Die vorliegende Arbeit entstand in den U.S.A. wahrend meiner Tatigkeit als Research Associate am Engineering Research Center for Net Shape Manufacturing (ERC/NSM) an 'The Ohio State University' in Columbus, Ohio. Herrn o. Professor em. Dr.-lng. Dr. h.c. Kurt Lange danke ich fur seine ausdauernde und wohlwollende Unterstutzung bei der Planung, Durchfuhrung und Fertigstellung dieser Arbeit. Trotz weiter Entfernung waren sein Vertrauen und seine wertvollen Anregungen entscheidend fur den erfolgreichen Abschluss der Arbeit. Herrn Professor Dr. Taylan Altan, Direktor des ERC/NSM, danke ich besonders fur die Gelegenheit am ERC/NSM arbeiten zu koennen, und fur die fortlaufende Unterstutzung der Arbeit. Allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des ERC/NSM, sowie besonders meinen studentischen Mitarbeitern danke ich fur Ihre Hilfe und tatkraftige Arbeit im Rahmen des Projekts. Die Mittel zur Durchfuhrung dieser Untersuchung wurden von der National Science Foundation der Vereinigten Staaten von Amerika, sowie den Mitgliedsfirmen des ERC/NSM zur Verfugung gestellt. Wahrend der ersten beiden Jahre wurde der Auslandsaufenthalt von der Landesgraduiertenfoerderung des Landes Baden-Wurttemberg und des DAAD unterstutzt. Allen Institutionen sei an dieser Stelle fur die Foerderung gedankt.

Die vorliegende Arbeit entstand wiihrend meiner Tatigkeit als wissenschaftIicher Mitar- beiter am Institut filr Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrich- tungen (ISW) der Universitat Stuttgart. Oem Leiter des ISW, Herrn Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. G. Pritschow gebiihrt mein besonderer Dank filr die Schaffung der Rahmenbedingungen, die flir das Gelingen dieser Arbeit wesentlich waren, flir seine wohlwollende Ftirderung und die Obemahme des Haupt- berichtes. Herrn Prof. Dr.-Ing. A. Storr danke ieh filr die sorgfaItige Durchsicht und seine wert- vollen Anregungen. Fiir die Erstellung des Mitberichtes gilt mein Dank Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. Prof. E.h. H.-J. Bullinger. Das kollegiale Umfeld am ISW, gepragt durch den Willen zur Zusammenarbeit und gegenseitigen Unterstiitzung, hat wesentlich zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen. Bei allen Kolleginnen, Kollegen und Studenten, die mich in diesem Sinne unterstiitzt haben, mtichte ich mich ganz herzlich bedanken. Mein besonderer Dank gilt Frau Heinze sowie den Herren Dr.-Ing. C. Daniel, Dipl.-Ing. P. Demel, Dipl.-Ing. G. Hochholzer, Dr.- Ing. W. Schittenhelm und Dr.-Ing. E. Wieland. Herrn R. Wohlfart danke ich filr die technische Unterstiitzung. An dieser Stelle mtichte ich es nieht versaumen, mich bei meinen Eltem Gerda und Karl Angerbauer ganz herzlich filr die Iiebevolle Forderung meiner Ausbildung bis hin zur Promotion zu bedanken. Nicht zuletzt will ich mich bei meiner Frau Ursula und meiner Tochter Katrin filr den moralischen Riickhalt bedanken und mich flir die Zeit entschuldigen, die sie mich ent- behren muBten.

Die vorliegende Arbeit enstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitar- beiter am Institut fur Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrich- tungen (ISW) der Universitat Stuttgart. Herrn Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. G. Pritschow danke ich herzlich fur seine wohlwollende Unterstutzung und seine wertvollen Anregungen, die zum Gelingen der Arbeit wesent- lich beigetragen haben, sowie fur die UEbernahme des Hauptberichts. Herrn Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. M. Weck danke ich fur seine Bereitschaft, den Mitbericht zu ubernehmen. Ebenso danke ich Herrn Prof. Dr.-Ing. A. Storr fur die vielen Hinweise. Allen Mitarbeitern des Instituts danke ich fur die zahlreichen Diskussionen, die mich bei der Erstellung dieser Dissertation unterstutzt haben. Insbesondere gilt mein Dank den Herren Dr.-Ing. C. Daniel, Dr.-Ing. R. Angerbauer, Prof. Dr.-Ing. W. Schittenhelm und Herrn Dipl.-Ing. A. Schweiker fur die grundliche Durchsicht der Arbeit und die sich daraus ergebenden Anregungen. Nicht zuletzt danke ich meiner Frau Dagmar fur die moralische Unterstutzung und die zahlreichen Urlaubstage und Wochenenden, an denen sie mich entbehren musste.

Auch im Zeitalter des computergestutzten Konstruierens und Fertigens (CAD/CAM) hat das Werk nichts von seiner Bedeutung verloren, im Gegenteil: Rechnerische Abwicklungsmethoden und exakte Durchdringungskorper sind Voraussetzungen fur 2D/CAD-Systeme und den sinnvollen Einsatz von NC-Blech-Bearbeitungsmaschinen.
