Berechnung des Wärmeübergangs auf ihre Anwendbarkeit hin untersucht und verschiedene Makros für die Simulation der Wärmeprozesse erstellt. Die Stoffwerte des Stahls und der umgebenden Atmosphäre werden ermittelt. Die Berechnungsergebnisse werden systematisch ausgewertet. Vom Anwender der Makros und der Arbeitsblätter können alle relevanten Parameter der Federn und des Ofens eingestellt werden. Das ermöglicht eine zuverlässige Simulation des Anlassprozesses. Durch Vergleichsmessungen an Drahtproben aus ölschlussvergüteten Federstahl unterschiedlicher Durchmesser konnten die Berechnungsmodelle bzw. die ermittelten Stoffwerte verifiziert und die gewonnenen Ergebnisse auf Genauigkeit geprüft werden.

Ziel dieser Bachelorarbeit war es herauszufinden, ob die aktuell verwendete Kenngröße - SlidingMean - zur Auslegung der Fahrzeugstruktur nach der Vorschriftsänderung im US-NCAP Rating noch geeignet ist. Die Untersuchungen bezogen sich ausschließlich auf den Lastfall der Frontalkollision. Das Lösen der Aufgabe erforderte ein Simulationsmodell, anhand dessen der Zusammenhang zwischen SlidingMean 36 und der Insassenbelastung dargestellt werden konnte. Dazu wurde ein kombiniertes System aus den bereitgestellten Insassen- und Strukturmodellen erstellt, welches in Form einer Optimierung die Abhängigkeit der Insassenbelastung vom SlidingMean 36 lieferte. Da der Rechenaufwand des Systems maßgeblich von der Anzahl der Parameter abhängt, erschien es im Vorfeld wichtig, Analysen bezüglich einer Parameterreduktion im Grobmodell durchzuführen. Diese ergaben, dass eine Begrenzung der betrachteten Parameteranzahl für eine Optimierung im gekoppelten Modell nicht zielführend war, wohingegen jedoch eine deutliche Minderung der Rechendurchläufe bei voller Anzahl ausreichend gute Ergebnisse lieferte und somit den benötigten Rechenaufwand herabsetzte. Als Fazit der Untersuchung wurde ein schwacher Zusammenhang zwischen dem SlidingMean 36 und den Insassenwerten nach US-NCAP nachgewiesen. Tendenziell liefert ein geringer SlindingMean 36 niedrigere Belastungen für den Insassen, jedoch führt er nicht zwangsläufig zur angestrebten Bewertung im Ranking. Daraus lässt sich die aktuelle Kenngröße als eine notwendige, jedoch nicht als hinreichende Bedingung, deklarieren. Empfehlenswert für die zukünftige Optimierung der Fahrzeugstruktur ist die Auslegung über ein Gesamtmodell, mit dessen Hilfe der direkte Einfluss der Parameter auf die Insassenwerte erkennbar ist. Das in dieser Arbeit verwendete gekoppelte System kann zu diesem Zweck als Basis dienen. Allerdings besteht Überarbeitungsbedarf hinsichtlich der benötigten Rechenzeit.

Die Luftfahrtbranche stellt schon seit jeher besondere Anforderungen an die konstruktive Gestaltung von Luftfahrzeugen. Neben der Hauptforderung Leichtbau dürfen auch die Sicherheit und Ökonomie nicht vernachlässigt werden. Um diesen gegensätzlichen Ansprüchen gerecht zu werden, hat sich der Einsatz von numerischen Berechnungsmethoden als Unterstützung bei der Auslegung und Optimierung etabliert. Im Rahmen des Projektes "UL-Luftsportgerät (Koaxial-Hubschrauber)" der Firma Dreiling Maschinenbau GmbH wird in dieser Bachelorarbeit das Gehäuse des Hauptgetriebes eines Ultraleichthubschraubers in Bezug auf seine Festigkeit analysiert. Dazu wurden physikalische Modelle von unterschiedlichen Flugmanövern aufgestellt und die daraus resultierenden Belastungen ermittelt. Daran anknüpfend ist die Erstellung eines FE-Modells der Gehäusebaugruppe beschrieben. Auf dieser Basis wurden alle Lastfälle eingebunden und berechnet. Abschließend erfolgt eine Diskussion der konstruktiven Gestaltung und ein Ausblick auf Weiterentwicklungen wird aufgezeigt.

