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 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.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaft- licher Assistent am lnstitut fUr Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universitat Stuttgart. Dem verstorbenen lnstitutsleiter, Herrn Professor Dr. -Ing. G. Stute danke ich fUr seine UnterstUtzung und seine Anregungen, die eine wesentliche Voraussetzung zur DurchfUhrung dieser Arbeit waren. Vor allem gilt ihm jedoch meine Achtung fUr das Beispiel, das er in seiner Tatigkeit als lnstitutsleiter und Hochschullehrer gegeben hat. Herrn Prof. Dr. -Ing. A. Storr, unter dessen kommissarischer lnstituts- leitung ich die Promotion abschlieBen konnte, bin ich fUr die eingehende Durchsicht der Arbeit sehr verbunden. Herrn Prof. DTech. h. c. K. Tuffentsammer danke ich fUr seine Bereitschaft, den Mitbericht zu Ubernehmen. DarUber hinaus mochte ich allen M itarbeitern des Institutes, die mich bei meiner Arbeit unterstUtzt haben, herzlich danken. Dies gilt insbe- sondere fUr die Herren Dipl. -Ing. W. Renn, Dr. -Ing. J. Schwager, Dipl. - lng. G. Keuper, Herrn cando ing. D. K. Nguyen und Frau U. BUrkert. 5 - Inhaltsverzeichnis Seite o Verwendete GraBen und AbkUrzungen 8 0. 1 Geometrische und physikalische GraBen 8 0. 2 Mathematische GraBen in Kap. 2. 3, 2. 4. 5 9 0. 3 Mathematische und physikalische GraBen in Kap. 4. 2 11 0. 4 AbkUrzungen und Begriffe 12 Einleitung 13 1 2 SimulationsdurchfUhrung - Stand der Technik 17 und Definitionen 2. 1 Kennzeichnende Eigenschaften elektrohydrauli- 18 scher Schaltungen 2. 2 Funktionales Modell 20 2. 3 Gleichungsorientiertes und losungsspezifisches 24 mathematisches Modell 2.

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.

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.

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.

FUr viele wKrmetechnische Prozesse wird die fUr den ProzeS notwendige WKrme durch die Verbrennung von Brennstoffen bei hohen Temperaturen er eugt. Die hierbei anfallenden Abgase werden in die AtmosphKre geleitet, wObei verschiedene Abgas- produkte die Umwelt als Schadstoffe belasten. Zur Verbesse- rung der Umweltbedingungen und der M6glichkeit einer Kapazi- tKtserweiterung wKrmetechnischer Anlagen muS die Schadstoff- emission reduziert werden. Neben konstruktiven MaBnahmen und der FUhrung des wKrmetech- nischen Prozesses ist die Einhaltung des optimalen Mischungs- verhKltnisses zwischen Brennstoff und Luft eine wichtige Ver- aussetzung zur Erzielung einer niedrigen Schadstoffemission und guten Brennstoffausnutzung. 2. Stand der Technik 2.1 Brennerkonstruktionen Die Vielzahl der unterschiedlichen Brennerkonstruktionen /1,2/ ist ein Binweis auf die speziellen Anforderungen in den verschiedenen Anwendungsgebieten. So werden AnsprUche in Bezug auf Brennstoff, Flammenform, FlammenfKrbung, Abgas- zusammensetzung, Ger!uschentwicklung usw. gestellt. Zur Verwirklichung der Anforderungen ergeben sich meist mehrere M6glichkeiten, wobei entweder die eine oder die andere Eigenschaft stKrker berUcksichtigt wird. Um sich eine Vorstellung von dem Verhalten einer Verbrennungs- einrichtung zu verschaffen, benutzt man mathematische oder physikalische Modelle. Wie schwierig eine mathematische Er- fassung der komplexen ZusammenhKnge ist, wird bei P. Maier /3/ am Beispiel der Drallflamme deutlich. Die physikalischen Modelle, angefangen von einfachen Wassermodellen zur Sicht- barmachung der Str6mung /4/, Uber isotherme Gasmodelle /5/ bis zu Wassermodellen mit der Abbildung physikalisch be- dingter Flammen /6/ geben jedoch schon sehr gute M6glich- keiten die VorgKnge in der Brennkammer zu erklKren.