Die Neuauflage wurde um ein Kapitel uber Metalle und thermoplastische Kunststoffe erweitert, aus denen Abwicklungen und Durchdringungen angefertigt werden. Kunststoffrecycling aus typenreinem Verarbeitungsabfall wird ebenfalls behandelt. Das Buch eignet sich besonders fur die Einfuhrung von CAD/CAM bei Abwicklungen und Durchdringungen."

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tiitigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Umformtechnik der Universitat Stuttgart. Herrn Prof Dr.-lng. habil. K Pohlandt mochte ich sehr herzlich fur das mir entgegengebrachte Vertrauen und seine stets hilfsbereite Unterstiitzung bei der Anfertigung dieser Arbeit danken. Herrn Prof Dr. Dr. h. c. H J Bunge sowie Herrn Prof Dr.-lng. habil. H. Dietmann danke ich fur die freundliche Ubernahme der Mitberichte, fur die eingehende Durchsicht dieser Arbeit und die sich daraus ergebenden wertvollen Hinweise. Mein Dank gilt weiterhin meinem Lehrer Herrn Prof em. Dr.-lng. Dr. h. c. K Lange fur die Hinfuhrung zur Umformtechnik und fur interessante fachliche Diskussionen. Herrn Prof Dr.-Ing. K Siegert, dem Direktor des Instituts fur Umformtechnik der Universitat Stuttgart, bin ich fur die Untersrutzung bei der Durchfuhrung dieser Arbeit zu Dank verpflich- tet. Mein besonderer Dank gilt meinen Institutskollegen N. Becker, K-J Fann und A. Ruf, mit denen ich in allen Phasen der Arbeit sehr kreativ diskutieren konnte. Ferner mochte ich mich bei allen Kolleginnen und Kollegen am lfU-Stuttgart, die zum Gelin- gen dieser Arbeit beigetragen haben, herzlich bedanken. Nicht zuletzt mochte ich meinen geschatzten Eltern sowie meiner lieben Frau fur deren aus- dauernde Hilfe und Geduld bei der Erstellung dieser Arbeit ein herzliches Vergelt's Gott sagen.

Wenn ein Auto ein Jahr nach Kauf rostet, oder wenn das Getriebe des Wagens schon nach 50 000 km Laufleistung entzwei geht, oder wenn der Auspuff des Autos schon den ersten Winter nicht heil ubersteht, sprechen wir von aussergewoehnlich schlechter Qualitat des Produktes. Schlecht ist hier die oberflachentechnische Behandlung des Produktes. Die Fertigungstechnik, die mit der oberflachentechnischen Behandlung verbunden ist und die zu einem qualitativ hochwertigen Produkt fuhrt, ist notwendiger Bestandteil aller Verarbeitungsprozesse in der metallverarbeitenden Industrie. Das gefertigte Produkt er- halt erst durch eine oberflachentechnische Endbearbeitung seinen hoeherwertigen Ge- brauchswert. Aus diesem Grunde ist Oberflachentechnik aus unserem heutigen indu- striellen Leben nicht mehr fortzudenken. Nur durch die Kenntnisse auf dem Gebiet Oberflachentechnik und die daraus sich ergebenden hoeherwertigen Erzeugnisse kann sich ein modernes Industrieprodukt von billiger Massenware unterscheiden. Nur durch bessere Qualitat der Erzeugnisse ist der Konkurrenzkampf gegen Billiglohnlander erfolg- reich zu bestehen. Es gehoert deshalb zum Wissensstand moderner Ausbildung in einem metallverarbeiten- den Beruf, mit welchen Fertigungsmethoden man welche Oberflache oekonomisch und oekologisch am gunstigsten herstellen kann und welche Oberflachen fur welchen Einsatz- zweck am geeignetsten sind. Die vorliegende Ausgabe des Buches schliesst eine Lucke in der Reihe der Fachbucher, die fur die Ausbildung in metallverarbeitenden Berufen ange- boten werden. Es behandelt die klassischen Arbeitstechniken in der Oberflachentechnik wie Galvanisieren, Lackieren, Reinigen und Phosphatieren etc.