Um die Eigenschaften von Schraubendruckfedern verbessern zu können, muss auch das Ausgangsmaterial, der ölschluss-vergütete CrSi-legierte Federstahldraht in seiner Festigkeit verbessert werden. Damit die durch den industriellen Herstellungsprozess miteinander gekoppelten Parameter beim Vergüten separat optimiert werden können, wurde im Rahmen dieser Bachelorarbeit ein Probeversuchsstand zum Optimieren der Temperaturen und Zeiten des Härtens und Anlassens von CrSi-legierten Federstahldrähten aufgebaut. Drahtproben mit Durchmessern von 3 mm und 4,5 mm konnten induktiv erwärmt, und somit gehärtet und angelassen werden. Außerdem wurde versucht, die auftretenden Temperaturdifferenzen über die Drahtlänge zu minimieren. Durch das Vergüten mit Induktionserwärmung konnten gleiche Festigkeitswerte wie bei dem Austenitisieren im elektrisch beheizten Ofen, und Anlassen im Bleibad erreicht werden. Jedoch wurden die Zeiten für das Austenitisieren und Anlassen der Drähte erheblich gesenkt.

Die steigende Anzahl von Fahrzeugen und die knapper werdenden Reserven fossiler Treibstoffe bilden einen starken Gegensatz. Eine mögliche Lösung ist die Elektromobilität. In der Automobilbranche wird daher ein großer Entwicklungsaufwand betrieben um zukünftige Fahrzeuggenerationen mit neuen Antrieben auszustatten. Durch den Umstieg auf batteriegetriebene Fahrzeuge entfallen diverse Fahrzeugkomponenten, was den Platz und die Notwendigkeit für neue Elektronikkomponenten schafft. So wird zur Unterbringung der Batterien ein luftdichtes und wassergeschütztes Gehäuse benötigt; der sogenannte Batterietrog. Er beinhaltet neben den Batteriemodulen auch die Steuerelektronik und Kühlungskomponenten für die Batterien. Um das Mehr an Gewicht durch die Batterien besser kompensieren zu können, wird der Deckel des Trogs als Kunststoffspritzgussteil ausgeführt. Die vorliegende Arbeit untersucht die Eignung verschiedener Materialien und gibt einen Überblick über die Konstruktionsrichtlinien. Weiterhin entsteht auf Basis der zusammengetragenen Informationen und eines Forderungskatalogs seitens Shanghai Volkswagen ein CAD Prototyp für eine Testphase mit zehn Fahrzeugen. Abschließend wird die Konstruktion diskutiert und die Perspektiven für das weitere Vorgehen werden aufgezeigt.

Die heute bekannten Rennschlitten entstanden aus Schlitten die für den Holztransport in den 80er Jahren des vorletzten Jahrhunderts eingesetzt wurden. Durch die anhaltenden Weiterentwicklungen erhöhte sich die Geschwindigkeit der Schlitten immer weiter. Ein moderner Rennschlitten kann Höchstgeschwindigkeiten von über 140 km/h erreichen. Aber die Erhöhung der Geschwindigkeit ist nicht das primäre Ziel der Weiterentwicklungen der Rennschlitten. Dieses liegt in der Verringerung der Fahrzeit, durch eine Verbesserung der Lenk- und Fahrbarkeit. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Verbesserung der Lenk- und Fahrbarkeit durch die Optimierung des Bockfußgelenkes vorangetrieben. Im Fokus stand eine Verbesserung der Dämpfungseigenschaften unter Beibehaltung der Steifigkeitswerte. Mit Hilfe von Experimenten wurde im Vorfeld das alte Bockfußgelenk auf dessen Steifigkeiten untersucht. Durch die neu gestaltete Anschlussgeometrie des Bockfußgelenkes konnte die Möglichkeit eröffnet werden, den Austausch des Lagers an der Bahn vorzunehmen. Damit ist es in Zukunft möglich, bei veränderten Bahnbedingungen, eine andere Konfiguration der Federungs- und Dämpfungswerte des Lagers zu verwenden.

Das Kugelstrahlen ist ein in der Fertigungstechnik seit langem eingesetztes und bewährtes Verfahren zur Oberflächenbehandlung metallischer Werkstücke. Das Hauptanwendungsgebiet ist das Verfestigungsstrahlen um die Lebensdauer von schwingungsbeanspruchten Bauteilen zu erhöhen. Beim Kugelstrahlen werden zumeist Stahlkugeln in runder Form mit unterschiedlichen Prinzipien auf das Werkstück beschleunigt. Der Aufprall der Kugeln verursacht eine plastische Deformation der Oberfläche, oberflächennahe Werkstückbereiche werden dabei verfestigt und es entstehen Druckeigenspannungen, welche das Risswachstum behindern. Das Strahlergebnis beim Kugelstrahlen hängt von einer Vielzahl von Einflussgrößen ab. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Finite-Elementen-Methode (FEM) Werkzeug entwickelt, dass verschiedene Einflussgrößen erfassen und deren Auswirkung auf das Strahlergebnis nachbilden kann. Stichworte: Finite-Elemente-Methode, FEM, Ansys, Kugelstrahlen, Simulation, Eigenspannungen, Eigenspannungsmessung, Einzelstoß, Mehrfachstoß, geordnete Trefferfolge, Zufallsverteilung, Überdeckungsgrad, Materialmodelle, Stoßdynamik, Dehnratenabhängigkeit, Federstahl

