Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Steuerungstech- nik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen der Uni- versitat Stuttgart. Dem Institutsleiter. Herrn Professor Dr. -Ing. G. Pritschow. gilt mein besonderer Dank fur das Interesse an der Arbeit und seine Unterstutzung. die zu ihrem Gelingen wesentlich beigetra- gen haben. Herrn Professor Dr. -Ing. A. Storr. unter dessen kom- missarischer Institutsleitung ich die Arbeit beginnen konnte. gilt ebenso mein Dank fur seine Ratschlage und die intensive Durchsicht der Arbeit. Herrn Professor Dr. -Ing. M. -Weck danke ich fur seine Bereit- sChaft zur ubernahme und das schnelle Anfertigen des Mitberich- tes. Daruber hinaus moechte ich mich bei allen Mitarbeitern des Instituts bedanken. die durch kritische Hinweise und Diskussi- onen wertvolle Anregungen zu meiner Arbeit geliefert haben. Holger Moeller -7- Inhaltsverzeichnis Seite Abkurzungsverzei chni s, Forme 1 zei chen 9 Einleitung 11 2 Aufgaben eines Uberwachungs- und Diagnosesystems 13 in der numerischen Steuerung 2. 1 Begriffe 13 2. 2 Diagnosebereiche 18 2. 3 Steuerungsinterne Fehlerarten 20 2. 4 Anforderungen an ein integriertes Uberwachungs- 24 und Diagnosesystem 3 Untersuchung ausgefuhrter Massnahmen zur Fehlerdia- 30 gnose in numerischen Steuerungen 3. 1 Hardware der numerischen Steuerung 30 3. 2 Steuerungsexterne Funktionseinheiten 31 3. 3 Datenaustausch 32 3. 4 Bewertung der Massnahmen 33 4 Verfahren zur Uberwachung und Fehlerdiagnose in 35 numerischen Steuerungen 4. 1 Allgemeiner Loesungsansatz 35 4. 2 Diagnosemodelle fur numerische Steuerungen 38 4. 2. 1 Betrachtung auf Systemebene 38 4. 2. 1.

Die vorliegende Arbeit enstand wahrend meiner Tatigkeit als wissensehaftlieher Mitarbeiter am Institut fur Umformteehnik der Universitat Stuttgart. Herrn Professor Dr. -Ing. K. Lange moehte ieh sehr herzlieh fur das mir entgegengebraehte Vertrauen und seine Unterstutzung bei der Anfertigung dieser Arbeit danken. Herrn Dr. -Ing. habil. K. Pohlandt danke ieh fur seine Betreu- ung und die Durehsieht der Arbeit. Ebenso gilt mein Dank allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern es Institutes fur Umformteehnik, die dureh ihre Hilfe zum Ge- lingen der Arbeit beigetragen haben. Der Firma Aluminium-Walzwerke Singen GmbH danke ieh fur die Durehfuhrung von ehemisehen Analysen. Die Mittel zur Durehfuhrung dieser Untersuehung wurden von der Deutsehen Forsehungsgemeinsehaft zur Verfugung gestellt. Stuttgart, im Januar 1986 Christian Weist INHALTSVERZEICHNIS Begriffe und Formelzeichen 11 1 Einleitung 13 2 Stand der Forschung 15 2. 1 Korrelation der Kerbzugdehnung mit der Umformeignung und anderen WerkstoffkenngroBen 15 2. 2 EinfluB des Gefliges auf WerkstoffkenngroBen 16 2. 3 Zur Allgemeingliltigkeit des Kerbzugversuchs 19 2. 4 EinfluB der Kerbgeometrie auf die Kerbzugdehnung 20 2. 5 Vorteile der KenngroBe Kerbzugdehnung 23 3 Experimentelle Durchflihrung 25 3. 1 Werkstoffe . - . . . . - - 25 3. 2 Probenform und Versuchsdurchflihrung 26 4 Versuchsergebnisse und Auswertung 29 4. 1 Abhingigkeit der Kerbzugdehnung on der Kerbtiefe und der Probenlage zur Walzrichtung 29 4. 2 Ermittlung der optimalen Kerbgeometrie 33 4. 3 Eigenschaften der KenngroBe Kerbzugdehnung 47 4. 3. 1 EinfluB der Blechdicke auf die Kerbzugdehnung 49 4. 3. 2 Vergleich verschiedener Kerbgeometrien 51 4. 3.

