The ability to perform heat treatments in the home workshop can be a very useful asset, enabling you to make, repair and maintain tools, to anneal and normalize work-hardened metals, and even to create decorative finishes. Heat Treatment is a practical guide to this valuable range of workshop techniques and how to employ them safely and effectively. Featuring step-by-step photography throughout, this book covers metals and their properties; building a heat treatment oven for the home workshop; case hardening, flame hardening and tempering and finally, decorative finishes with colour case hardening, oil blacking and enamelling.

In den verschiedenartigsten Geraten, automatischen Vorrichtungen und Maschinen gehoren Federn, Membranen, Faltenbalge, Geber u. a. zu den wichtigsten Elementen, die deren Betriebscharakteristika, Zu- verlasslgkeit sowie Lebensdauer in entscheidendem MaBe bestimmen. Zur Herstellung elastischer Elemente gelangt eine bedeutende Anzahl von NE-Metallen, einschlieBlich der Edelmetalle, zum Einsatz, nach- dem diese unterschiedlichen Verfestigungsbehandlungen unterzogen worden sind (z. B. der Aushartung oder Dispersionshartung, der thermo- mechanischen und chemothermischen Behandlung). Unter diesen Werkstoffen nimmt die Gruppe der Kupferlegierungen dank der einzigartigen Vereinigung ihrer hohen Verfestigung, der elastischen Verformung, der hohen elektrischen und Warmeleitnihigkeit, einer hohen Bruchfestigkeit mit bedeutender Korrosionsbestandigkeit einen wichtigen Platz ein. Derartige Legierungen werden in Geraten, elektrischen Maschinen und automatischen Vorrichtungen z. B. als stromfUhrende elastische Elemente hoher Prazision und Zuverlassigkeit eingesetzt. Gegenwartig gelangen die verschiedensten Federlegierungen auf der Basis einer groBen Anzahl von NE-Metallen zum Einsatz. Unter ihnen haben die Nickellegierungen, deren Eigenschaften sich in Abhiingigkeit von der Zusammensetzung in weiten Grenzen andern k6nnen, groBe Bedeutung erlangt. In erster Linie kann hierbei auf die Legierungen des Systems Ni - Be, die sich gegeniiber anderen Legierungen durch ihre hohe mechanische Festigkeit und Warmebestandigkeit bei oftmals erh6hter elektrischer Leitfahigkeit auszeichnen, verwiesen werden. Neben diesen Legierungen sind gleichfalls von groBer technischer Be- deutung die hochkorrosionsbestandigen Federlegierungen auf der Basis des Systems Ni-Cr, denen in vielen Fallen Tantal, Niob, Titan und Aluminium zulegiert werden.

Der Industrieofenbau hat durch konsequente Anwendung der Grundlagen der Technischen Thermodynamik, der Stroemungsmechanik, der Warme- und Stoffubertragung, der Verbrennungslehre, aber auch der physikalisch-chemischen Gesetzmassigkeiten bei der Erwarmung, des Brennens und Schmelzens von Werkstoffen und der Erkenntnisse der Trocknungstechnik entscheidende Fortschritte erzielt. Dadurch sind wichtige Verbesserungen beim Einsatz der Warmetechnik in Produktionsprozessen moeglich geworden, die bei der Verarbeitung und/oder Veredelung von Werkstoffen geringeren Energieeinsatz, hoehere Qualitat der Erzeugnisse und geringeren Materialverbrauch zur Folge hatten. Das Werk verbindet diese Grundlagen zu einer Gesamtheorie des Industrieofens und bereitet sie auf fur die Probleme des Ofenbaues und der Praxis bei der Herstellung, Verarbeitung und Veredelung von Rohstoffen.