In der heutigen Zeit wird bei der Energiegewinnung vermehrt Wert auf Nachhaltigkeit gelegt. Aufgrund der Endlichkeit der fossilen Energiestoffe geht der Trend in Richtung der erneuerbaren Energien, vor allem die Biogasgewinnung spielt hierbei eine immer größere Rolle. Das Hauptaugenmerk dieser Bachelorarbeit liegt auf der Untersuchung der technischen Vorzerkleinerung der für die Biogasgewinnung essentiellen Substrate mit Hilfe des Schnittsystems des Mulchmaster Rasenmähers. Hierbei sollte in erster Linie die Effektivität des Schnittsystems kritisch betrachtet werden. Außerdem wurden noch Konstruktionsansätze für eine Zerkleinerungsanlage mit diesem Schnittsystem zur weiteren Bearbeitung geliefert.

Auf Grund seiner Wirtschaftlichkeit ist das Schweißen ein häufig angewandtes Verfahren im Bereich des Stahl- und Infrastrukturbaus. Es gibt dabei allerdings negative Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften des Grundwerkstoffes, die durch geeignete Verfahren abgeschwächt werden müssen. Das High Frequency Impact Treatment stellt hierbei eine wirtschaftlichere und schnellere Methode dar, als die bisher angewandten Verfahren. Diese Arbeit untersucht die Wirkung und Potentiale in Bezug auf die Fertigung von Brücken. Es zeigt sich, dass es sinnvoll wäre die Fertigung durch das HiFIT-Verfahren zu ergänzen und letztendlich die alten Methoden zu ersetzen. Dabei wird Bezug genommen auf Schadensfälle an real existierenden Brücken.

Die vorliegende Bachelorarbeit wurde im Unternehmen Bosch Rexroth Linear- und Montagetechnik geschrieben. In dieser Firma werden unter anderem Produktionsanlagen für die manuelle Produktion entworfen. Für eine dieser Produktionsanlagen wird ein Transportwagen benötigt, um unterschiedlich große Module transportieren zu können. Diese Arbeit befasst sich mit dem methodischen Aufbau einer Neukonstruktion eines solchen Wagens, bis hin zur konstruktiven Umsetzung des Produkts. Die Vorgehensweise zur Lösungsfindung ging von der Analyse ähnlicher Systeme über den konstruktiven Entwicklungsprozess (KEP), bis hin zur Umsetzung der Konstruktion. Der konstruktive Entwicklungsprozess beinhaltet die Erstellung von drei technischen Prinzipen. Bei der nachfolgenden Bewertung hat sich eins dieser Prinzipe deutlich herauskristallisiert. Die auftretenden Berechnungen für das ausgewählte Prinzip befassen sich hauptsächlich mit Statikauslegungen an der Hebevorrichtung und am Grundgestell des Wagens. Die besondere Herausforderung lag in der Umsetzung der Funktion, wobei zugleich sowohl die ergonomische Gestaltung als auch die Genauigkeit der Bedienung eine große Rolle spielen.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Vergleich der direkten Messung von Federkennwerten einer zylindrischen Schraubendruckfeder und der indirekten Messung auf Basis der Federgeometriedaten und numerischer Nachrechnung. Zur genauen Beschreibung einer Kraftfahrzeugachsfeder nach den Federkennwerten, wie Kraft, Federrate und Durchstoßpunkte, wird in der Industrie eine Federprüfwaage verwendet. Es wird die Frage aufgegriffen, wie weit die Ergebnisse, die aus der numerischen Nachrechnung auf Basis der Federgeometriedaten stammen, mit denen der Rahmenprüfwaage vergleichbar sind. Die Federgeometriedaten werden mithilfe eines 3D-Federvermessungsgerätes bestimmt. Dazu wurden im ersten Schritt die beiden Messgeräte einer Fähigkeitsuntersuchung mit Hilfe der Messsystemanalyse unterzogen. Anschließend wurde das 3D-Federvermessungssystem hinsichtlich seiner Peripherie optimiert. Die numerischen Berechnungsdaten des alten und optimierten 3D-Federvermessungsgerät werden mit den Messergebnissen der Rahmenprüfwaage verglichen. Die Abweichungen werden aufgezeigt und analysiert.