In der frUhen Entwicklung der Umformtechnik wurde zwischen Umformtechnik im engeren Sinne und Werkstoffkunde bzw. Metallkunde oder EisenhUttenwesen nicht streng unterschieden. Erst in der spateren Entwicklung vor allem in diesem Jahrhundert machte sich eine zunehmende Spezialisierung bemerkbar, und zwar sowohl in der Praxis der Fertigung als auch im Bereich der Aus- bildung und Lehre. Fast alle Bereiche der Umformtechnik sind aber eng mit Werkstofffragen ver- knUpft. Werkstoffeigenschaften bestimmen neben der Geometrie und dem speziel- len Umformverfahren das Umformverhalten des Werkstoffes einschlieBlich der moglichen Verfahrensgrenzen sowie die Gebrauchseigenschaften des fertig um- geformten WerkstUckes. Zum Verstandnis eines Umformvorganges und der resul- tierenden WerkstUckeigenschaften sind grUndliche Kenntnisse des Werkstoff- verhaltens unerlaBlich. 1m Rahmen der Umformtechnik kann aber die Werkstoff- kunde nur als eines von mehreren Teilgebieten betrachtet und nur in verkUrz- ter Form in die Lehre an den Hochschulen einbezogen werden. Der Fortschritt der Werkstoffwissenschaften seit der Entwicklung der Versetzungstheorie in den DreiBiger Jahren ist fUr den einzelnen Umformtechniker unUberschaubar geworden. Der 1. Workshop "Werkstoff und Umformung" hatte deshalb zum Ziel, zwischen den Bereichen der Ufmormtechnik und der Werkstofftechnik bzw. Metallkunde einen BrUckenschlag zu ermoglichen; er sollte den Stand und die Entwicklungs- tendenzen im Grenzbereich zwischen diesen beiden Gebieten aufzeigen und den Teilnehmern eine moglichst zwanglose und intensive Diskussion Uber auftre- tende Fragen ermoglichen.

FUr Produkte, die keiner konstruktiven nderung unterlie- gen, die abel' praktisch nicht substituierbar sind, tendiert del' Preis nach unten und die Qualit t stetig nach oben. Del' Fertigungstechnologie kommt dabei eine entscheidende Holle zu, da durch sie beide Faktoren determiniert sind. Die Kugel ist ein solches Produkt. Als geometrischer K5r- per ist sie seit Jahrtausenden bekannt. Seit ca. 300 Jahren werden Marmorkugeln in sogenannten Marmel- odeI' Schusser- mUhlen hergestellt. Poppe /P7/ beschrieb die MUhlen erst- mals 1837. Die SchussermUhle bestand aus einem Schleif- stein, del' konzentrische Hillen besaB und von einem Wasser- rad angetrieben wurde und einer FUhrungsscheibe aus Eichen- holz. Die grob behauenen Steine wurden zwischen FUhrungs- scheibe und Schleifstein in del' Schleif rille allm hlicb rund geschliffen. Die "Untersberger MarmormUhlen" an del' Almbach-Klamm zwischen Salzburg und Berchtesgaden arbeiten seit 1683 nach diesem Prinzip. 1854 beschrieb Dingler /D2/ eine Maschine zum "Schleif en" von Ventilkugeln aus Messing. Sechs Kugeln mit 2" Durch- messer fUr Lokomotivpumpen wurden danach in sechs bis sie- ben Stunden mit hinreichender Genauigkeit gefertigt. Die industrielle Herstellung von Kugeln begann in Deutsch- land mit del' Erfindung del' sogenannten "Kugelfr smaschine" 1883 durch Friedrich Fischer in Schweinfurt. Am 17.7.1890 wurde das Verfahren patentiert. Das Verfahrensprinzip del' "Kugelfr1l.smaschine" entsprach dem del' SchussermUhlen, wahr- scheinlich ohne daB Fischer dieses Prinzip gekannt hatte. Seit diesel' Zeit wurden die Kugelbearbeitungsmaschinen st ndig verbessert, doch das Verfahrensprinzip ist bis heute erhalten geblieben: die Kugelbearbeitung zwischen konzentrischen Hillen, das SKR-Prinzip.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tiitigkeit als akademischer Rat. a.Z. am Lehrstuhl fUr Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der Technischen Universitat Miinchen. Herrn Prof. Dr.-lng. Karl G. MUller, unter dessen Leitung die Arbeit be gann, m&hte ich fUr das Interesse und die kritische Durchsicht der Arbeit danken. Herrn Prof. Dr.-lng. Joachim Milberg, dem Leiter dieses Lehrstuhls, m&hte ich fUr die stete Forderung und die wertvollen Hinweise zur Erstellung dieser Arbeit danken. Des weiteren danke ich Herrn Prof. Dr. med. Wolf MUller-Limmroth, dem Leiter des Lehrstuhls fUr Arbeitsphysiologie, fUr die aufmerksame Durchsicht der Arbeit und die Ubernahme des Korreferates. Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. med. habil., Dr.-Ing. Michael UngethUm fUr die Anregung zu dieser Arbeit, fUr die wertvollen Hinweise und fUr die stets groBzUgige UnterstUtzung der Untersuchungen. Ebenso bin ich der Fa. Aesculap AG, Tuttlingen, die die chirurgischen Gerate und die Versuchswerkzeuge zur VerfUgung stellte, zu Dank verpflichtet. Weiterhin danke ich allen Industriefirmen und LehrstUhlen der TU und LMU MUnchen fUr die Be reitstellung von MeBgeraten, Versuchswerkzeugen, Rechenprogrammen und wichtigen medizinischen Informationen, allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Lehrstuhls, die mich bei dieser Arbeit unterstUtzten, den vielen Studenten, die im Rahmen ihrer Studienarbeit bei der DurchfUh rung der Untersuchungen mitgeholfen haben."

