Publikationen ohne Studienabschluss

This paper proposes a robust design-optimization approach for eBike drive units that incorporates the highly variable driver-dependent load collectives and system conditions into a fatigue calculation. In an initial step, the relevant influences and loads on the investigated system are examined and reviewed in relation to the current normative requirements. From a methodical viewpoint, this paper presents a surrogate-based simulation-based approach to assess reliability across the entire geometry according to a probabilistic fatigue calculation. The probabilistic evaluation considers the several measured load collectives of different drivers and driving scenarios to enable a robust and type-oriented bike design. In addition to methods of fatigue calculation, this approach also includes common methods of order reduction and reliability-based design optimization. To avoid additional uncertainties in the calculation, this approach considers a complex critical-plane-based multiaxial-fatigue calculation to correctly evaluate the multiaxial and non-proportional stress state across the whole geometry. A data-based surrogate model that supports the fatigue calculation by predicting the load across the given uncertainties is the key to the efficient assessment of the service life of the eBike. Lastly, the identified uncertainties in the design of eBike drive units are investigated and evaluated by this method.

The product development process could benefit from a synergistic human-machine teaming, potentially shortening product development cycles and improving product performance and sustainability. However, there is a lack of available methods to achieve this goal. A technical product has to satisfy numerous requirements. Due to the variety and complexity of these requirements, the design process is challenging for human engineers. While engineers are supported by various tools (e.g. FEM) for analyzing product properties, tools for computer-aided synthesis of product properties considering the corresponding requirements are still only available in exceptional cases. However, such synthesis capabilities are necessary to qualify a computer-aided tool for productive teaming with engineers. Special methods based on artificial intelligence show a high potential for general computer-aided synthesis methods. This contribution presents an innovative approach in this direction based on topology optimization techniques.

Technical products are developed to meet the needs of different stakeholders. In addition, various constraints from all phases of the product life cycle have to be considered. In existing work, this information and its dependencies are systematically represented in the so-called system of objectives. A major challenge in modeling the system of objectives is that the necessary information in the system of objectives is often incomplete and uncertain. In addition, this uncertainty and the maturity of the system of objectives cannot be directly quantified because the target state of the system of objectives often cannot be unambiguously described. This research investigates a methodical approach to assess and improve the maturity of the system of objectives. Two means to reduce uncertainty and thus increase the maturity of the system of objectives are the systematic reuse of knowledge and the systematic building of knowledge through verification and validation activities.

In this paper, a method is developed to consider multiaxial load spectra and their variation in a computationally efficient local fatigue calculation procedure. This method is based on an FE data-based surrogate model and is intended to support the simulation-based product design process. To demonstrate their application and necessity, a case study on the design of eBike drive units is presented. For this purpose, the general requirements for the design of eBike drive units as well as the fundamentals of multiaxial fatigue analysis and surrogate modeling are outlined. In addition, a validation process of the surrogate model and its use for fatigue calculation is presented and discussed.

Along the development process of technical products, challenges arise repeatedly, which result from uncertainties, i.e., conscious, or unconscious gaps in knowledge or definitions. The causes often lie in the fact that empirical values represent the basis for many decisions, from the specification of tasks to the required organizational and control structures to the models and calculation tools used. Based on this knowledge, it is essential to continuously identify, evaluate and, if necessary, reduce the degree of uncertainty during the development of innovative products. This is intended to avoid potentially negative influences on the strategic goals of the magic triangle of project management (costs, time, and quality). This is exactly where the investigations started, using the example of an automotive supplier company. Completed projects are the starting point. A first focus is on the analysis of the effects of unclearly defined requirements and ambiguities in verification, validation, and end customer use. A second focus is the systematization, classification up to the provision of project-specific tools, which should facilitate the reduction of uncertainties already in early project phases.

Complex mechatronic products are usually decomposed into several sub-systems for their development. These sub-systems are developed in parallel or even independently based on their specifications and use cases. The application of model-based solution patterns is an effective way to comprehensively and efficiently describe the available knowledge about the sub-systems. This contribution proposes an approach to support the selection and application of model-based solution patterns. The approach, based on a metamodel for solution patterns using SysML, describes the process for selecting solution patterns and aligning requirements and constraints with the as-is properties of the sub-systems. Additionally, the approach supports the design of solution patterns taking into account special knowledge from the development of the sub-systems as well as the usage of the solution patterns in different systems and contexts. As an example, an application scenario of a specific load cell within a measurement system is explained.