Die Aufgabenstellung umfasst die Entwicklung eines Entsicherungsmechanismus für einen rotationsstabilisierten reaktiven Flugkörper. Die beim Abschuss bzw. während der aktiven Flugphase wirkenden physikalischen Kräfte und Parameter sollen der mechanischen bzw. elektro-mechanischen Entsicherung des Zündkreises dienen. Die Entsicherung ist auf zwei unabhängigen Wirkelementen aufzubauen, welche den gestellten Anforderungen hinsichtlich Einsatztemperaturbereich, Umwelt- und Transportbeeinflussungen sowie Bauraumbeschränkungen unterliegen. Als Output der Entsicherungseinrichtung ist die Öffnung bzw. Schließung eines mehrpoligen elektromechanischen Schaltelementes sicherzustellen. Der Schaltzustand ist während der gesamten Flugzeit beizubehalten. Inhalt der Dokumentation sind die verschiedenen Konstruktionsvarianten, die ausgehend von der Aufgabenstellung unter Einbezug von bereits serienreifen Lösungen konstruiert werden. Die Konstruktionsvarianten werden hinsichtlich der geforderten Merkmale und der Betrachtung der Serientauglichkeit untereinander verglichen. Zeitgleich folgen Berechnungen und Auslegungen der Parameter. Das Ergebnis ist ein den Anforderungen entsprechender optimierter technischer Entwurf. Durch den Bau von Prototypen werden anschließend Testläufe gefahren, analysiert und bilden so den Ausgangspunkt für ein serienreifes Endprodukt.

Y-Spielausgleichsfedern in Fensterhebern sollen Klappergeräusche beim Türzuschlag verhindern. Beim Verfahren können sie jedoch Störgeräusche verursachen, die durch geeignete Konstruktionsrichtlinien vermieden werden sollen. Ausgehend von den funktionsbedingt festgelegten Anforderungen, den Werkstoffeigenschaften und einem konkreten Schienengleitertyp werden mittels einer linearen Modellrechnung variable Geometrieparameter ermittelt und eine Vorzugsvariante herausgearbeitet. Noch unbestimmte Abmessungen werden auf günstige Bauraummaße optimiert. Die Funktionserfüllung wird durch FEM bestätigt. Durch Messung des reiberregten Schwingungszustandes der Ausgleichsfeder in Abgleich mit modalen Analysen wird eine Möglichkeit der Vorhersage von Geräuschfrequenzen aufgezeigt, die vermutlich auch durch FEM-Simulation und damit zukünftig in der Konstruktionsphase vorgenommen werden kann. Die gefundenen Vorschläge zur funktionsoptimierten Federauslegung und Ansätze zur Geräuschoptimierung durch Geometrievariation werden in verallgemeinerten Konstruktionsrichtlinien zusammengefasst.

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines fahrbaren Baukompressors mit Elektromotorantrieb, mit 20kW Nennleistung. Dazu werden die bestehenden Kompressoranlagen auf Schwachstellen hin untersucht und verschiedene Verbesserungsvorschläge diskutiert. Die als optimal bewertete Variante wurde als technischer Entwurf umgesetzt. Um weitere Konzepte bewerten zu können wird eine CFD-Simulation, der Strömung im Innenraum durchgeführt. Als Resultat konnte das Gewicht um 1/4 gesenkt und die Liefermenge um 5% erhöht werden.

In dieser Arbeit wird die mechanische Simulation eines Fahrrades mit Seitenwagen mit Hilfe der FEM-Software ANSYS Classic dargelegt. Nach der Erörterung der auf die Konstruktion wirkenden Belastungen erfolgt eine ausführliche Beschreibung des Modellaufbaus. Dieser besteht aus der Rahmengeometrie, sowie aus Lagerstellen und Federn, deren Erstellung in ANSYS detailliert beschrieben wird. Nach der Vernetzung und Berechnung des Modells werden die gewonnenen Ergebnisse ausgewertet und am real existierenden Prototypen validiert.