Dieses Buch ist der erste Teil einer auf zwei Bande angelegten Monographie, die in der Absicht entstand, den Fachleuten, die in der Forschung oder Industrie auf den Gebie- ten der Werkstoffoberflachen und der diinnen Schichten tatig sind, sowie den Studie- renden eine EinfUhrung in die Grundlagen und eine Ubersicht iiber die vieifaltigen Anwendungen und Verfahren der Oberflachen- und Diinnschichttechnologie zu ge- ben. Diese Arbeit beruht auf einer langjahrigen Tatigkeit des Verfassers auf dies em Gebiet sowohl in der Industrie als auch an der Hochschule. In ihrem praktischen Einsatz haben technische Oberflachen und diinne Schichten eine Vielzahl von Funktionen zu erftillen. Um nur einige Beispiele zu nennen: in der Optik als reflexionsmindemde, reflexionserhohende oder absorbierende Schichten; in der Elektrotechnik als Kontakte, Widerstande und Kondensatoren; in der Mikroelek- tronik als Metallisierungs-und Passivierungsschichten fUr hochintegrierte Schaltkreise und Halbleiter-Bauelemente; femer beim Aufbau von Systemen der integrierten Op- tik, der Optoelektronik, der Kryoelektronik, der Energietechnik und der biomedizini- schen Technik. In der chemischen Verfahrenstechnik und im Maschinenbau werden funktionelle diinne Schichten als Schutz gegen VerschleiB, Korrosion und Hochtem- peraturoxidation, aber auch als reibungsarme Schichten, Katalysatorschichten und de- korative Schichten verwendet. Die volkswirtschaftliche Bedeutung der Oberflachen-und Diinnschicht-Technologie ist in den Industrielandem in den letzten J ahren aus folgenden Grunden erheblich ge- stiegen: - Viele Hochtechnologie-Anwendungen, an denen mikroelektronische, optische, op- toelektronische, magnetische oder kryoelektronische Bauelemente beteiligt sind, wur- den durch die vielfach einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften diinner Schichten iiberhaupt erst moglich.

Die vorliegende Dissertation entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der Technischen Universitat Mun- chen. Mein besonderer Dank gi lt Herrn Prof. Dr. -Ing. j. Mi lberg, dem Leiter dieses Instituts, fur die wohlwollende Foerderung und gross- zugige Unterstutzung sowie fur die wertvollen Hinweise zu dieser Arbeit. Des weiteren danke ich Herrn Prof. Dr. -Ing. j. Heinzl fur die auf- merksame Durchsicht der Arbeit und die wertvollen Anregungen zur Gestal tung des Inhal ts. Allen Kollegen und Mitarbeitern des Instituts und allen Studenten, die mich bei der Erstellung meiner Arbeit unterstutzt haben, bin ich zu aufrichtigem Dank verpflichtet. Munchen, 1986 Ulrich Pilland - I I - Inhaltsverzeichnis Sei te 0. 1 Formelzeichen 0. 2 Nfuthematische Operatoren 2 3 1 Einleitung 2 Anforderungsprofil 3 2. 1 Analyse von Kollisionen 4 6 2. 2 Diskussion verschiedener Kollisionsschutzsysteme 2. 2. 1 chanisch wirkende Vorrichtungen oder Systeme mi t Sensoren 2. 2. 2 Steuerungstechnische Loesungen 7 2. 2. 3 Erzeugung kollisionsfreier Teileprogrrunne 8 2. 3 Ansatz fur ein umfassendes Kollisionsschutzsystem 9 2. 3. 1 UEberwachung der geometrischen Eingaben und Funk- tionen der Steuerungen durch die Geometrieub- wachung 14 2. 3. 2 UEberwachung der maschinennahen Steuerungsfunkt- nen durch die Bahnuberwachung 14 2. 4 Beschreibung des Versuchsaufbaus 15 3 Geometrieuberwachung 18 3. 1 Aufgabensteilung fur die Geometrieuberwachung 18 3. 1. 1 Problematik der Kollisionserkennung mittels - chenmodell 18 3. 1. 2 Loesungsansatz fur die Geometrieuberwachung 19 3. 1.