Operating current advanced production systems, including Cyber-Physical Systems, often requires profound programming skills and configuration knowledge, creating a disconnect between human cognition and system operations. To address this, we suggest developing cognitive algorithms that can simulate and anticipate teaming partners' cognitive processes, enhancing and smoothing collaboration in problem-solving processes. Our proposed solution entails creating a cognitive system that minimizes human cognitive load and stress by developing models reflecting humans individual problem-solving capabilities and potential cognitive states. Further, we aim to devise algorithms that simulate individual decision processes and virtual bargaining procedures that anticipate actions, adjusting the system’s behavior towards efficient goal-oriented outcomes. Future steps include the development of benchmark sets tailored for specific use cases and human-system interactions. We plan to refine and test algorithms for detecting and inferring cognitive states of human partners. This process requires incorporating theoretical approaches and adapting existing algorithms to simulate and predict human cognitive processes of problem-solving with regards to cognitive states. The objective is to develop cognitive and computational models that enable production systems to become equal team members alongside humans in diverse scenarios, paving the way for more efficient, effective goal-oriented solutions.

Robust Design offers a coherent and widely appreciated approach for the parametric exploration of the design space by means of simulation or experimentation, which is well-established in the quality-by design domain. From the perspective of design research, however, this only addresses a relatively narrow part of the design process and is not fully integrated with other design decisions such as concept exploration, the suitable configuration of system elements, or the design of interfaces. Particularly in light of the growing importance of developing technologically advanced and “smart” systems, it seems that a new methodical perspective on Robust Design is needed. Against this background, this paper consolidates knowledge and insights from different research fields and industry sectors. On this basis, new angles to the discussion on product robustness in different domains are explored in order to suggests directions for action and new research areas, both with respect to a methodical RD approach as well as the question of systematic research procedures.

Digital Twins are being used more and more frequently and provide information from the Real Twin for different applications. Measurements on the Real Twin are required to obtain information, which in many cases requires the installation of supplementary sensors. For their conception and design, it is particularly important that the measuring principles are selected purposefully and the appropriate sensors are integrated at the goal-oriented measuring positions without impairing the functions and other properties of the Real Twin by the integration of these sensors. In this article, a "Design for Digital Twin" approach is discussed for the systematic procedure and demonstrated using a multi-staged gearbox as a concrete example. The approach focuses on the mechanical and hardware side of the Real Twin. For the systematic conception and design of the Digital Twin solution, an understanding of the stakeholder demands and the expected use cases is necessary. Based on the stakeholder demands and use cases, the relevant product properties can be determined. Using the relevant properties, an iterative process of conception, design, and analysis takes place. The conception is carried out by means of target-oriented cause-effect analyses, taking into account systemic interrelations of the Real Twin components and systematics for the selection of measurement principles. Systemic considerations, combined with an effect graph, allow for the analysis and evaluation of disturbing factors.

Product development is characterised by numerous synthesis and analysis loops. Analysis provides information on the fulfillment of the required properties of the system under development. Analysis results therefore are an important basis for further synthesis steps. In the context of Model-Based Systems Engineering (MBSE), different types of simulation models play an important role. The overall system (product) can be broken down to system elements. For each system element a set of models has to be established, that provides the required degrees of fidelity, representations of system properties, flows, etc. reflecting the variety of modelling purposes. These models have to be integrated horizontally (same system level along the relevant flows of material, energy, and information) and vertically (aggregation from subsystem level to the overall system level, refinement in the opposite direction) to create a holistic model-based system representation. An important and challenging task is to identify and shape relevant subsystem models. In order to define an appropriate structure of these models, model developers may utilize criteria like selected properties of system elements and interrelations, their degree of detail or modelling assumptions. The relevant criteria have to be made transparent. For this purpose, the paper discusses the concept of model signatures that contain relevant meta information about each single model of all system elements, subsystems up to models of the overall system. This standardized meta information enables an identification and selection of those models and the decision on the necessary model integration. The concept is discussed on the basis of a roller bearing as an example out of an electro-mechanical drivetrain. A potential analysis provides information about the possible usage of the model signatures concept.