Die vorliegende Dissertation entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der Technischen Universitat Munchen. Herrn Prof. Dr. -Ing. 1. Milberg und Herrn Prof. Dr. -Ing. G. Reinhart, den Leitern dieses Instituts, gilt mein besonderer Dank fur die wohlwollende Foerderung und grosszugige Unterstutzung meiner Arbeit. Herrn Prof. Dr. -Ing. Dieter Spath, dem Leiter des Instituts fur Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik der Universitat (TH) Karlsruhe, danke ich fur die UEbernahme des Korreferates und die aufmerksame Durchsicht der Arbeit. Daruber hinaus moechte ich allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Instituts und allen Studenten, die mich bei der Erstellung meiner Arbeit unterstutzt haben, recht herzlich danken. Munchen, im September 1995 Frank Albertz Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis o Tabelle der verwendeten Kurzzeichen und Indizes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V 0. 1 Kleine und grosse lateinische Buchstaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V 0. 2 Kleine und grosse griechische Buchstaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII 0. 3 Indizes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII OA Mathematische Zeichen und Schreibweisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX 0. 5 Abkurzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . X 1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1. 1 Problem beschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I 1. 2 Grundsatzliche Loesungsansatze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1. 3 Berucksichtigung des dynamischen Verhaltens in der Entwicklungsphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1. 3. 1 Analyse des Istzustandes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1. 3. 2 Beschreibung des Sollzustandes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 lA Zielsetzung und Arbeitsschwerpunkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 Stand der Forschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2. 1 Schwingungserscheinungen an Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2. 2 Auswirkung der konstruktiven Gestaltung auf das dynamische Verhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2. 3 Experimentelle Erfassung des dynamischen Verhaltens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2. 4 Berechnung des dynamischen Verhaltens von Gestellstrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2. 5 Rechnergestutzter Entwurf von Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3 CAD-gestutzter Entwurf von Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Steue- rungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrich- tungen der Universitat Stuttgart. Dem Institutsleiter, Herrn Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. G. Pritschow gilt mein besonderer Dank fur das Interesse an der Arbeit und fur die hilfreichen Anregungen sowie kri- tischen Diskussionen, die zum Gelingen der Arbeit beige- tragen haben. Ebenso danke ich Herrn Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. U. Heisel fur seine Bereitschaft, den Mitbericht zu ubernehmen. Herrn Prof. Dr.-Ing. A. Storr und Herrn Dr.-Ing. K.-H. Wurst danke ich fur ihre sorgfaltige Durchsicht des Manu- skripts und ihre inhaltlich wertvollen Vorschlage und An- regungen. Herzlich bedanken moechte ich mich auch bei allen Kolle- ginnen und Kollegen sowie Studenten fur die gute Zusam- menarbeit und die gemeinsam verbrachte, schoene Instituts- zeit. Besonders erwahnen moechte ich hier Herrn Dr.-Ing. Dipl.-Inform. H. Schumacher, Herrn Dr.-Ing. Dipl.-Inform. M. Bauder, Herrn Dr.-Ing. E. Wieland, Herrn Dipl.-Inform. R. Angerbauer, Frau Dipl.-Wi .-lng. S. Gsottschneider, Herrn Dipl.-lng. G. Hochholzer, Herrn Dipl.-Ing. T. Jost und Herrn Dipl.-Ing. F. Martin. Oliver Frager 7 Inhaltsverzeichnis Abkurzungen 1. Einleitung 11 Roboterbestuckte Fertigungszellen 2.

Kontroverse Diskussionen in Wissenschaft und Praxis zwischen "Sozialtechnikern" und "Wirtschaftlichkeitsexperten" haben eine lange Tradition. Eine der Kernfragen lautet dabei stets, inwieweit organisatorische Regelungen, Strategien oder auch neue Technologien 5konomisch bewertet werden k5nnen. Hintergrund derartiger Ausein andersetzungen ist die Aufrechterhaltung des Mythos, daB jede MaBnahme begliindet werden k5nne. In den Wirtschaftswissenschaften wird rationales Handeln traditionell so interpretiert, daB sich MaBnahmen im wahrsten Sinne des Wortes rechnen bzw. be rechnen lassen. Ob die Quantifizierung von Effekten in der Praxis wirklich m5glich und sinnvoll ist, wird jedoch unterschiedlich bewertet. Mit zunehmender Wirkungs breite von Handlungen innerhalb eines komplexen Systems stoBen "klassische" Ursa che-Wirkungs-Analysen mehr und mehr an ihre Grenzen. Hier setzt die vorliegende Arbeit an. Sie geht der Frage nach, inwieweit technisch organisatorische Gestaltungsoptionen einer ProzeBkette der computergestiitzten Ferti gung betriebswirtschaftlich bewertet werden kannen. Ftir ihre Beantwortung und die sich daraus ergebenden Konsequenzen wurde eine betont anwendungsorientierte Sicht weise gewlihlt. Auf der Grundlage vorliegender Erkenntnisse aus Organisationsfor schung und Industriesoziologie zum Umfang von Entscheidungs- und Gestaltungs spielrliumen beim Einsatz computergesttitzter Technologien werden M5glichkeiten und Grenzen einer 5konomischen Wirkungsanalyse moderner Fertigungssysteme aufge zeigt. Ausgehend von bereits vorhandenen Anslitzen der Wirtschaftlichkeitsanalyse, den Erfahrungen mit deren praktischer Anwendung sowie den Erkenntnissen zum typischen Verlauf entsprechender betrieblicher Vorhaben wird ein Ansatz der betriebs wirtschaftlichen Planung und Bewertung von Gestaltungsoptionen in der computerge stiitzten Fertigung vorgelegt. Dieser Ansatz sieht strukturierte Diskussionen zwischen Organisatoren, Kaufleuten und Anwendem in denjenigen Untemehmen vor, die den Einsatz neuer Technik planen."