Zugversuche reichen zur Beschreibung der mechanischen Eigenschaften von Federstahldrähten nicht aus. Der Draht von Schraubendruck und zugfedern wird auf Torsion beansprucht und so wird die Torsionsfließgrenze zur Dimensionierung benötigt. Durch die dem Federwinden nachgelagerten Arbeitsgänge wie z.B. Anlassen und Vorsetzen werden die für die Funktion wesentlichen Torsionseigenschaften des Drahtes verändert. Bei der Dimensionierung von Schraubenfedern kann das berücksichtigt werden, indem Torsionskennwerte verwendet werden, die an entsprechend angelassenen und vorgesetzten Drähten ermittelt wurden. Die Eigenschaften der Federstahldrähte wirken sich auf die Geometrie der aus diesem Draht hergestellten Schraubenfeder aus. Für eine stabile Federnproduktion müssen deshalb die Umformeigenschaften über die Drahtlänge konstant sein.

Zur Herstellung von Sinterformteilen ist das Matrizenpressen am weitesten verbreitet. Hierbei wird Metallpulver in einem Werkzeug unter hohem Druck zu einem festen Pulververbund verpresst. Meist sind diese Werkzeuge in einem Adaptor vormontiert. Ein spezieller Adaptor ist der 500 Tonnen Mehrplattenadaptor. Dieser ist jedoch nur mit einfachen Festanschlägen ausgestattet, sodass er bei Werkzeugabstimmungen meist aus der Presse ausgebaut werden muss. In dieser Arbeit wird eine multikompatible Festanschlagverstellung konstruktiv ausgelegt. Sie umfasst den gesamten Konstruktiven Entwicklungsprozess. Durch diese Festanschlagverstellung ist es möglich, unter geringstem Zeit- und Kostenaufwand das Werkzeug abzustimmen.

Die Lebensdauer von Schraubendruckfedern wird nicht nur durch deren Einsatzbedingungen sondern bereits im Konstruktions-, Halbzeug- und Federfertigungsprozess beeinflusst. Aufgrund der Kosten- und Zeitoptimierung soll das Lebensdauerverhalten von Schraubendruckfedern bereits im Konstruktionsprozess Berücksichtigung finden und durch Zeitraffung von Lebensdauerversuchen belegt werden. Eine Möglichkeit dieser Umsetzung stellt der "Rechnerische Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile" (FKM-Richtlinie) dar, welche ein allgemeiner Rechenansatz zur Abschätzung der Auslastung einer Konstruktion unter Berücksichtigung der vorgesehenen Betriebsbedingungen ist. Ziel der Arbeit ist es, Möglichkeiten und Grenzen der Anwendbarkeit der FKM-Richtlinie für die Lebensdauerabschätzung aufzuzeigen. Aufgrund ihrer Allgemeingültigkeit berücksichtigt die FKM-Richtlinie bauteilspezifische Probleme nur grob und bedarf einer Anpassung auf Schraubendruckfedern. Dies beinhaltet sowohl berücksichtigte Faktoren neu zu bewerten als auch zusätzlich wirkende Einflussfaktoren gesamtheitlich zu erfassen und die Richtlinie damit zu ergänzen. Die Umsetzung der FKM-Richtlinie in der Software RifestPlus wurde analysiert und Hinweise zum korrekten Umgang mit der Software erarbeitet. Die Rechenergebnisse der FKM-Richtlinie wurden mit ersten Ergebnissen realer Lebensdauerversuche für verschiedene Schraubendruckfedern verglichen und bewertet. Die Anwendung von synthetisch erzeugten Wöhlerlinien fand Berücksichtigung. Es werden Möglichkeiten zur Zeitraffung von Lebensdauerversuchen beschrieben.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse des Vergüteprozesses von Federstahldraht. Die Parameter der Vergüteanlagen beeinflussen den Temperatur-Zeit-Verlauf im Draht und damit die stattfindenden Gefügeumwandlungsprozesse. Hier liegen Reserven zur Optimierung des Festigkeits- und Umformverhaltens ölschlussvergüteter Federstahldrähte. Um den empirischen Aufwand bei der Abstimmung der Vergüteanlagen zu verringern, ist es notwendig die stattfindenden Vorgänge bei der Wärmebehandlung im voraus zu simulieren. Dazu muss die Temperatur über den Drahtquerschnitt zu jedem Zeitpunkt verlässlich berechnet werden. Im Rahmen der Arbeit werden analytische Berechnungsmethoden für den Wärmeübergang auf ihre Anwendbarkeit hin untersucht und in einem Berechnungsprogramm implementiert. Die Stoffwerte des Stahls und der umgebenden Medien werden ermittelt. Die Parameter der Vergüteanlagen können durch den Anwender im Berechnungsprogramm eingegeben und angepasst werden. Damit ist eine Simulation des Vergüteprozesses möglich. Durch Vergleichsmessungen mit Drahtproben in unterschiedlichen Medien konnten die Berechnungsmethoden und die ermittelten Stoffwerte verifiziert werden.