Compliant mechanisms are widely applied in precision engineering, measurement technology and microtechnology, due to their potential for the reduction of mass and assembly effort through the integration of functions into fewer parts and an increasing motion repeatability through less backlash and wear, if designed appropriately. However, a challenge during the design process is the handling of the multitude of geometric parameters and the complex relations between loads, deformations and strains. Furthermore, some tasks such as the dimensioning by means of optimization or the modeling for a controller design require a high number of analysis calculations. From this arises the need for sufficient computational analysis models with low calculation time. Existing studies of analysis models are mostly based on selected load cases, which may limits their general validity. The scope of this article is the comparison of models for the analysis of corner-filleted flexure hinges under various loads, to determine their advantages, disadvantages and application fields. The underlying methods of the study can further be used to evaluate future models based on a broad selection of possible load cases.

MBSE and SysML are increasingly finding their applications in industry as well as in academia. The reuse of the information described in SysML models depends, among others, on the modelling methods, management of dependencies between elements and on the needed remodelling effort. In this paper, a modelling method is presented that address the reuse of SysML models and descriptions as well as reuse of model variants in SysML. A case example is presented to explain the modelling methods and the gained experience is summarised in the form of general recommendations for further use.

Since the 1950ies Design Theory and Methodology has described product and system development as a process that goes through the stages of requirements definition, considerations of functions, allocation of solution principles and, finally, detailing. Computer support of this process has more or less evolved backwards: Starting with manufacturing information (i.e. supporting processes after product development), going through geometric modelling to simulation - which is basically our present state. Functional modelling and requirements management has been very difficult to realise with conventional methods. Today, Model-Based Systems Engineering (MBSE) offers new ways to come to a holistic coverage of the product development process providing and - very importantly - linking model elements for all of its stages. Starting from the needs, as seen from Design Theory and Methodology, this article describes the current state of MBSE as a new, integrative approach for product and system development and identifies needs for further progress in this field.

Nachgiebige Mechanismen haben sich für eine Vielzahl von Anwendungen in der Feinwerk-, Mess- und Mikrotechnik etabliert. Für den iterativen Entwurf sowie die Optimierung von nachgiebigen Mechanismen besteht ein Bedarf an zeiteffizienten Analysemodellen mit möglichst geringen Abweichungen zum gefertigten Mechanismus. Hierfür wurden eine Reihe verschiedener Modellierungsansätze zur Beschreibung des Bewegungsverhaltens entwickelt und untersucht, unter denen nichtlineare Kontinuums-Balkenmodelle und nichtlineare finite Balkenmodelle ein hohes Potenzial zeigen. Trotz der ähnlichen Ansätze der Balkentheorie ergeben sich Unterschiede im Einsatz beider Modelle, die aufbauend auf den Ergebnissen bestehender Veröffentlichungen im Rahmen dieses Beitrages näher diskutiert werden.

Compliant mechanisms are state of the art in micropositioning stages due to their many beneficial features. However, their design usually compromises between motion range, motion accuracy and design space, while mechanisms with distributed compliance are mostly applied. The further use of flexure hinges with common notch shapes strongly limits the stroke in existing high-precision motion systems. Therefore, this paper presents a high-precision compliant XY micropositioning stage with flexure hinges capable of realizing a motion range of ± 10 mm along both axes. The stage is based on a novel plane-guidance mechanism, which is optimized to realize a precise rectilinear motion of the coupler link while keeping the rotation angles of all hinges below 5˚. The XY motion is then achieved by coupling two of these mechanisms in a serial arrangement. Next, the synthesis of the monolithic XY stage is realized by replacing all revolute joints of the rigid-body model with flexure hinges using optimized power function notch shapes. Emphasis is also placed on the embodiment design of the stage and the actuator integration to minimize possible error sources. Finally, the quasi-static behavior of the compliant stage is characterized by a simulation with a 3D FEM model and by an experimental investigation of a prototype. According to the results, the developed compliant XY micropositioning stage achieves a maximum positioning deviation of less than 10 [my]m in both axes and a yaw error of less than 100 [my]rad over a working range of 20 mm × 20 mm with a comparably compact design of the compliant mechanism of 224 mm × 254 mm.