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Umformtechnik der Universitat Stuttgart. Herrn Professor em. Dr. -Ing. Dr. h. c. Kurt Lange danke ich herzlich fur das mir entgegengebrachte Vertrauen, seine Anregungen und die wohlwollende Betreuung meiner Arbeit. Herrn Professor Dr. -Ing. habil. Bernd Kroeplin und Herrn Professor Dr. -Ing. habil. Klaus Poehlandt bin ich fur die eingehende Durchsicht der Arbeit sowie fur die wertvollen Anregungen zu Dank verpflichtet. Herrn Professor Dr. -Ing. Klaus Siegert, Direktor des Instituts fur Umformtechnik der Universitat Stuttgart, danke ich fur die grosszugige Unterstutzung bei der Durchfuhrung dieser Arbeit an seinem Institut. Mein Dank gilt ferner allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Instituts fur Umformtechnik, die durch ihre Hilfe meine Arbeit unterstutzt haben. Die finanziellen Mittel zur Durchfuhrung dieser Untersuchung wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Volkswagen-Stiftung zur Verfugung gestellt. Fur diese Foerderungen bin ich ebenfalls zu Dank verpflichtet. Stuttgart, Dezember 1994 Dae-Kern KANG Inhaltsverzeichnis Verzeichnis der Abkurzungen 11 o Zusammenfassung 13 1 Einleitung und AufgabensteIlung 15 2 Stand der Kenntnisse 17 2. 1 Loesungsmethoden in der Umformtechnik 17 2. 2 Finite-Elemente-Methode (FEM) in der Umformtechnik 19 2. 3 Kontaktproblem in der FEM 20 2. 4 Warmehaushalt bei Massivumformverfahren 22 2. 5 Plastische Anisotropie 23 3 Theoretische Grundlagen 25 3. 1 Das starr-plastische Stoffgesetz nach L ivy-Mises 25 3. 2 FE-Formulierung eines Umformvorgangs mit dem starr-plastischen Stoffgesetz 27 3. 2. 1 Extremalprinzipien 27 3. 2.

Geschaftsprozessoptimierung, Lean Production, Flexibilitatssteigerung und Kostensenkung! Sind flexible, rechnerunterstutzte Fertigungssysteme die Losung? Eine Anwort auf diese Frage gibt dieses Buch auf der Basis eines offenen, ganzheitlichen Unternehmungsmodells. Methodische Grundlage sind Petri-Netze zur Simulation vernetzter Prozesse. Mit dem selbst entwickelten R-Zyklus werden die komplexen Unternehmungsprozesse mit ihren synergetischen und divergierenden Interdependenzen erfasst und einer Analyse zuganglich. Durch die strikte Befolgung einfacher Modellierungsprinzipien gelingt die Abbildung der Unternehmung vom einzelnen Arbeitsplatz bis hin zum Beziehungsgeflecht Unternehmung und Umwelt. Die praktische Relevanz des Simulationsmodells wird in der Wirkungsanalyse aufgezeigt.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitar- beiter arn Institut fur Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrich- tungen (ISW) der Universitat Stuttgart. Herrn Professor Dr. -Ing. Dr. h. c. G. Pritschow, dem Leiter des Instituts, gebuhrt mein be- sonderer Dank fur die Schaffung der Voraussetzungen, die fur das Gelingen dieser Arbeit wesentlich waren, fur seine wohlwollende Foerderung und fur die UEbernahme des Haupt- berichts. Herrn Prof. Dr. -Ing. Dr. h. c. mult. H. -J. Warnecke danke ich herzlich fur die UEbernahme des Koreferats. Das Klima an einem Institut wird wesentlich durch den Willen zur Zusarmnenarbeit und zur gegenseitigen Unterstutzung, sei es in Form von Anregungen, tatkraftiger Mithilfe oder Kritik, gepragt. Allen Kolleginnen, Kollegen und Studenten, die mich in diesem Sinne bei meiner Tatigkeit und bei der Anfertigung dieser Arbeit unterstutzt haben, gilt mein spezieller Dank. Besonders zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben Gerhard Hochholzer, Fritz Scheurer, Udo Rentschler, Karl-Heinz Wurst und Ronald Angerbauer. 7 Inhalt 1 Einleitung 12 2 Montageanlagen mit Robotern -Aufbau und Programmierung 14 2. 1 Aufbau von robotergestutzten Montageanlagen 15 2. 1. 1 Strukturierung von Montageanlagen 15 2. 1. 2 Steuerungstechnische Struktur 19 2. 2 Programmierung von robotergestutzten Montagestationen 22 2. 2. 1 Arbeitsvorbereitung und Programmierung 22 2. 2. 2 Betriebliches Umfeld der Programmierung 24 2. 2. 3 Unterschiede zwischen der Programmierung von Industrierobotern und der Programmierung von Werkzeugmaschinen 26 2. 2. 4 Programmierverfahren fur Industrieroboter 29 2. 2.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universitat Stuttgart. Herrn Prof. Dr. -lng. Dr. h. c. G. Pritschow danke ich sehr herzlich fur seine wohlwollende Unterstutzung, seine Anregungen, die zum Gelingen der Arbeit wesentlich beigetragen haben, sowie fur die Ubernahme des Hauptberichts. Herrn Prof. Dr. -lng. Dr. -Ing. E. h. M. Weck danke ich fur seine Bereitschaft, den Mitbericht zu ubernehmen. Allen Mitarbeitern des Instituts danke ich fur die kollegiale, offene und konstruktive Atmosphare der Zusammenarbeit. Mein Dank gilt insbesondere Herrn Dr. -lng. G. Krebser und Herrn Dipl. -Ing. M. Steffen, die mich durch kritische Hinweise und Diskussionen in vielfaltiger Weise unterstutzt haben. Gerd Junghans -7- Inhaltsverzeichnis Abkurzungen und Begriffe 10 Symbole und Bezeichnungen 11 1 Einleitung 12 2 Analyse von Simulationssystemen 14 2. 