Improving the control of the quenching and tempering process parameters can enable manufacturers to use a higher line speed in the tempering stage and save energy costs by use of lower austenizing temperatures.

Federn werden als Maschinenelemente in allen Bereichen der Technik zur Erfüllung unterschiedlichster Aufgaben eingesetzt. Hauptsächlich angewendet werden Metallfedern, die im Wesentlichen aus Halbzeugen, wie Draht-, Band- und Stabmaterial hergestellt werden. Ihre Gestalten sind ebenso vielfältig wie ihre Einsatzmöglichkeiten.

Vorliegende Arbeit hat zum Ziel, für die beiden Speicherpumpen des Pumpspeicher-Kraftwerkes Bleiloch eine optimierte Konstruktion der dynamisch hochbelasteten Leitschaufellager vorzulegen. Nach einer grundlegenden Analyse von Lagerbelas-tung und Betriebs- und Umgebungsbedingungen erfolgt die Synthese einer radial vorgespannten Versuchslagerung als Prototyp. - Parallel dazu werden insgesamt neun Varianten der Lagerung hinsichtlich ihrer Funk-tion bei dynamischer Belastung untersucht. Dazu dient ein Finite-Elemente-Modell der Leitschaufel und der Lagerbaugruppe. Damit wird zunächst die auf die Lager einwirkende dynamische Belastung quantifiziert und anschließend ein Variantenver-gleich durchgeführt. - Schließlich kann ein optimaler Konstruktionsvorschlag zur Modifikation der Lager formuliert werden.

Zur Durchführung von Betriebsfestigkeitsuntersuchungen an Fahrzeugteilen sind derzeit aufwendige Verfahren nötig. Diese sind kostenintensiv und daher für Kunden mit Kleinst- und Kleinserienproduktionen nicht rentabel. Die DEKRA Automobil GmbH möchte in Zukunft auch diesen Kunden eine Möglichkeit bieten, Betriebsfestigkeitsgutachten erstellen zu lassen. - In der vorliegenden Diplomarbeit werden Grundlagenuntersuchungen vorgestellt, um Betriebsfestigkeitsuntersuchungen für Kunden durchzuführen, die zerstörungsfrei und daher kostengünstiger sind. Zur Verifizierung der Ergebnisse wurde eine derartige Untersuchung an einem 3-Rad-Fahrzeug durchgeführt. - Zunächst werden die gesetzlichen Grundlagen und der aktuelle Stand der Forschungen auf dem Gebiet der Betriebsfestigkeitsuntersuchungen für Kraftfahrzeuge vorgestellt. Nach dem Festlegen der Vorgehensweise werden Spannungsanalysen mit zwei verschiedenen FEM-Programmen durchgeführt, um die kritischen Stellen zu lokalisieren. Die Ergebnisse werden verglichen und manuell nachgerechnet. - Für den Fahrzeugrahmen werden spezifische Verformungsgrenzwerte festgelegt. An den ermittelten kritischen Stellen werden Messstellen eingerichtet und Dehnmessstreifen angebracht. Die durchgeführten Überprüfungsfahrten zeigen, dass während des normalen Fahrbetriebs und auch im fahrdynamischen Grenzbereich die Verformungsgrenzwerte nicht erreicht werden. Lediglich beim Auftreten von Sonderereignissen liegen die Verformungen im festgelegten Grenzbereich. - Das Ergebnis der Diplomarbeit ist die Möglichkeit Betriebsfestigkeitsgutachten einerseits zerstörungsfrei und andererseits dezentral an den Niederlassungen der DEKRA Automobil GmbH durchführen zu können.