Flexure hinges with small cross-section heights are state of the art in numerous precision engineering applications due to their capability for smooth and repeatable motion. However, the high sensitivity to manufacturing influences represents a challenge. We propose a characterization method for flexure hinges based on the measurement of the free oscillation, to enable the consideration of manufacturing influences in the early stages of the design process. Three semi-circular flexure hinges with different cross-section heights and highly accurate geometry were investigated experimentally to compare them with three theoretical modeling approaches. The results for the three flexure hinge specimens showed small deviations to the predicted values from the models which is in agreement with the results of dimensional measurements. With each modeling approach, a deviation of the minimal notch height from the nominal value can be calculated. This value, in turn, can be used as manufacturing allowance for subsequent manufacturing of compliant mechanisms using the same manufacturing method. An exemplary compliant parallel-crank mechanism proves the applicability of the concept to compliant mechanisms with multiple flexure hinges.

Absicherungsmaßnahmen werden im Produktentwicklungsprozess zur Überprüfung bestimmter Eigenschaften und Funktionen eines Konstruktionsstands eingesetzt. So sollen mögliche Abweichungen von den Zielvorgaben frühzeitig erkannt und Erkenntnisse für die weiteren Entwicklungsschritte gewonnen werden. Die Ergebnisse der Absicherung können auch als Indikatoren für die Reife des Produkts, der Fertigungsprozesse oder des Projekts dienen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Erarbeitung eines Vorgehens zur Analyse von Verbesserungspotentialen in der Absicherung. Der Fokus liegt dabei auf der Absicherung der Montage. Das Vorgehen wird anhand einer Fallstudie in der Automobilentwicklung dargestellt. Kern der Untersuchung ist die Identifikation der für die Montage relevanten Produkt- und Prozesseigenschaften und die Analyse spät im Entwicklungsprozess erkannter Zielabweichungen. Diese werden hier als Indikator für Verbesserungspotentiale in der Absicherung verwendet. Für die notwendigen Analyseschritte wurden im Rahmen der Fallstudie sehr große Mengen an Informationen aus der Dokumentation abgeschlossener Produktentwicklungsprojekte verarbeitet. Daher wurde der Einsatz von Text-Mining-Werkzeugen untersucht und in das erarbeitete Vorgehen zur Identifikation von Verbesserungspotentialen integriert.

This paper reports about enhanced compliant mechanisms with flexure hinge based on new analytic and/or FEM models that have been manufactured by state of the art wire EDM technology. Experimental proofs at test benches, equipped with ultra-precise interferometer based length and angular measurement systems, show first time the residual deviation to the intended path of motion with a resolution of nanometers/arc seconds. Theoretically determined and measured data are in good correlation. Repeatability limitations are rather more given by the residual noise of the overall test arrangement and mainly not by the mechanism itself.

During the product development process, it is of great importance to consider the later life phase situations of a product. This includes the interaction of the product with its environment and the human actor(s) in its different life phases. Therefore, an early evaluation of a product and its later life phase interactions are of great value. Virtual Reality (VR) technology is seen as very important at this point, as it can help the designer to realize the later life phase situations of a product inside VR. However, the preparation of VR-scenes remains a difficult task, as it requires a great amount of time and effort. Furthermore, the current methods for the preparation of such scenes offer very limited reusability. This paper will focus on an existing method that uses Model Based Systems Engineering (MBSE) to describe the VR-scene for a CAVE-type VR-system. This method will be further extended and an improvement to the existing modeling approach will be presented to achieve a faster simulation in VR and reusability of VR-scenes. Furthermore, a detailed comparison of the conventional and the new approach will be presented. The new approach enables a faster simulation that will be validated by comparing the execution speed of both approaches under the modeling approach section. The reusability perspective of the prepared VR-scene will also be discussed. A Head Mounted Display (HMD), in comparison with CAVE type VR-systems, offers a cost reduction in the use of VR technology. This paper will also provide the idea for achieving a simulation in HMD while using the same MBSE-approach used for CAVE type VR-systems. The flow of information for simulation in HMD and the idea of implementation will be presented in detail.