1 Aufgaben und Einsatzbereiche eines Simulationssystems 15 2. 2 Klassifizierung von Fertigungsverfahren aus der Sicht der Simulation 18 2. 3 Geometriedatenverarbeitung 20 2. 3. 1 Anforderungen an die Geometriedatenverarbeitung 22 2. 3. 2 Analyse von 2D-Geometriemodellen 25 2. 3. 2. 1 RadiergrafIk 25 2. 3. 2. 2 Kantenzugdarstellung 26 2. 3. 2. 3 Bewertung 27 2. 3. 3 Analyse von 3D-Geometriemodellen 28 2. 3. 3. 1 Linienorientierte Modelle 28 2. 3. 3. 2 Fiachenorientierte Modelle 29 2. 3. 3. 3 Volumenorientierte Modelle 29 2. 3. 3. 4 Spezielle Modelle fur die rechnerische Kollisionskontrolle 34 2. 3. 3. 5 Bewertung 35 2. 4 Datenversorgung 36 2."

Der Band wendet sich an Techniker, die mit der Blechbiegung an Pressen oder der Bandbiegung an kontinuierlich hintereinander angeordneten Umformgerusten befasst sind. Eines der Ziele ist die Herstellung von prazisen kaltgeformten Sonderprofilen. Die technische Elastizitats- und Plastizitatstheorie wird in praxisbezogener Form eingebracht und auf die Umformung von einigen wichtigen Profilen angewendet (Winkel, Wannenprofile, Trapezprofile, U-Profile, Strassenleitschienen). Beim Pressen werden wichtige Kennwerte wie Stempelweg und Stempelkraft, beim Kaltwalzen Drehmoment der oberen und der unteren Walze mit den zugehorigen Arbeitsanteilen bestimmt. Die erarbeiteten Beziehungen wurden von Mitarbeitern des Autors zum Vergleich mit Messwerten herangezogen, der Vergleich liegt in Diagrammform vor. Hervorzuheben ist die Planung einer kontinuierlichen Rohr-/Profil-Anlage. Der Band schliesst mit wichtigen Detailfragen, so der Bestimmung des kleinsten Biegeradius und dem Problem des Ruckfederns."

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitar- beiter am Institut rur Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrich- tungen der Universitat Stuttgart sowie bei der Forschungs- und Ingenieurgesellschaft fiir Steuerungstechnik, Stuttgart. Herrn Prof Dr.-Ing. G. Pritschow danke ich herzlich rur die wohlwollende Unter- stutzung und die wertvollen Anregungen bei der Durchfiihrung meiner Arbeiten sowie fiir die UEbernahme des Hauptberichtes. Auch Herrn Prof Dr. H.-J. Warnecke gilt mein Dank rur die Erstellung des Mit- berichtes. Ebenso moechte ich mich herzlich bei meinen Kollegen am Institut bedanken, die immer bereit waren zu fruchtbaren und kritischen Diskussionen, was Inhalt und Fortgang der Arbeit wesentlich positiv beeinflusst hat. Hervorheben moechte ich besonders Herrn Dr.-Ing. K.-H. Wurst rur die kritische und sorgfaltige Durchsicht des Manuskriptes. Auch den Kollegen aus meiner Arbeitsgruppe Herrn Dip!. Ing. A. Horn und Herrn Dip!. Ing. R. Wagner danke ich rur die kollegiale und freundschaftliche Zusammenarbeit. Nicht zuletzt gilt mein Dank meiner Frau rur die verstandnisvolle Begleitung wahrend meiner wissenschaftlichen Arbeiten.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl fur Umformende Fertigungsverfahren der Universitat Dortmund. Herrn Prof. Dr. -Ing. Eberhard von Finckenstein danke ich fur die UEbernalune des Hauptreferats und der damit verbundenen Unterstuzung meiner Arbeit. Mein Dank gilt ebenfalls den Korreferenten Herrn Prof. Dr. -Ing. A. Behrens und Herrn Priv. Doz. Dr. -Ing. M. Kleiner fur die Durchsicht der Arbeit. Besonders danken moechte ich an dieser Stelle auch allen Mitarbeitern des Lehrstuhls und allen Kollegen des Projektes "Prozesssimulation in der Umform- technik", die wesentlich zum Gelingen der Arbeit beigetragen haben. Freiburg i. Br., Juni 1994 Andreas Greve Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2 Stand der Kenntnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2. 1 Entwicklung der Prozesssimulation in der Umformtechnik . . . 21 2. 1. 1 Geschichtliche Entwicklung ., . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2. 1. 2 Entwicklungstendenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2. 2 Datenbankeinsatz bei der Prozesssimulation . . . . . . . . . . . . . . 30 2. 3 Expertensysteme zur Beratung bei umformtechnischen Fra- stellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3 Ziel der Arbeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4 Konzept eines Beratungssystems fur den FE-Anwender 42 4. 1 Arbeitsweise und Moeglichkeiten von Expertensystemen 42 4. 2 Grundlegende Aspekte zur FE-Beratung . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4. 3 Struktur der Wissensbasis fur die FE-Beratung. . . . . . . . . . . 54 5 Einsatz des Beratungssystems zur Elementtypwahl . . . . . . . . 60 5. 1 Kriterien der Elementtypwahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 5. 