Die vielseitigen Moglichkeiten, die das FlieBpressen als Umformverfahren fur die Formgebung von Metallen bietet, fuhrten bei steigenden Anspruchen der Abnehmer hinsichtlich der MaBgenauigkeit, Werkstoffausnutzung sowie der Breite des Formenspektrums zu immer komplizierteren Werkstucken. Die Forderungen nach neuen, komplexeren Profilformen und groBeren Querschnitts- anderungen hat ten immer groBere PreBkrafte zur Folge, woraus eine sehr hohe mechanische Belastung der Werkzeuge resultiert. Nach DIN 8583 zahlt das FlieBpressen zur Gruppe der Durchdruckverfahren und wird in die Untergruppen FlieBpressen mit starren Werkzeugen und FlieB- pressen mit Wirkmedien eingeteilt, wobei bei dem letztgenannten Verfahren das Werkstuck durch Einwirkung eines Druckmediums durch die Matrize ge- druckl wird. In Bild list das Prinzip der FlieBpreBverfahren dargestellt. Das hydrostatische FlieBpressen ist eines von mehreren Verfahren, die eine wesentliche Verringerung des Kraftbedarfs ermoglichen und demzufolge zu einer Verringerung der mechanischen Belastung der Werkzeuge fuhren. Durch den Wegfall der Reibung zwischen Rohteil und Aufnehmerwand sowie durch die Bildunq gunstiger Schmierungsbedingungen zwischen Werkstuck und Matrize werden die Reibungsverluste vermindert, was beim Pressen von Pro- filen mit im Verhaltnis zur Profilquerschnittsflache groBem Profilumfang (groGe Reiblange) besondere Vorteile bietet. Die seitliche Abstutzung des Rohteils verhindert dessen Aufstauchen, und es konnen Rohteile mit belie- big groGem Langen/Durchmesser-Verhaltnis (lo/d ) gepreBt werden.

Die Automatisierung von Fertigungsanlaqen verfolgt aus tech- nischer Sicht im wesentlichen solche Ziele, die die Wertge- sichtspunkte Wirtschaftlichkeit und technische Durchflihrbar- keit von Fertigungsverfahren betreffen. Automatisierungsziele beztiglich der technischen Durchftihrbarkeit beispielsweise liegen vor, wenn Maschinen und Elnrichtungen elngesetzt wer- den, die ohne Automatisierungsmittel nicht oder nur unbe- friedigend zu betreiben sind. Wirtschaftlichkeitsgesichts- punkte stellen alle kostenrelevanten Aspekte dar, die An- schaffung und Betrieb von Fertigungsanlagen SOWle dle Quali- tat der Produkte betreffen. Die Entwicklung der Rohstoff-, Energie- und Lohnkosten erfor- dert auch bei kleinen und mittleren Sttickzahlen eine standi- ge Steigerung der Produktivitat industrieller Fertigungsanla- gen durch Rationalisierung und Automatlsierung. Eine flexible Fertigung, die schnell und wirtschaftlich eine oft wechseln- de Nachfrage befriedigen kann, ist auf flexible Maschinen- systeme und die Wirksamkeit umfassender, flexibler Steuerungs- konzepte besonders angewiesen. Zur Sicherung einer hohen Aus- nutzung und Verftigbarkeit solcher Anlagen mtissen zunehmend technologische, organisatorische und optimierende Gesichts- punkte in die Konzeptlon der Steuerungssysteme aufgenommen werden. Moderne Fertigungseinrichtungen sind daher ohne nume- rische Steuerungen nicht mehr denkbar [1, 2].

Beim Kaltfliesspressen wird das Fliesspresswerkzeug durch die vorgangsbeding- ten Umformkrafte belastet. Diese Belastung bewirkt eine elastische Federung des Werkzeuges. Durch den Umformvorgang wird dem Werkstuck Arbeit zugefuhrt. Diese Umform- arbeit und die Reibarbeit an der Kontaktflache Werkstuck/Matrize fuhren im Werkzeug zu einer Temperaturerhoehung und damit zu einer Warmeausdehnung der Matrizenbohrung. Die radiale Aufweitung armierter Fliesspressmatrizen mit zylindrischer und abgesetzter Bohrung wurde unter mechanischer Belastung und Temperatureinwir- kung mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode berechnet. Die Belastungssimu- lation erfolgte einerseits durch das Aufbringen eines hydrostatischen Innen- druckes entlang der Bohrungswand der Matrize und andererseits durch das Er- zwingen einer gewunschten Bohrungswandtemperatur. Variiert wurde der Innen- 2 druck zwischen 0

