Kalter Maschinenbau

Was ist „kalter“ Maschinenbau?

Als "kalten" Maschinenbau bezeichnet man alles, was nicht direkt mit Thermodynamik zu tun hat. Das umfasst beispielsweise die Digitalisierung, Produktionsmanagement, aber auch die klassischen Gebiete der Mechanik.

An dem Thema „Beherrschung von Unsicherheit in lasttragenden Systemen des Maschinenbaus“ arbeiten an der TU Darmstadt sechs Fachgebiete des Fachbereichs Maschinenbau und zwei Fachgebiete des Fachbereichs Mathematik mit dem Frauenhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit zusammen. Ziel ist es, neue Methoden und Technologien zu entwickeln, mit denen Unsicherheiten in lasttragenden Leichtbaukonstruktionen und Feder-Dämpfersystemen beherrschbar werden. Gelingt es den Wissenschaftlern, Sicherheitsbeiwerte zwischen Beanspruchbarkeit und Beanspruchung aufzustellen, lässt sich die gegenwärtige Überdimensionierung von Bauteilen vermeiden. Es ergeben sich wirtschaftliche Vorteile, von denen mehrere Branchen profitieren können, wie zum Beispiel der Flugzeug- und Pkw-Fahrwerksbau. Erprobt wird das entwickelte Konzept an einem ähnlich komplexen System wie ein Flugzeugfahrwerk, bestehend aus einem Stabsystem, dem Stabwerk sowie einem hydropneumatischen Feder-Dämpfersystem.

Weiterhin kommen mathematische Optimierungsmethoden zum Einsatz, mit denen die Produktion solcher lasttragenden Systeme verbessert und flexibler gestaltet werden.

Bild: FSR TU Darmstadt

Der Forschungsschwerpunkt Integrierte Verkehrssysteme (fsiv) ist der Zusammenschluss der Professoren an der TU Darmstadt, die sich in unterschiedlichen Fachbereichen mit Verkehrssystemen beschäftigen. Damit wurde die bereits etablierte Zusammenarbeit, u. a. im Master-Studiengang Traffic and Transport sowie im Arbeitskreis Luftverkehr weiterentwickelt.

Beteiligt sind auch das ECAD – European Center for Aviation Development, das Fraunhofer Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit sowie das ZIV – Zentrum für integrierte Verkehrssysteme GmbH an der TU Darmstadt.

Abgerundet wird dieses Profil durch zahlreiche Kooperationen mit Universitäten und der Wirtschaft sowie Verbindungen zu den Aufgabenträgern im Verkehr. Damit bündelt der fsiv wissenschaftliches Potenzial im Verkehrswesen am Standort Darmstadt. Diese Bündelung dient dazu, einen intensiven Informationsaustausch zu ermöglichen und Synergien auszuschöpfen. In der Forschung und Beratung werden gemeinsam Lösungen erarbeitet. In der Lehre sorgen Aus- und Weiterbildungsangebote für einen umfangreichen Wissenstransfer auf allen Gebieten des Verkehrswesens.

Beteiligte Fachgebiete im Maschinenbau

Koordinator: Prof. Dr. Manfred Boltze, FB 13

Das Verschleißverhalten von polykristallinem Diamant bei der Zerspanung von eisenhaltigen Werkstoffen unter dem Einsatz von gas- und fluidbasierten Kühlungssystemen

Die Anforderungen an zukünftige Schneidstoffe sind durch den vermehrten Einsatz von höherfesten Werkstoffen wie Gusseisen mit Vermikulargraphit (GJV) gekennzeichnet. Polykristalliner Diamant (PKD) eignet sich mittels geeigneter Prozesskühlung durch gasförmige oder fluide Kühlmedien zur Steigerung der Produktivität der Gussbearbeitung im Vergleich zu Hartmetall.

Hochgeschwindigkeitsfräsen
Bild: PTW TU Darmstadt
Schneidstoffe beim Hochgeschwindigkeitsfräsen

Der Nachteil von PKD ist die hohe Affinität des Diamantkorns zu Metallen speziell zu Eisen sowie seiner niedrigen thermischen Stabilität. Ziel dieses DFG-Forschungsprojektes ist es, die zum Verschleiß von PKD Schneidstoffen führenden Mechanismen bei der Bearbeitung von Gusseisen und Stahlwerkstoffen vollständig zu klären. Dazu werden tribologische Untersuchungen durchgeführt, um die noch ungeklärten, wissenschaftlichen Fragestellungen zu lösen. Die bisherige Modellierung des Prozesses soll hierbei um den Bereich der Schmierung erweitert werden, da hierdurch eine weitere Senkung der Reibkräfte und somit der Prozesstemperaturen erzielt werden kann.