2 Aufbau des Elementberatungssystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 6 Werkstoffdaten in der Prozesssimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 6. 1 Simulation des Werkstoffilusses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 6. 2 Zwischenschichtphanomene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 6. 3 Versagensmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 10 7 Datenbankbasierte Materialdatenverwaltung MDV . . . . . . . . . 96 7. 1 Allgemeine Aspekte und Anforderungen. . . . . . . . . . . . . . . . . 96 7. 2 Entwurf der SQL-Materialdatenbank . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitar- beiter am Institut fur Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrich- tungen (ISW) der Universitat Stuttgart. Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. DrAng. A. Storr fur seine Unterstutzung und seine kritischen Anregungen bei der Erstellung dieser Arbeit sowie fur die UEbernahme des Hauptberichts. Ebenso danke ich Herrn Prof. Dr.-Ing. G. Pritschow, dem Leiter des Instituts, fur die Foerderung der Forschungsarbeiten, die Grundlage dieser Arbeiten sind. Fur die UEbernahme des Mitberichts danke ich Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. H.-I. Bullinger. Danken moechte ich auch allen Mitarbeitern und Studenten des Instituts, insbesondere den Kollegen der Gruppe "Fertigungstechnische Programmiersysteme", die mit zum Ge- lingen dieser Arbeit beigetragen haben. Wolfgang Hofmeister -7- Inhaltsverzeichnis Abkurzungsverzeichnis 8 Symbole und Formelzeichen 9 1 Einleitung und Problemstellung 11 2 Stand der Technik 13 2.1 Neue CNC-Maschinenentwicklungen bei Drehmaschinen 13 2.2 Programmierung neuer Maschinenentwicklungen 16 2.2.1 Entwicklungsstand bei NC-Programmiersystemen 16 2.2.2 Problemstellungen bei der Programmierung 21 2.2.3 Anforderungen an die NC-Programmierung 24 2.3 Neue Softwarekonzepte zur Entwicklung modularer Programmier- systeme 26 2.4 AufgabensteIlung 29 3 Systemstruktur zur Programmierung der neuen Maschinene- wicklungen 31 3.1 Untergliederung der Systemstruktur 34 3.1.1 Subsystem .Bearbeitungsablaufbeschreibung. 35 3.1.2 Subsystem .Nutzerinterface. 36 3.1.3 Subsystem .Bearbeitungssimulation.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitar- beiter am Institut fur Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrich- tungen der Universitat Stuttgart. Meinen herzlichen Dank spreche ich an dieser Stelle Herrn Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. G. Pritschow aus, dem Direktor des Instituts, der mir grossen Freiraum zur selbstandigen Verwirklichung eigener Ideen liess, meine Arbeiten am Institut sehr wohlwollend unter- stutzt sowie den Hauptbericht ubernommen hat. Herrn Prof. Dr. H. Tiziani, Leiter des Instituts fur technische Optik, danke ich fur sein grosses Engagement an dieser Forschungsarbeit sowie fur die Erstellung des Mitberichtes. Herrn Dr.-Ing. K.-H. Wurst danke ich fur die sehr sorgfaltige Durchsicht des Ma- nuskriptes und seine inhaltlich wertvollen Vorschlage und Anregungen. Herzliehst gedankt sei ebenfalls der Vielzahl von Kolleginnen und Kollegen sowie den Studenten, die mich bei den Untersuchungen unterstutzt und zu zahlreichen fachlichen Diskussionen angeregt haben. Mein besonderer Dank gilt Herrn Dipl.-Ing. G. Harnrnann fur die ausserst kollegiale Zusarnrnenarbeit und sein Interesse an der Arbeit sowie meiner Familie fur ihr Verstandnis. Wesentliche Teile dieser Forschungsarbeit wurden vom Bundesministerium fur Forschung und Technologie gefoerdert.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Umformtechnik (IfU) der Universitat Stuttgart. Herrn Prof. Dr.-Ing.habil. Klaus Poehlandt danke ich herzlich fur die Betreuung der Arbeit, fur das mir entgegengebrachte Vertrauen, seine grosszugige Foerderung sowie die wertvollen Diskussionen und Anregungen. Herrn Prof. Dr.-Ing.habil. Herbert Dietmann bin ich fur die UEbernahme des Korreferates, fur die eingehende Durchsicht dieser Arbeit sowie fur die wertvollen Hinweise zu Dank verpflichtet. Mein Dank gilt ferner meinem Lehrer Herrn Prof. em. Dr.-Ing. Dr. h.c. Kurt Lange fur die Hinfuhrung zur Umformtechnik und die Starthilfe bei Beginn der Arbeit. Ebenso moechte ich Herrn Prof. Dr.-Ing. Klaus Siegert fur die wohlwollende Unterstutzung bei der Durchfuhrung dieser Arbeit sowie fur die Zusammenarbeit wahrend all der Jahre am IfU danken. Weiterhin bin ich allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Institutes fur Umformtechnik dankbar, die zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben. Die Mittel zur Durchfuhrung dieser Arbeit wurden von der Deutschen Forschungsgemein- schaft (DFG), Bonn, zur Verfugung gestellt, wofur an dieser Stelle ebenfalls gedankt sei.