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am lnstitut fUr Steuerungs- technik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universitat Stuttgart. Die Voraussetzungen und Grundlagen fUr meine Promotion wurden durch den verstorbenen lnstitutsleiter. Herrn Prof. Dr.-lng. G. Stute. geschaffen. dem ich zu besonderem Dank verpflichtet bin. Herrn Prof. Dr.-lng. A. Storr danke ich fUr seine Unter- stUtzung und seine kritischen Anregungen bei der Erstellung dieser Arbeit. Herrn Prof. DTech. h. c. Dipl.-lng. K. Tuffentsammer gilt mein Dank fUr die Obernahme des Mitberichts. Allen Kollegen der Gruppe 5. insbesondere den Herren Dipl.-lng. R. Donn und Dipl.-lng. S. Chmielnicki. sowie allen Mitarbeitern und Studenten des lnstituts. die zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben. danke ich fUr ihre Hinweise. Geleitwort des Herausgebers Das Institut fOr Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrich- tungen der Universitat Stuttgart befaBt sich mit den neuen Entwicklungen der Werkzeugmaschinen und anderen Fertigungseinrichtungen, die insbesondere durch den erhOhten Anteil der Steuerungstechnik an den Gesamtanlagen gekennzeichnet sind. Dabei stehen die numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen in Programmie- rung, Steuerung, Konstruktion und Arbeitseinsatz sowie die vermehrte Verw- dung des Digitalrechners in Konstruktion und Fertigung im Vordergrund des In- teresses. 1m Rahmen dieser Buchreihe sollen in zwangloser Foige drei bis fOnf Berichte pro Jahr erscheinen, in welchen Ober einzelne Forschungsarbeiten berichtet wird. Vor- zugsweise kommen hierbei Forschungsergebnisse, Dissertationen, Vorlesungsmanu- skripte und Seminarausarbeitungen zur VerOffentlichung. Diese Berichte sollen dem in der Praxis stehenden Ingenieur zur Weiterbildung dienen und helfen, Aufgaben auf diesem Gebiet der Steuerungstechnik zu 10sen.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am lnstitut fur Umformtechnik der Universitat Stuttgart. Herrn Professor Dr. -lng. K. Lange danke ich fur sein Vertrauen und seine wohlwollende Unterstutzung bei der Durchfuhrung dieser Arbeit. Fur die eingehende Durchsicht dieser Arbeit bin ich Herrn Pro- fessor Dr. -lng. H. Uetz zu Dank verpflichtet. Mein Dank gilt ferner Herrn Dipl. -lng. E. Dannenmann, der die- se Arbeit durch wertvolle Hinweise und Anregungen unterstutzt hat sowie allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des lnsti- tuts fur Umformtechnik, die durch ihre tatige Hilfe zum Ge- lingen der Arbeit beigetragen haben. Ebenfalls danken mochte ich Herrn Dr. rer. nat. P. Schluter vom Max-Planck-lnstitut fUr Metallforschung in Stuttgart, der in groBzugiger Weise die Erstellung der REM-Aufnahmen und Schliffbilder ubernommen hat. Die Mittel zur Durchfuhrung dieser Arbeit wurden von der Deutschen Forschungsgesellschaft fur Blechbearbeitung e. V. zur Verfugung gestellt. Stuttgart, Juni 1983 Erhard Mossle Inhaltsverzeichnis Seite Verzeichnis der wichtigsten Abktirzungen 11 o Einleitung 13 Problematik des Ziehens von Blechen aus 15 Aluminiumlegierungen 1. 1 Ausgangssituation 15 1. 2 Stand der Kenntnisse 18 1. 2. 1 Beeinflussung von Oberflachen durch Umformen 18 1. 2. 2 EinfluB der Oberflachenbeschaffenheit von 25 Blechen auf den Ziehvorgang 1. 3 Zielsetzung der Arbeit 27 2 Experimentelle untersuchungen mit Blechen 31 aus Aluminiumlegierungen - Versuchsdurch- ftihrung 2. 1 Beschreibung der Oberflachenbeschaffenheit 33 2. 2 Ermittlung der Formanderungen 36 2. 3 Eigenschaften der untersuchten Aluminium- 37 legierungen Oberflachenveranderungen bei Zug- und 43 2. 4 Biegeversuchen 2.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Steuerungstech- nik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universitat Stuttgart. Herrn Prof. Dr.-Ing. G. Stute, dem viel zu fruh verstorbenen Leiter des Instituts, bin ich fur seine grosszugige Unterstut- zung und die wertvollen Anregungen, die zum Entstehen dieser Arbeit beitrugen, zu besonderem Dank verpflichtet. Herrn Prof. Dr.-Ing. A. Storr danke ich fur seine kritischen Anmerkungen zu Form und Inhalt der Arbeit und die sich daraus ergebenen Hinweise. Mein Dank gilt auch Herrn Prof. Dr.-Ing. H.-J. Warnecke fur die eingehende Durchsicht der Arbeit. Daruber hinaus moechte ich all denen danken, die durch wert- volle Diskussionen und anregende Kritik zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben, insbesondere den Herren Dr.-Ing. H. Erne, Dipl.-Ing. G. Gruhler, Dipl.-Ing. W. Ruoff und Dipl.-Ing. K.-H. Wurst. Manfred Keppeler 5 - INHALT Seite Formelzeichen und Abkurzungen 8 1 Einfuhrung und Aufgabenstellung 12 2 Beschreibung von Bewegungsablaufen in raum festen 15 oder werkstuckbezogenen kartesischen Koordina- tensystemen 2.1 Definition der Werkzeugorientierung 17 2.2 Interpolation 22 2.2.1 Linearinterpolation 22 2.2.2 Fahren von Kreisbahnen als Sonderfall der Line- 25 arinterpolation 2.2.3 Zirkularinterpolation 27 2.3 Erzeugung komplexer Bewegungsbahnen durch automa- 33 tische Wahl der Interpolationsart Linear- bzw.