Dieses nun in der dritten Auflage erschienene Buch vermittelt die Grundlagen des systematischen Einsatzes von rechnerunterstützten Methoden, Vorgehensweisen und Werkzeugen in der Produktentstehung. Es bietet seinen Zielgruppen in knapper und übersichtlicher Form das Rüstzeug für die erfolgreiche Anwendung von CAx-Systemen. Vorgehensweisen und Beispiele basieren auf Erfahrungen in Industrie und Hochschulpraxis, wo sie ihre Effizienz bewiesen haben. Die 3. Auflage wurde gründlich überarbeitet, der Kreis der Autoren erweitert. So kamen nicht nur Aspekte unterschiedlicher Modellierungsarten, Mechatronik und Wissensverarbeitung hinzu, sondern auch Ausführungen zu Systembegriff und Modellaufbau (diese bilden die Basis für CAx-Anwendungen). Sie alle beeinflussen immer stärker die Fertigungstechnik und den modernen Fahrzeug-, Maschinen- und Anlagenbau und sie spannen den Bogen zur Systemtechnik. Neben dem aktuellen und zukünftigen Leistungsstand von CAx-Systemen wurden auch Richtlinien und Empfehlungen zum Stand der Technik berücksichtigt. Zielgruppen Das Buch eignet sich für Studierende der Ingenieurwissenschaften, für Fachleute in Unternehmen sowie für Führungskräfte, die über Einsatz und Ausbau von CAx-Anwendungen entscheiden. Universitätsprofessor Dr.-Ing. Dr. h.c. Sandor Vajna, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Lehrstuhl für Maschinenbauinformatik Universitätsprofessor Dr.-Ing. Christian Weber, Technische Universität Ilmenau, Fachgebiet Konstruktionstechnik Universitätsprofessor DI. Dr. Klaus Zeman, Johannes-Kepler-Universität Linz, Institut für Rechnergestützte Methoden im Maschinenbau Privatdozent Dipl.-Ing. Dr. Peter Hehenberger, Fachhochschule Oberösterreich/Wels, Professur für Integrierte Entwicklung im Maschinenbau Universitätsprofessor Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Detlef Gerhard, Technische Universität Wien, Institut für Konstruktionswissenschaften und Technische Logistik Universitätsprofessor Dr.-Ing. Sandro Wartzack, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Konstruktionstechnik

Today, the designers have to deal with a great amount of uncertainties in the design process due to the lack of information about the product, its behaviour and the context in later life-phases (phase specific actors and surroundings). Current development primarily focuses on modelling of the product and its behaviour. The consideration of the product context also plays an important role. Virtual product development has the potential to support the designer by giving a blink into the later life-phases and context. It supports the early verification of product requirements and can also help to discover unseen requirements by means of use-case scenarios inside VR. A user and task oriented development method using VR can help to reduce the design uncertainties considerably. Therefore, in the paper a concept for user and task oriented model for product development in VR is presented. This model implements the actor(s) and the surrounding(s) along with the product inside VR using a MBSE approach. The standardised multidisciplinary modelling language the Systems Modelling Language (SysML) will be used for the modelling and an example will be presented as a proof of the presented concept.

Die Anforderungen an die Entwicklung und Absicherung von Produkten in der Automobilindustrie sind in den vergangenen Jahren erheblich gestiegen. Während einer Absicherung werden die Ist-Eigenschaften des Produktes analysiert und mit den geforderten Soll-Eigenschaften verglichen. Neben den bekannten Herausforderungen hinsichtlich Zeit, Kosten und Qualität steigt auch der Anspruch aufgrund der hohen Varianz der angebotenen Produkte. Produkte werden aufgrund funktionaler, herstellungs- oder wartungstechnischer Belange in eine Vielzahl von Einzelteilen und Baugruppen zerlegt. Gefügt werden diese Komponenten durch diverse Verbindungsarten, welche ein ungewolltes Lösen der Einzelteile verhindern. Prinzipiell lassen sich diese festen Verbindungen in lösbare Verbindungen und nicht-lösbare Verbindungen unterteilen. Abhängig von der jeweiligen Verbindungsart wird eine Verbindung entweder mit oder ohne zusätzliche Verbindungshilfsmittel/-stoffe (z.B. Schrauben, Muttern, Kleber) gefügt. In den frühen Phasen der Produktentwicklung werden die zukünftigen Eigenschaften des Produktes definiert und dessen Merkmale ausgearbeitet. Während der Produktentstehung müssen dann alle Eigenschaften aus nachfolgenden Lebensphasen hinsichtlich ihrer Realisierbarkeit analysiert und bewertet werden. Dies geschieht beispielsweise durch Simulationen oder reale Prototypen. Mit Hilfe von digitalen Absicherungen lassen sich die Merkmale der beteiligten Systeme in den unterschiedlichen Lebensphasen mit den Merkmalen des Produktes in einem gemeinsamen Kontext analysieren. Eine Analyse der Entwicklungsprozesse eines Automobilherstellers hat ergeben, dass innerhalb des Produktentstehungsprozesses unterschiedliche Methoden zur Dokumentation und Absicherung von festen lösbaren sowie festen nicht-lösbaren Verbindungen zum Einsatz kommen. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Konzept zur Dokumentation von Verbindungen entwickelt, welches auf alle festen Verbindungen anwendbar ist. Neben der Vereinheitlichung steht auch die Dokumentation von Kontextinformationen, d.h. Informationen die sich auf unterschiedlichen Lebensphasen des Produktes beziehen, im Vordergrund. Sowohl die allgemeinen, als auch die kontextabhängigen Informationen werden dabei in Verbindungsobjekten archiviert. Diese Informationen lassen sich anschließend in digitalen Absicherungsuntersuchungen nutzen.