Die yorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter des Zentrums Fertigungstechnik Stuttgart. Herro o. Prof. em. Dr.-lng. Dr. h.c. Kurt Lange danke ich herzlich fUr das mir entgegengebrachte Vertrauen sowie die konsequente und groBziigige Unterstiitzung bei der DurchfUhrung meiner Untersuchungen. Herro Prof. Dr.-lng. K. Langenbeck danke ich fUr die freundliche Ubernahme des Mitberichts und die sich daraus ergebenden wertvollen Anregungen. Weiterhin gilt mein Dank Herro Professor Jean-Loup Chenot yom Ecole Nationale Superieure des Mines de Paris fUr die Moglichkeit zur DurchfUhrung der 3D-FEM- Simulationen sowie Herro Prof. Dr.-lng. Klaus Siegert fUr die Unterstiitzung bei der DurchfUhrung der sich anschlieBenden Experimente mit den Einrichtungen des lnstituts fiir Umformtechnik der Universitat Stuttgart. Mein besonderer Dank gilt Herro Dipl.-lng. Achim Ruf und seiner Numerik-Gruppe fUr die wertvollen Ratschlage und die kreative Unterstiitzung bei der DurchfUhrung und Auswertung der Simulationen. Ferner mochte ich mich bei allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des lnstituts fUr Umformtechnik sowie bei meinen Studentinnen und Studenten bedanken, die mich tatkrliftig bei der Anfertigung meiner Arbeit unterstiitzt haben.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter bei der Forschun- und Ingenieursgesellschaft fUr Steuerungstechnik (F1SW GmbH) sowie am Institut fUr Steuerungstechnik der Werk- zeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (lSW) der Uni- versitat Stuttgart. Bei Herrn Prof. Dr. h.c. Dr.-lng. G. Pritschow, dem Di- rektor des Instituts mochte ich mich fur die Unterstut- zung und die F6rderung der zu Grunde liegenden For- schungsarbeiten sowie fUr die Ubernahme des Hauptberich- tes danken. FUr die Erstellung des Mitberichtes danke ich Herrn Prof. Dr.-lng. M. Weck sehr herzlich. Weiterhin gilt mein besonderer Dank meiner Frau sowie meinen Kindern, die maBgeblich zum erfolgreiche Gelingen der Arbeit beigetragen haben. Allen Mitarbeitern und Stu- denten, insbesondere Frau Zettl, sowie den Herrn Dipl.- Ing. M. Dalacker, Dipl.-lng. J. Heller, Dipl.-lng. U. Rentschler und Dr.-lng K.H. Wurst mochte ich mich fUr die Anregungen beim Entstehen und der Durchsicht der Arbeit danken. lch m6chte mich an dieser Stelle auch bei den Damen im Technischen BUro, in den Sekretariaten des lSW's und der F1SW GmbH und der Bibliothek sowie den Herren der elek- trischen und mechanischen Werkstatt fur die gute Zusam- menarbeit bedanken.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Umformtechnik der Universitat Stuttgart. Herrn Prof. em. Dr. -Ing. Dr. h. c. Kurt Lange danke ich fur das mir entgegenge- brachte Vertrauen und die grosszugige Unterstutzung bei der Durchfuhrung dieser Arbeit. Herrn Prof. Dr. rer. nat. Volkmar Gerold bin ich fur die eingehende Durchsicht dieser Arbeit zu Dank verpflichtet. Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. -Ing. habil. Klaus Poehlandt fur die Be- treuung der Arbeit sowie den wertvollen Diskussionen und Anregungen. Ferner danke ich allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Instituts fur Umformtechnik, die zum Gelingen der Arbeit beigetragen haben. Weiterhin moechte ich Herrn Dr. Clemens Ritter vom Institut Laue Langevin, Gre- noble fur die Zusammenarbeit bei den Neutronenbeugungsmessungen danken. Die Mittel zur Durchfurung der Arbeit wurden von der Stiftung Volkswagenwerk, Hannover bereitgestellt, wofur an dieser Stelle ebenfalls gedankt sei. Leonberg, im Dezember 1992 Lothar Bruckner Inhaltsangabe Formelzeichen und Abkurzungen 11 0 Zusammenfassung 13 1 Einleitung 16 2 Stand der Kenntnisse 18 2. 1 Spannungsrisskorrosion von CuZn-Legierungen 18 Chemische Zusammensetzung 2. 1. 1 20 2. 1. 2 Spannung 21 2. 1. 3 Korngroesse 21 2. 1. 4 Umformgrad 22 2. 2 Eigenspannungen und Spannungsrisskorrosion von Werkstucken 24 2. 2. 1 Tiefgezogene Werkstucke 26 2. 2. 2 Abstreckgleitgezogene Werkstucke 27 3 AufgabensteIlung 29 4 Experimentelle Untersuchungen 31 4. 1 Werkstoffe 31 4. 2 Versuchseinrichtungen zur Werkstuckherstellung 33 4. 2. 1 Tiefziehen mit Niederhalter 33 4. 2.