Das Buch hat sich zum Ziel gesetzt, die Fertigungsverfahren der DIN 8580 nach wirt- schaftlichen Punkten zu behandeln. Das muss, wegen der Fulle des Stoffes zwangslaufig dazu fuhren, dass die einzelnen Themenkomplexe oft nur angedeutet werden. Nur viel angewandte Verfahren werden beschrieben, weniger bekannte koennen nur erwahnt und Verfahren, die sich erst im Versuchsstadium befinden, konnten nicht angeftihrt werden. Das wirtschaftliche Fertigungsverfahren steht im Vordergrund. Hierbei ist von Bedeutung Werkstuckwerkstoff, Werkstuckform, Anzahl der Werk tucke, konkurrierende Be- arbeitungsverfahren, Werkzeuge, Schneidstoff, Schmierung, Werkzeugmaschine und Werkzeugmaschineneinstellung. Besonderer Wert wurde dabei auf die exemplarische Darstellung anhand viel benoetigter Teile gelegt. . Die Textftille war nur durch viele Ta ellen, knappe Beschreibung, viele Skizzen, die zusammen mit den Bildunterschriften zum Text nicht redundant sind, zu bewaltigen. Dabei war aber kein reines Tabellenwerk geplant, vielmehr sollte der Sinn der tabellarischen Darstellung in der Kurze der Darbietung liegen. Daher wurde auch z.B. in den einzelnen Kapiteln darauf verzichtet, Werte aus der Zerspantechnik oder Umformtechnik, die reine Maschineneinstellung betrafen, zu tabellieren. Auch hierfur sind Beispiele fur typische Prozesse aufgefuhrt. Gegenuber dem Text wurde im Zweifelsfalle der Skizze und dem Bild der Vorzug gegeben. Das geschah bewusst aus zwei Grunden: Skizzen benoetigen weniger Raum als Text um einen fertigungs-technisch- maschinenbaulichen Zusammenhang darzustellen und Skizzen sind letztlich doch das Ausdrucksmittel des "Maschinenbauers".

Die Marktforderungen nach groBerer Variantenvielfalt im Pro- duktionsprogramm von Unternehmen und rasche Veranderungen der Nachfragestruktur verringern die Bedarfsmengen einzelner Erzeugnisse. Die Folge ist der Trend zur Klein- und Mittelserienfertigung und die Notwendigkeit, Ablauf und Uberwachung von Fertigungs- vorgangen weiter zu automatisieren. Die Entwicklung der Automatisierung der Klein- und Mittelserie verlauft von der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine liber anpassungsfahige flexible Bearbeitungseinheiten bis hin zum flexiblen Fertigungssystem [1]. Der Begriff "Flexibles Ferti- gungssystem" wurde 1966 von Dolezalek [2] eingeflihrt und defi- niert. Zu verstehen ist hierunter eine Reihe von Fertigungs- einrichtungen, die liber ein gemeinsames Steuer- und Transport- system so miteinander verknlipft sind, daB einerseits eine automatische Fertigung stattfinden kann, andererseits inner- halb gewisser Grenzen unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben an unterschiedlichen Werkstlicken durchgefuhrt werden konnen. Bei der Einfuhrung flexibler Fertigungssysteme standen die Um- formverfahren im Gegensatz zu den spanenden Verf'ahren bis vor wenigen Jahren absei ts. Dami t (1 ie Vorteile umformender Verfah- ren wie Werkstoff- und Energieersparnis, Werkstoffverfesti- gung und kurze Bearbeitungszeiten auch in der Klein- und Mittelserienfertigung genutzt werden konnen, wird die Inte- gration von Umformverfahren in flexible Fertigungssysteme forciert.