Through the late advancements in visualisation, simulation and Rapid Prototyping technologies, the field of application of Virtual and Rapid Prototyping techniques for verification and validation has expanded and many different methods have been developed and applied besides the build of physical prototypes. In order to gain better understanding of the validation of manufacturability, this paper introduces a model of validation methods and provides an industrial case study examining problem types occurring throughout automotive product development and production.

Based on a conference paper published by Weber and Birkhofer (2007) on requirements of Design Theory and Methodology (DTM), this article investigates DTM’s contributions to progression, systematisation and application of computer methods/tools for product development/design processes. Using the CPM/ PDD approach ("Characteristics-Properties Modelling", "Property-Driven Development/Design"), investigations of computer-based analysis and synthesis methods/tools, product models/modelling and controlling the development/design process are presented.

Der Beitrag diskutiert unterschiedliche Modelle zur Bestimmung des kinematischen und dynamischen Zustands für technische Systeme im VR, welcher unter anderem für die Visualisierung notwendig ist. Der Fokus liegt allerdings auf der notwendigen Modellgenauigkeit, wenn die Zustandsparameter für weitere Echtzeit-Simulationen, wie die Akustikmodellierung im VR, benötigt werden. Es wird anhand eines konkreten Beispiels gezeigt, dass die oftmals ideal nachgebildeten Prozesse für eine realitätsnahe Akustiksimulation nicht ausreichend sind. Weiterhin wird die Anbindung der Simulationsmodelle an das VR-Modell vorgestellt.

Die Arbeit hat das Ziel, einen Beitrag zur Entwicklung von hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen durch die Erarbeitung von Grundlagen zur Optimierung und konstruktiven Ausführung vorhandener sowie der Erarbeitung neuer Messspiegelkonzepte zu leisten. Hierzu wird der Stand der Technik von hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen hinsichtlich Anwendungsfelder, Aufbau und Messsysteme untersucht. Anhand der Untersuchungen ist zu erkennen, dass Messspiegel einen wesentlichen Einfluss auf mechanische und messtechnische Eigenschaften dieser Maschinen haben. Basierend auf dieser Erkenntnis erfolgt die systematische Analyse der Messspiegel. Dabei werden Aufbau, Werkstoffe, Fertigungstechnik, Koppelstellen und der Einfluss des Messspiegels auf die Messgenauigkeit betrachtet. Die Untersuchungen zeigen: Bekannte Messspiegel begrenzen durch Asymmetrie um die Hochachse, große Masse und Verformungen unter Eigengewicht die Genauigkeit und Dynamik von hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen und durch in der Höhe überstehende seitliche senkrechte Spiegelflächen die Größe von Objekt und Tastsystem. Aus den Ergebnissen der Analyse leitet sich die Problemstellung der Arbeit ab. Davon ausgehend folgt eine Auseinandersetzung mit dem konstruktiven Entwicklungsprozess und dessen Anwendung bei der Konstruktion von Messspiegeln. Dem schließt sich die Erarbeitung von Lösungsansätzen durch Anwendung der Methoden Variation und Kombination an. Eine Konkretisierung der Lösungsansätze führt zu fünf unterschiedlichen Gestaltvarianten von Messspiegeln. Besonders hervorzuheben ist die neue und patentierte Gestaltvariante Tetraeder-Messspiegel, da sie bekannte Nachteile wie beispielsweise Asymmetrie um die Hochachse und Einschränkung der Objektgröße unter Einhaltung des Abbe-Komparatorprinzips vermeidet. Anhand von zwei bekannten und bereits in hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen eingesetzten Lösungsvarianten werden deren Gestaltung und Optimierung gezeigt. Für den Tetraeder-Messspiegel werden Berechnungsgrundlagen zur Dimensionierung und Koordinatentransformation erarbeitet. Außerdem erfolgt anhand eines erstellten Versuchsmusters ein Nachweis für dessen Funktion in hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen durch die Integration in einen Versuchsaufbau. Abschließend werden allgemein nutzbare Schlussfolgerungen für den Entwurf von Messspiegeln in einer Konstruktionsrichtlinie zusammengefasst.