Damit O-Dichtringe ihre Dichtfunktion sicher erfüllen können, muss bereits bei deren Verarbeitung auf eine schonende Behandlung geachtet werden. Zur Verarbeitung zählen das Vereinzeln, das Zuführen und das Fügen der O-Dichtringe. Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Konstruktion einer Montagestation zum automatischen Fügen von O-Dichtringen in Fittings mit Innenkontur und Betrachtungen zur Zuführproblematik auf Prinzipebene. Die Vereinzelung wurde als gegeben betrachtet. - Beim Fügen in eine Innenkontur muss der O-Dichtring im Außendurchmesser verkleinert werden. Die bisher angewendeten Verkleinerungsprinzipien erfolgen unter erhöhtem Kraftaufwand oder strapazieren den O-Dichtring bis hin zur Zerstörung. Das räumliche Verbiegen als neuartiges Verkleinerungsprinzip gewährleistet eine sichere Montage der O-Dichtringe bei gleichzeitiger Schonung beider Fügepartner. - Beim räumlichen Verbiegen wird der O-Dichtring in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen verbogen und so im Durchmesser verkleinert. Untersuchungen am O-Dichtring der Nennweite 32 ergaben, dass zum Verbiegen eine Kraft von ca. 6 N nötig ist. Die auftretende Kraft kann direkt zur Verformung genutzt werden. Sie bewirkt ein selbsttätiges Schwenkbewegung der zum räumlichen Verbiegen nötigen Verformungselemente, sodass die Anzahl der Antriebselemente minimiert werden konnte. - Qualitative Untersuchungen von O-Dichtringen anderer Nennweite lassen die Vermutung zu, dass ein Zusammenhang zwischen dem Verhältnis aus Innendurchmesser zur Schnurdicke und der Verformungscharakteristik des O-Dichtringes bestehen muss. - Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Zuführung der O-Dichtringe, begin-nend bei der Verteilung, über die Zuführstrecke bis hin zur Bereitstellung. Dabei liegt das Augenmerk der Betrachtungen auf den Schnittstellen dieser Funktionsgruppen. Zur Bestimmung der maximalen Länge der Zuführstrecke wurde eine weitere Versuchsreihe durchgeführt. Diese bestätigt nochmals den Einfluss des Verhältnisses aus Innendurchmesser zur Schnurdicke auf die Verformungscharakteristik des O-Dichtringes. Die Betrachtungen zur O-Ring-Zuführung enden nach der Konzeptphase. Somit entstand neben der Konstruktion der Montagestation ein technisches Prinzip für die O-Ring-Zuführung.

Die klassische, riemengetriebene Kühlmittelpumpe erlebt zur Zeit einen technologischen Wandel. Die Forderung nach CO2-Minderung beschleunigt die Einführung von Thermomanagementsystemen in Kraftfahrzeugen zur weiteren Optimierung des Energieumsatzes. Thermomanagementsysteme benötigen Freiheitsgrade bezüglich des Volumenstromdurchsatzes im Kühlkreislauf. Die Firma GPM hat hierzu einige grundlegende Innovationen in Form der regelbaren Kreiselpumpe mit Spaltringschieber geschaffen. Auf Basis dieser digitalen on/off-Pumpe wurden in dieser Diplomarbeit Untersuchungen zur Aktuatorik des Spaltringschiebers und zur Realisierung einer stufenlosen Volumenstromregelbarkeit vorgenommen. Vorrangiges Ziel war es, mit einer neu zu entwickelnden, regelbaren Kühlmittelpumpe auf Basis einer bestehenden Konstantpumpe einen Beitrag zur Kraftstoffverbrauchs- bzw. CO2-Minderung zu leisten. Zunächst wurde der aktuelle Stand der Technik in dem Segment der regelbare Kühlmittelpumpen aufgezeigt. Nach umfassender Recherche wurden mögliche Konzepte für die Aktuatorik des Spaltringschiebers vorgestellt und nach verschiedenen Kriterien mehrwertig bewertet. Die ausgewählte Vorzugslösung wurde bis ins Detail auskonstruiert und in einen technischen Entwurf überführt. Die erforderlichen Untersuchungen sowohl zur Funktionsfähigkeit als auch zur Festigkeit wurden durchgeführt, sodass erste Muster aufgebaut werden können. Das entwickelte System arbeitet mit einem Unterdruckaktuator, der den in jedem Fahrzeug vorhandenen Unterdruck für die Positionierung des Spaltringschiebers nutzt. Aufgrund dieser kostenlosen Hilfsenergie kann der Spaltringschieber nahezu ohne zusätzlichen Energieeintrag den Volumenstrom der Kühlmittelpumpe beeinflussen. Aufgrund der speziellen Kraftübertragung kann der Unterdruckaktuator an beliebiger Stelle des Pumpengehäuses positioniert werden. Es bietet sich dadurch die Möglichkeit einer Applizierung diesen Systems in eine Vielzahl anderer Kühlmittelpumpen. Untersuchungen mit Prototypen haben ein deutliches Einsparpotential der Antriebsleistung bei Abschaltung der Kühlmittelpumpe von bis zu 70% gezeigt. Bei abgestimmten Thermomanagementsystemen kann eine Kraftstoffverbrauchsersparnis bis zu 3% erzielt werden.