Projektleitung: Fachgebiet Werkstoffkunde, Prof. Dr.-Ing. Christina Berger

Projektpartner: Fachgebiet Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen , Prof. Dr.-Ing. Eberhard Abele

Bild: IfW TU Darmstadt
Elektronenmikroskopische Material-Untersuchungen

Durch das Festwalzen von Kurbelwellen in den Übergangsradien zwischen Wange und Hub- bzw. Lagerzapfen kann deren Schwingfestigkeit deutlich gesteigert werden. Neben der Kaltverfestigung der Oberfläche ist dabei der wesentliche festigkeitssteigernde Effekt das Einbringen von Druckeigenspannungen in die Randschicht. Diese Eigenspannungen können einen entstehenden Anriss am Fortschreiten hindern und es kommt zum Rissstopp.

Das Ziel des AiF-Forschungsvorhabens ist die Bestimmung von Dauerfestigkeitskriterien für festgewalzte Schmiedestahlkurbelwellen unter Berücksichtigung von Anrissen in den festgewalzten Bereichen sowie die rechnerische Beschreibung des Rissstopps. Grundlage für die Bewertung sind mit der Finite-Elemente-Methode berechneten Eigenspannungsfelder und Methoden der Bruchmechanik. Die Schwingversuche zur Verifikation des Berechnungskonzeptes werden an geschmiedeten und festgewalzten Kurbelwellen eines Serienvierzylindermotors durchgeführt.

Projektleitung: Fachgebiet Werkstoffkunde, Prof. Dr.-Ing. Matthias Oechsner

Projektpartner: Fachgebiet für Systemzuverlässigkeit und Maschinenakustik , Prof. Dr.-Ing. Tobias Melz

Am Fachgebiet Fahrzeugtechnik der TU Darmstadt (FZD) wird mit dem Projekt Conduct-by-Wire an einem neuen Paradigma der Fahrzeugführung geforscht. Die bisher bekannten Fahrerassistenzsysteme zur Bahnführungsunterstützung werden zumeist aktiviert und arbeiten bis zu ihrer Deaktivierung in einem zum Fahrer parallelen Automatisierungsmodus ohne einen definierten Informations- und Auftragsfluss für bestimmte, situationsabhängige Manöver. Diese statische Aufgabendefinition führt zur Reduktion der Fahrzeugführungsaufgabe des Fahrers auf die Überwachung der Assistenzfunktion und erfordert die permanente Bereitschaft zur Rückübernahme, wenn der statische Auftrag an die funktionalen Grenzen gerät.

Bild: FZD TU Darmstadt

Conduct-by-Wire ist die Übertragung des Paradigmas der seriellen Assistenz auf die Fahrzeugführungs- und Fahrerassistenzphilosophie: Anstatt dedizierte Fahraufgaben durch Assistenzsysteme durchführen zu lassen, unterstützt das Konzept Conduct-by-Wire den Fahrzeugführer bei deren Durchführung. In diesem gemeinsam mit dem Fachgebiet Arbeitswissenschaft (IAD) bearbeiteten Forschungsvorhaben wird ein übergreifendes Konzept für eine ereignisgesteuerte Manöverschnittstelle entwickelt, die sowohl die Stabilisierungs- als auch die Bahnführungsebene umfasst und dem Fahrer situationsabhängige Assistenzfunktionalitäten zur Verfügung stellt. Dabei kommuniziert er ereignisdiskret und mit der Möglichkeit des Verzichts auf die eigene Stabilisierungsaufgabe mit dem Fahrzeug, bleibt aber gegensätzlich zum heute üblichen Konzept der Bahnführungsassis¬tenz permanent im Auftragsfluss der unterstützten Fahraufgabe.

Projekt AdHyMo

Im Rahmen des Projekts AdHyMo wird eine Motorspindel entwickelt, welche die Vorteile einer elektromagnetischen Lagerung mit derer eine konventionelen Wälzlagerung kombiniert. Durch diese Kombination wird eine aktive Dämpfung und Identifikation des Prozesses ermöglicht. Damit ist eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit erhöht.

Das Projekt wird von der DFG finanziert und wird in Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet Mechatronik im Maschinenbau bearbeitet.

"Mechatronik Studie“, Entwicklungsprozesse mechatronischer Produktentwicklung

Mechatronische Systeme sind aus technischen Anlagen kaum mehr wegzudenken. Diese Systeme zeichnen sich durch einen hohen Integrationsgrad mechanischer,elektrischer und informationstechnischer Komponenten aus. Aus diesem Grund sind die traditionellen Produktentwicklungsmethoden für die Entwicklung der mechatronischen Systeme nicht ausreichend. Das häufig eingesetzte V-Modell in Bereich Entwicklung Mechatronischer Systeme bietet hier zwar eine grobe Lösung, beschreibt jedoch nicht explizit die Interaktionen zwischen den verschiedenen Fachdisziplinen. Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung der Entwicklungsprozesse für die mechatronischen Produkte bei unterschiedlichen Siemens-Kunden.

Weitere Beispiele

Weitere Beispiele für erfolgreiche Industrieprojekte finden Sie auf den Internetseiten der einzelnen Fachgebiete.