Die Kurvengetriebe, die in diesem Bericht behandelt werden, k5nnen fol- gendermaJ3en beschrieben werden: Es liegt ihnen die in Bi Id 1/1 dargesteUte dreigliedrige kinematische Kette zugrunde. BUd 1/1: Einfachste kinematische Kette raumlicher Kurvengetriebe Die Glieder 1 und 3 bzw. 2 und 3 sind durch je ein Dreh- bzw. Schubge- lenk miteinander verbunden, wahrend sich zwischen den Gliedern 1 und 2 ein Kurvengelenk befindet. Die Relativbewegung der Glieder 1 und 2 ge- geneinander ist dann im wesentlichen von der Gestalt der Oberflachenteile abhangig, die sich im Kurvengelenk berlihren. Es gibt verschiedene M5glichkeiten, bewegungsgeometrische Gr5J3en vor- zugeben, um die Gestalt der Elemente im Kurvengelenk festzulegen. So kann man z. B. die Werte zweier Rollgleitzahlen im Kurvengelenk fUr jede Bewegungsphase [1] oder die Gestalt des Gliedes 2 und die einzl}haltende Relativbewegung gegenliber Glied 1 (Uebertragungsfunktion) vorschreiben. Es soll hier 'nur der letztere Fall in Betracht gezogen werden. Die Bewegung des Gliedes 2 gegenliber Glied 1 sei auf eine bestimmte Wei- se vorgegeben. Ebenso m5ge die Gestalt des Gliedes 2 nach Gesichtspunk- ten, die im wesentlichen unabhangig von der Uebertragungsfunktion sind, festgelegt sein. Insbesondere fUr den Teil des Gliedes 2, dessen Oberfla- che zum Kurvengelenk zahlt, soll noch gefordert werden, daJ3 die starre Verbindung zum Rest des Gliedes 2 durch ein Drehgelenk ersetzt werden kann, ohne daJ3 die Uebertragungsfunktion verandert wird, urn die M5glich- keit zu haben, EinfluLl auf die Reibung im Kurvengelenk zu nehmen.

Mit den Bestrebungen. die Wettbewerbsfahigkeit des deutschen -Steinkohlenbergbaus zu steigern. sind die.immer hoheren Anfor- derungen an die Leistungsfahigkeit der im Abbau eingesetzten Maschinen eng verbunden. Das Ziel. die Gewinnungseinheiten zu verbessern und die mechanische Beanspruchung der Maschinentei- le zu verringern. wurde bisher Uberwiegend in Zerspanungsun- tersuchungen mit einer angestrebten groBtmoglichen Verringe- rung der Schnitt- und AndrUckkrafte bei einem minimal en Ver- schleiB der Werkzeuge verfolgt. 1m Gegensatz zu dem Arbeitsvorgang "Losen" der bergmannischen Gewinnung mineralischer Rohstoffe liegen nur wenige Berichte Uber die Problematik des Arbeitsvorganges "Laden" vor. Der Ladevorgang beschrankt sich hierbei im Gegensatz zu Tage- baugeraten. die im gewachsenen Boden arbeiten. auf das Weg- raumen einer SchUttung. Sowohl die Anordnung der Ladeeinrich- tungen an Maschinen der schneidenden Gewinnung als auch die Ausbildung der Ladeeinrichtungen an Maschinen der schalenden und schneidenden Gewinnung geschieht weitgehend nach Erfah- rungswerten aus dem Einsatz im untertagigen Gewinnungsbetrieb. Dabei wird z.B. einzig das Ausraumen der Ladegasse als MaB- stab fUr die Beurteilung von Ladeeinrichtungen benutzt. ohne BerUcksichtigung des Ladevorganges und der Ladekrafte. Soweit Messungen unter Tage durchgefUhrt wurden. erfolgten sie als Leistungsmessungen der Antriebe und erfaBten nur die Summe aller Einzelbetrage. Ober den Betrag der Einzelkrafte. z.B. der Ladekraft. konnte keine eindeutige Aussage getroffen wer- den. Die Ermittlung der GroBe eines Ladegerates und der er- forderlichen Antriebsleistung fUr eine bestimmte Ladekapazi- tat hangt von der Arbeitsgeschwindigkeit und der Antriebs- kraft abo Die moglichst genaue Kenntnis der Art und GroBe der Widerstande und deren Streuung ist daher unbedingt notwendig.