Um den ständig wachsenden Anforderungen an Schraubenfedern bzgl. Genauigkeit der Einhaltung ihrer Funktion und Gestalt gerecht zu werden, ist es notwendig, das Ausgangsmaterial Federstahldraht hinsichtlich seines Festigkeits- und Umformverhaltens zu optimieren. Für ölschlussvergütete Federstahldrähte kann dies durch eine verbesserte Abstimmung der verschiedenen Prozessparameter bei der Drahtvergütung erreicht werden. Der Beitrag stellt hierzu durchgeführte systematische Untersuchungen und die erzielten Ergebnisse vor. Dazu zählen auch die Eigenschaften von Schraubenfedern, hergestellt aus unterschiedlich vergüteten Drähten.

Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, die Lebensdauer von Schraubendruckfedern mit Hilfe eines FEM-Programmes mit angekoppelter Lebensdauersoftware vorauszubestimmen. Dazu wird zu Beginn an einem einfachen Referenzbauteil (Lochstab) die prinzipielle Übereinstimmung von Simulation und analytischer Berechnung überprüft. Dazu wurde auf Grundlage der FKM-Richtline ein Excel-Sheet erstellt, dessen Ergebnisse mit denen einer kommerziellen Software überprüft werden. Die FKM-Richtlinie stellt den momentanen Stand der Technik für analytische Lebensdaueruntersuchungen dar. Die relevanten Ergebnisse fließen in die nachfolgende Lebensdaueruntersuchung an einer Schraubendruckfeder ein. Die Untersuchungen an dieser basieren auf realen Versuchsergebnissen, welche auf einem Versuch mit einer Boschschwinge beruhen. Die aus der Simulation gewonnen Daten werden mit den Versuchsergebnissen verglichen. Daraus sind erste Aussagen zur Lebensdauerberechnung mit ANSYS Fatigue möglich.

Federn aus ölschlussvergütetem Draht als häufig verwendete Maschinenelemente müssen steigenden Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit ihrer Funktion und Gestalt sowie nach besserem Langzeitverhalten, erhöhter Warmfestigkeit, längerer Lebensdauer, höherer Belastbarkeit und vor allem auch nach geringerem Werkstoffeinsatz und Bauvolumen gerecht werden. Wesentliche Voraussetzungen hierfür sind durch die Hersteller von Federstahldraht zu schaffen.

Für die dynamische Mehrkörpersimulation von Schraubendruckfedern werden nichtlineare Federmodelle auf Basis des Mehrkörpersimulationsprogramms ADAMS hergeleitet und in dessen Oberfläche implementiert. Die Simulationsergebnisse werden an Beispielen erläutert und mit Messergebnissen verifiziert. - Das Verhalten von Schraubenfedern wird wesentlich von nichtlinearen Effekten bestimmt, die mit den üblicherweise angewendeten Methoden nicht erfasst werden können. Damit resultiert die Forderung nach leistungsfähigen Modellen zur räumlichen Berechnung der für Schraubenfedern charakteristischen Größen (Reaktionskräfte, Bewegungs- und Schwingungsverhalten, Spannungszustand). - Daraus resultiert der in der vorliegenden Arbeit präsentierte nichtlineare, dreidimensionale Modellaufbau. Dieser zeichnet sich insbesondere durch die exakte Nachbildung der Federgeometrie und durch die detaillierte Modellierung der Übergangs- und Endwindungen sowie deren kraftschlüssiger Kopplung zu den Federtellern aus. Die diesem Ansatz zugrunde liegende Theorie wird ebenso erläutert wie deren Umsetzung im Programm. - Um die effiziente Nutzung der Modelle einem breiten Anwenderkreis zu ermöglichen, erfolgt die Anpassung der Benutzeroberfläche an den Federentwurfsprozess durch die Entwicklung von Dialogboxen zur automatischen Modellerstellung, Simulation und Ergebnisauswertung. Die Nutzerführung wird an Beispielen erläutert. - Die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Modelle wird durch die experimentelle Überprüfung der Simulationsergebnisse nachgewiesen. Ein zu diesem Zweck konzipierter Prüfstand ermöglicht die dreidimensionale Erfassung der Reaktionskräfte und des Bewegungsverhaltens dynamisch angeregter Schraubendruckfedern. Darüber hinaus ist die Applikation von Dehnungsmessstreifen zur Spannungsmessung möglich. - Die Simulationsergebnisse weisen zum größten Teil eine sehr gute Übereinstimmung mit den gemessenen Daten auf. Abweichungen ergeben sich durch Unterschiede zwischen den realen Prüfstandsverhältnissen und dem theoretischen Modellaufbau sowie durch die Vernachlässigung der Drahtkrümmung. Darüber hinaus sind meist weder der Schubmodul noch der Eigenspannungszustand des zur Schraubenfeder gewundenen Drahtes genau bekannt. Vorschläge zur Verbesserung der Ergebnisse werden als weiterführende Arbeiten definiert.