Flexible Fertigungssysteme sind automatisierte Fertigungs- einrichtungen, die fUr den Einsatz im Bereich der Einzel- und Kleinserienfertigung entwickelt wurden. Sie sind gekenn- zeichnet durch ihre Fahigkeit, sich innerhalb eines begrenz- ten Teilespektrums selbsttatig an unterschiedliche Werk- stUcke und Fertigungsaufgaben anzupassen. Wah rend diese Entwicklungen bei spanenden Bearbeitungsver- fahren schon verstarkt Eingang in die Fertigung gefunden ha- ben [1 - 12], sind sie im Bereich umformender Fertigungsver- fahren bislang nur sehr vereinzelt anzutreffen. Wegen der in jUngster Zeit stark angestiegenen Energie- und Rohstoffkosten [13] sind Uberlegungen in Gang gekornrnen, das Konzept des fle- xiblen Fertigungssystems auch auf Technologien anzuwenden, bei denen ein vergleichsweise geringerer Aufwand fUr Material und Energie erforderlich ist, die also bei sparsamem Energie- und Rohstoffverbrauch groBe Teilespektren in kleinen StUck- zahlen und im Rahmen einer gewissen Flexibilitat wirtschaft- lich fertigen konnen. Ausgehend von diesem Sachverhalt untersuchte erstmalig KAISER [14] die Moglichkeiten einer Integration umformender Bearbei- tungsverfahren in flexible Fertigungssysteme. Die Analyse samtlicher Umformverfahren ergab dabei, daB grundsatzlich aIle ungebundenen Umformverfahren, d. h. solche mit kinematischer Gestalterzeugung und ferner einige gebundene Umformverfahren, das sind solche mit Abbildung der WerkstUckgeometrie am Werk- zeug, bei entsprechendem Teilespektrum in flexible Fertigungs- systeme einbezogen werden konnen.

Mit Hilfe der FEM wurde der EinfluB von DurchbrUchen in Werkzeug- maschinen fUr zwei verschiedene Gestellbauteile untersucht. Zum einen ist dies ein kastenformiger Stander, bei dem der Steifigkeits- abfall infolge eines Durchbruches von Interesse ist. Hierzu wurde eine Vielfalt von Durchbruchsformen und -groBen untersucht. Zum anderen ist das ein O-Gestell einer Umformmaschine. Hierbei interes- siert die Spannungsausbildung im Gestell infolge eines Durchbruches. Die Ergebnisse der Rechnung fUr den Stander mit Kastenquerschnitt zeigen den erheblichen EinfluB, den ein Durchbruch auf die Steifig- keit haben kann. Die Ergebnisse wurden so aufbereitet, so daB der EinfluB von verschiedenen Durchbruchsformen und -groBen aus graphi- schen Darstellungen dem Konstrukteur direkt zuganglich ist. Weiter- hin kann er mit Hilfe von Kurven gleicher Steifigkeit die fUr seinen Fall optimale Durchbruchsform auswahlen. Zur Verminderung des Einflusses des Durchbruches auf die Steifig- keit wurden zwei konstruktive MaBnahmen rechentechnisch untersucht. Die erste MaBnahme ist die Einbringung einer Querschotte direkt ober- und unterhalb des Durchbruches. Diese MaBnahme erwies sich insbesondere bei der Torsion als besonders geeignet, wo eine bis zu 265 % Steigerung der Steifigkeit gegenUber dem Fall ohne Quer- schotte erzielt werden konnte. Die zweite MaBnahme war die Anbrin- gung eines Wulstes urn den Durchbruchsrand. Hierbei ergab sich mit 152 % Steifigkeitssteigerung ebenfalls beim Lastfall Torsion das beste Ergebnis.

Das Auftrennen von plattenformigen Werkstlicken aus Holz oder Holzwerkstoffen erfolgt vorwiegend mit Kreissageblattern. Dabei werden diese im Verhaltnis zum Durchmesser dlinnen Werk- zeuge mit hohen Drehzahlen eingesetzt und bei steigenden Vor- schubgeschwindigkeiten immer hoheren Belastungen unterworfen. Kreissageblatter sind bedingt durch ihre Geometrie und die Einsatzart - sie werden zwischen zwei Flansche auf einer Welle aufgespannt und rotieren mit hoher Drehzahl - anfallig auf die verschiedenen Einfllisse, die wahrend ihres Einsatzes auftreten. Dies sind u.a. die auf das Werkzeug einwirkenden Fliehkrafte, Temperaturunterschiede innerhalb des Blattes sowie Schnittkrafte und Beanspruchungen durch UnregelmaBigkeiten wahrend des Schneidvorganges. Urn diesen Belastungen entgegenzuwirken, werden Kreissageblatter yom Hersteller je nach Verwendungszweck und Einsatzbedingungen mit unterschiedlichen Vorspannungen versehen. Dies gilt sowohl flir unbestlickte sowie mit Hartmetall bestlickte Holzkreissage- blatter, als auch flir Steinsagen, Metallsagen und Trennsagen. Die in das Werkzeug eingebrachten Spannungen sind erforderlich, urn einmal die beim Schneiden auftretenden Spannungen infolge Erwarmung der AuBenzone auszugleichen und zum anderen die Spannungen, die durch Fliehkrafte und Schnittkrafte wahrend des Arbeitsablaufes entstehen, zu kompensieren. Die Wahl der geeigneten Vorspannung ist also Voraussetzung flir das optimale Arbeitsverhalten des Werkzeuges. Beim Kreissagen von Holz und Holzwerkstoffen wird die Glite der erzeugten Schnittflachen von dem Schwingungsverhalten und der axialen Steifheit der Kreissageblatter entscheidend beeinfluBt. Das Schwingungsverhalten und die Steifheit sind neben den Werk- stoffkonstanten (z.B. Harte) und den Einspannbedingungen unter - anderem von den Abmessungen der Kreissageb1atter sowie von deren Spannungszustand abhangig.