Entscheidend für die Abbildungsfunktion optischer Systeme ist die exakte Gestalt und Lage aller einzelnen optischen Elemente. Bekannt sind verschiedene Montageprinzipien, die sich vor allem hinsichtlich der erreichbaren Zentrier- und Abstandstoleranzen sowie der Justagemöglichkeiten unterscheiden. Für hochwertige optische Systeme wird vorwiegend das Füllfassungsprinzip mit mittelbaren Linsenfassungen verwendet. Dabei werden Einzellinsen oder Linsengruppen gerichtet in eine Fassung eingeklebt und die so entstandenen Fassglieder hintereinander in einen rohrförmigen Füllzylinder geschoben und gesichert. Beim Füllfassungsprinzip ist die Lage der Linsen im System wesentlich von deren Lage zum Fassglied abhängig. Die Lage zum Fassglied kann beim Fassen aber nur bedingt beeinflusst werden. Mit Hilfe des Justierdrehverfahrens werden deshalb die Fassungsaußenflächen feinspanend so nachbearbeitet, dass sich eine exakte Lage der Fassungsaußenflächen zur Linse ergibt. Gegenwärtig ist eine erhebliche Diskrepanz zwischen den steigenden Toleranzforderungen an optische Systeme und den Möglichkeiten der verfügbaren Fertigungs- und Montagetechnologie festzustellen. Verbesserungen sind entlang der gesamten Prozesskette notwendig. Ein Entwicklungsschwerpunkt muss dabei die Justierdrehtechnologie sein. Ziel der vorliegenden Arbeit sind wissenschaftliche Grundlagen für eine neue Generation von Ausrüstungen für das Justierdrehen. Darauf basierende Maschinen sollen eine präzisere und wirtschaftlichere Fertigung ermöglichen. Zu diesem Zweck wird das Gesamtverfahren Justierdrehen in Grundoperationen untergliedert. Zu jeder Grundoperation werden Lösungskonzepte erarbeitet und bewertet. Es wird gezeigt, dass zum Bestimmen des Zentrierfehlers der optischen Achse das geometrisch-optische Reflexbildverfahren geeignet ist. Die entwickelten Algorithmen ermöglichen dabei erstmals die Erfassung der Zentrierung aller Flächen an Linsengruppen. Durch spezielle Gerätejustierungen und Abläufe lassen sich zudem fehlerarme Messungen erreichen. Das verfahrenstypische Zentrieren der Linsengruppe erfolgt vorteilhaft mit einem permanentmagnetisch fixierbaren Gleitfutter, angetrieben von einem verbesserten Impulsaktor. Weiterhin wird ein neuartiger Stellprozess für das Zentrieren beschrieben, der keine Rüstmaßnahmen an der Justierdrehmaschine erfordert. Für die Erfassung aller relevanten Gestaltgrößen am justiergedrehten Fassglied wird eine geeignete Messanordnung vorgestellt. Diese basiert auf dem Prinzip einer taktilen Koordinatenmessmaschine und ermöglicht die Messung schon im Prozess. In Verbindung mit einem geeigneten Temperaturmanagement wird so eine verbesserte Absolutmaßhaltigkeit der Fassglieder nach dem Justierdrehen sichergestellt.

Der Beitrag stellt das Kozept zum Aufbau einer digitalen Bibliothek für Forschungsinformation zur Sammlung, Systematisierung, Sicherung und geeigneten Repräsentation von Information und Wissen aus der Mechanismen- und Getriebetechnik vor. Der beschriebene Ansatz berücksichtigt dabei, dass technisches Wissen nicht nur in Form von Texten und Bildern vorliegt, sondern beispielsweise auch in Form gegenständlicher Modelle existieren kann. All diese Formen von Quellen sollen digitalisiert, aufbereitet und mit zusätzlichen Informationen angereichert werden. Dies erlaubt u.a. eine effiziente Suche nach vielfältigen Kriterien und für unterschiedliche Zwecke. Ergänzt wird der Beitrag durch Ergebnisse, die bei exemplarischen Umsetzungen gewonnen wurden.