Der vorliegende Forschungsbericht entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl fur Fertigungstechnologie der Friedrich-Alexander-Universitat Erlangen-Numberg. Die im vorliegenden Bericht behandelte Thematik erwuchs aus den Problemstellungen wahrend der Entwicklung eines Programmalgorithmus zur Simulation des Ermudungsbruch- verhaltens von Umformwerkzeugen als einem der Grundbausteine des am Lehrstuhl erstell- ten PSU-Programmoduls WERKZEUGVERSAGEN. Der Bericht beschrankt sich dabei nur auf den Teilaspekt der numerischen Simulation des Rissausbreitungsverhaltens und enthalt die Darstellung und UEberprufung der dafur entwickelten theoretischen Grundlagen; die ergan- zend erarbeiteten Grundlagen zur Simulation der Rissinitiierung und Oberflachenermudung hingegen wurden in einem weiteren Forschungsbericht zusammengefasst, der in der gleichen Berichtsreihe erscheint. Fur die Moeglichkeit der Bearbeitung dieses Forschungsprojektes und das mir wahrend dieser Zeit entgegengebrachte Vertrauen, die Arbeit mit einem hohen Mass von Eigenverantwort- lichkeit durchfuhren zu koennen, sowie seine vielen wissenschaftlichen Anregungen moechte ich an dieser Stelle Herrn Univ. Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c. M.Geiger meinen besonderen Dank aussprechen. Bedanken moechte ich mich auch bei Herrn Dr. U.Engel, in dessen Arbeitsgruppe diese Arbeit durchgefuhrt wurde, fur seine standige Bereitschaft zur wissenschaftlichen Diskus- sion. Mein Dank gilt ferner meinem Kollegen, Herrn Dr. T.Sobis, als meinem 'Mitstreiter' im Rahmen des PSU-Teilprojektes, fur die sehr enge fachliche Zusammenarbeit und den daraus erwachsenen, guten persoenlichen Kontakt. Gleiches gilt fur die ubrigen Kollegen der Umformtechnikgruppe, wie auch fur alle anderen Mitarbeiter des Lehrstuhls, die mich bei der Durchfuhrung dieses Vorhabens unterstutzt haben.

Die vorliegende Dissertation entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl fur Fertigungstechnologie der Friedrich-Alexander-Universitat Erlangen-Nurnberg. Die im vorliegenden Bericht behandelte Thematik erwuchs aus den Problemstellungen wahrend der Entwicklung eines Programmalgorithmus zur Simulation des Ermudungsbruch- verhaltens von Umformwerkzeugen als einem der Grundbausteine des am Lehrstuhl erstell- ten PSU-Programmoduls WERKZEUGVERSAGEN. Der Bericht beschrankt sich dabei nur auf den Teilaspekt der numerischen Simulation von Rissinitiierung und Oberflachenermudung und enthalt die Darstellung und UEberprufung der dafur entwickelten theoretischen Grundla- gen; die erarbeiteten bruchmechanischen Grundlagen der Versagenssimulation hingegen wurden in einem weiteren Forschungsbericht zusammengefasst, der in der gleichen Berichts- reihe erscheint. Fur die Moeglichkeit der Bearbeitung dieses Forschungsprojektes und das mir wahrend dieser Zeit entgegengebrachte Vertrauen, die Arbeit mit einem hohen Mass von Eigenverantwort- lichkeit durchfuhren zu koennen, sowie die wissenschaftliche Diskussion moechte ich an dieser Stelle Herrn Univ. Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c. M.Geiger meinen besonderen Dank aussprechen. Seine fachlichen Anregungen und seine wohlwollende Unterstutzung, die es mir erlaubte, aktuelle Arbeitsergebnisse mehrfach auf Vortragsveranstaltungen oeffentlich zur Diskussion stellen zu koennen, haben wesentlich zum Gelingen der Gesamtarbeit beigetragen. Hierfur, wie auch fur die mir zugekommene persoenliche Foerderung, mein herzlicher Dank. Fur die UEbernahme der Koreferate moechte ich Herrn Univ. Prof. em. Dr.-Ing. Dr.h.c. K.Lange und Herrn Univ. Prof. Dr.-Ing. habil. G.Kuhn herzlich danken. Bedanken moechte ich mich auch bei Herrn Dr. U.Engel fur seine standige Bereitschaft zur wissenschaftlichen Diskussion und seine kritische Durchsicht des Manuskripts.