Die digitale Pruf technik muss mit der zunehmenden Komplexitat digitaler Schaltungen Schritt halten. Die hochintegrierte Schaltungstechnik bewirkte, dass heute eine einzige Leiterplatte Funktionen erfullt, fur die man noch vor einigen Jahren Baugruppen im Schrankformat benoetigte. Die digitale Pruf technik wird daher automatisiert. Algorithmisch erstellte Testsatze werden durch einen Prozessrechner an die zu prufende Leiterplatte angelegt und die Ergebnisse werden mit Sollwerten verglichen.Es wird eine Echtzeitprufung angestrebt, denn nur sie gestattet eine Aussage uber die Funktion der Leiter- platte unter Betriebsbedingungen. Der hier vorgestellte Prufplatz erfullt die Forderungen nach Automatisierung und Echtzeitprufung. An Hand von Beispielen wer- den seine Leistungen nachgewiesen. - 3 - Inhalt Einleitung 1. 5 Der Prufplatz fur quasistatische Prufung 7 2. Elektrischer und mechanischer Aufbau 7 2. 1 2.2 Der Datentransfer 10 Arbeitsweise 2.3 1 1 Erweiterung des Prufplatzes 2.4 16 Der Prufplatz fur Real-Time prufung 24 3. 3.1 Ubersicht uber den Hardware-Aufbau 24 3.2 Testmusterspeicher 27 3.3 Sequenzerbaustein 28 3.4 Interne Clock 29 3.5 Pinzuordnung 30 3.6 Vergleicher 31 3.7 Befehlsdecoder 32 3.8 Ubersicht uber die Ansteuersoftware 34 Untersuchungen mit dem Prufplatz fur 4.

Die Stahlerzeugung tiber den Weg des Hochofens bleibt trotz der raschen technologischen Entwicklung der verschiedenen Direktre- duktionsverfahren in der jtingsten Zeit eindeutig dominierend. Der scharfe Wettbewerb auf dem Weltmarkt hat dazu geftihrt, daB die s ahlproduzierenden Lander ihre Hochofenbetriebe weiter op- timieren. Durch die Einftihrung von modernen Technologien wie z.B. GroBraumhochofen, besseren Begichtungsmethoden, Einblasen von Wind hoherer Temperatur, Anreicherung des Windes mit Sauerstoff, Einblasen von Zusatzstoffen, selektiver Molleraufbereitung und hoheren Regelungs- und Automatisierungsgraden wird die Wirt- schaftlichkeit und Leistung der Hochofen merklich gesteigert. Verscharfte Umweltbedingungen, hohe Erzkosten und Recyclingpro- zesse fordern den Einsatz von eisenhaltigen Abfallstoffen in den Hochofenwerken. Dies sind z.B. Gichtstaube, Walzenschlamme oder Konverterauswtirfe, die meist hohere Gehalte an Alkalien, Blei und Zink aufweisen. Diese Stoffe werden zum Teil aufbereitet und als Hochofeneinsatzmaterial wiederverwendet. Ihr Wiedereinsatz sowie die Verwendung von Koks mit hoheren Aschegehalten fuhren zu einer erhohten Belastung der Hochofen mit Kreislaufstoffen. Kreislaufstoffe sind diejenigen Stoffe im Hochofen, die wahrend des Absinkens in den unteren Teil des Hochofens reduziert und verdampft werden. Die Reaktionsprodukte steigen teilweise mit dem Schachtgas auf und kondensieren in den oberen kalteren Zonen des Of ens. Sie wandern mit dem sinkenden Moller wieder in den un- teren Teil des Of ens, werden reduziert und erneut von der Gaspha- se nach oben getragen. Dadurch bilden sich innere Kreislaufe in bestimmten Bereichen eines Hochofens. Kreislaufstoffe sind z.B. Zink, Blei, Natrium und Kalium, die mit dem Moller in den Hoch- of en gelangen.