Es ist schon lange bekannt, daB Kurbelwellenbriiche der Verbrennungskraftmaschine in der Regel Dauerbriiche sind, sofern sie nicht als Folgen von Lagerschaden auftreten. Die Dauer- briiche werden durch Biege- und Torsionswechselbeanspruchungen hervorgerufen, die zu einer tiberschreitung der vom Material dauernd ertragbaren Beanspruchung fiihren. Deshalb sind die Ermittlung und die Begrenzung der dynamischen Beanspruchung des Motortriebwerks ein schwin- gungstechnisches Problem von permanenter Aktualitat, das bei jeder Entwicklung eines neuen Motors immer wieder gelOst werden muB. Mit der Losung dieses Problems beschaftigen sich Ingenieure schon seit mehr als 60 Jahren, und neue Impulse, sich mit der Dynamik des Motor- triebwerks zu beschaftigen, lOsen in letzter Zeit die gesetzlichen Forderungen nach dem um- weltfreundlichen und gerauscharmen Motor aus. Sowohl die Festigkeitsprobleme als auch das Problem, die Korper- und Luftschallemission des Motors zu reduzieren, sind ohne Grundkennt- nisse der Schwingungslehre nicht lOsbar. Der vorliegende Band 3 in der Neuen Folge der von H. LIST und A. PISCHINGER herausgegebe- nen Buchreihe "Die Verbrennungskraftmaschine" befaBt sich mit den Grundlagen der mechani- schen Schwingungen, deren Kenntnisse erforderlich sind, urn das Entstehen und die Wirkungs- weise der Triebwerksschwingungen verstehen zu konnen. Die Torsionsschwingungen der Kurbel- welle, das bedeutendste Schwingungsproblem des Motortriebwerks, werden im Band 4 dieser Buchreihe behandelt. Ein GroBteil der dort verwendeten Bewegungsgleichungen, Algorithmen und FORTRAN-Programme wird bereits in diesem Band entwickelt. Trotz dieser speziellen Thematik kann der Band 3 auch als Einfiihrung in die Schwingungsprobleme des Maschinenbaus verwendet werden.

Dieser Band in der Schriftenreihe LIST/PISCHINGER 'Die Verbrennungskraftmaschine' beschaftigt sich mit den Kraften und Momenten des Hubkolben-Verbrennungsmotors, deren Auswirkungen und den AbwehrmaBnahmen. In Verbindung mit einem weiteren Band 'Triebwerksschwingungen' sollen die von SCHROEN in seinem 1942 erschienenen Buch 'Die Dynamik der Verbrennungskraftma- schine' behandelten Themen hier nach neueren Gesichtspunkten dargestellt werden. Der bei SCHROEN nur kurz untersuchte allgemeine Teil uber die Hauptabmessungen und Kennwerte ist bereits in Band 1 'Gestaltung und Hauptabmessungen der Verbren- nungskraftmaschine' ausfuhrlich dargestellt worden und bot manche Moglichkeit zu Betrachtungen uber die engere ingenieurmaBige Tatigkeit sowie deren Ausblicke in unserer Gesellschaft. Der hier vorliegende Band befaBt sich hingegen mit den mehr theoretischen Zusam- menhangen der Kraftwirkungen innerhalb und auBerhalb einer Verbrennungskraftma- schine. Dies mag in den abstrakten Ableitungen der Vorgange manchem etwas nuchtern erscheinen, bietet jedoch fUr den Leser den Vorteil eines roten Fadens, der sich durch aIle Kapitel dieses Bandes zieht und eine Leitschnur fUr den um mehr Er- kenntnis Ringenden darstellt. Neben den Kraften innerhalb des Motors und seinen Kraftwirkungen auf die Umgebung, die im Rahmen der weltweiten BemUhungen um ver- besserten Umweltschutz immer groBere Beachtung finden, gibt es natUrlich auch Zu- satzbeanspruchungen, die sich aus dem Einbau der Verbrennungskraftmaschine in einer Anlage ergeben. tiber die Anforderungen, die seitens der Anlage (des Verbrau- chers) an den Motor gestellt werden, und tiber Losungswege zu besseren Motorenan- lagen solI in einem gesonderten Band 'Schwingungen in Anlagen mit Verbrennungskraft- maschinen' berichtet werden. Der Band entstand in enger Zusammenarbeit mit Herrn Ing. grad.

Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen meiner Tatigkeit als Doktorand am Institut fur Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen der Uni- versitat Stuttgart (ISW) unter der wissenschaftlichen Leitung von Prof. DrAng. A. Storr in Zusammenarbeit mit der Verfahrensentwicklung der Mercedes-Benz AG. Ihm danke ich fur die gute Betreuung, die vielen, hilfreichen Anregungen und die wertvollen fachli- chen Diskussionen. Bei Herrn Prof. DrAng. Dr. h. c. U. Heise! moechte ich mich rur sein entgegengebrachtes Interesse an dieser Arbeit und die UEbernahme des Mitberichts bedanken. Herrn Dipl.-Ing. R. Kluth und Herrn Dipl.-Ing. D. Schutzenauer moechte ich rur die freundliche Aufnahme in der Abteilung Mess, - Pruf- und Automatisierungstechnik der Verfahrensentwicklung der Mercedes-Benz AG danken. Besonders bedanken moechte ich mich bei Herrn DrAng. C. Siegel, Projektleiter des Pro- jekts "Neue Produktionssysteme", der die Anregung zu dieser Arbeit gab mit seinem Rat und seiner Erfahrung in vielen konstruktiven Gesprachen den erfolgreichen Abschluss dieser Arbeit erst moeglich machte. Auch den Herren Dipl.-Ing. U. Spahn, Dipl.-Ing. P. StadtIer, Dipl.-Ing. E. Dobler, Dipl.- lng. M. Schoenenberg, Dipl.-Ing. D. Ruoffund Dipl.-Ing. T. Brandl gilt mein besonde- rer Dank fur die sehr gute und fruchtbare Zusammenarbeit sowie die zahlreichen fachli- chen Diskussionen. Alle anderen nicht namentlich genannten Mitarbeitern des ISW sowie der Verfahrens- entwicklung der Mercedes-Benz AG danke ich fur ihr stets kollegiales Verhalten und ih- re Aufgeschlossenheit.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen der Universitat Stuttgart. Herrn Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. G. Pritschow danke ich sehr herzlich fur seine wohlwollende Unterstutzung bei der Durchfuhrung meiner Arbeiten sowie fur die UEbernahme des Hauptberichts. Herrn Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c E. Westkamper danke ich sehr herzlich fur die Bereitschaft zur UEbernahme des Mitberichts. Herrn Dr.-Ing. F. KrauB gilt mein besonderer Dank fur die grundliche Durchsicht des Manuskripts und seine wertvollen Anregungen. Die kollegiale Zusammenarbeit am Institut und den regen fachlichen Austausch habe ich sehr geschatzt. Dies gilt insbesonders fur meine "alten" Kollegen aus der Gruppe von K.-H. Wurst: Arrnin Horn, Bemd Renz, Roland Wagner, Wemer Schmid und Hans Gronbach sowie fur meine, jungen" Kollegen aus der Sensorgruppe: Peter Demei, Stephen McCorrnac und Karsten Haug. Zu Dank verpflichtet bin ich auch den vielen Studienarbeitern und Hiwis, allen voran Konstantin Baxivanelis, Tang Long Tran und Martin Schreck. Mein Dank geht nicht zuletzt auch an meine Ehefrau Birgit fur ihre Begleitung und moralische Unterstutzung.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mit- arbeiter am Institut fur Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungs- einrichtungen (ISW) der Universitat Stuttgart. Herrn Professor Dr.-Ing. Dres. h.c. G. Pritschow, dem Leiter des Instituts, gebuhrt mein besonderer Dank fur die Schaffung der Voraussetzungen, die fur das Gelingen dieser Arbeit wesentlich waren, fur seine wohlwollende Foerderung und fur die UEbernahme des Hauptberichts. Fur die Erstellung des Mitberichts danke ich Herrn Professor DrAng. Dr. h.c. W. Schieh- len sehr herzlich. Das offene und kollegiale Umfeld am Institut und die sich daraus ergebenden Diskussion- en haben wesentlich zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen. Daruber hinaus gilt mein ganz besonderer Dank den Herren Christian Fahrbach, Uwe Kosiedowski, Gerhard Ham- mann und Franz Krauss. An dieser Stelle moechte ich mich auch bei den Damen und Herren des technischen Buros, der Sekretariate, der Bibliothek sowie der elektrischen und mechanischen Werkstatt fur die stets gute Zusammenarbeit bedanken.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mit- arbeiter am Institiut fur Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungs- einrichtungen (ISW) der Universitat Stuttgart. Dem Direktor des Instituts, Herrn Professor Dr.-Ing. Dr. h.c. G. Pritschow gilt mein besonderer Dank fur seine Unterstutzung und Foerderung der zu Grunde liegenden Forschungsarbeiten sowie fur die UEbernahme des Hauptberichts. Fur die Erstellung des Mitberichts danke ich sehr herzlich Herrn Professor Dr.-Ing. habil. H. Hugel. Herrn Dr.-Ing. K.-H. Wurst danke ich in besonderem Masse fur die sorgfliltige Durch- sicht der Arbeit und seine wertvollen Vorschlaile. Das kollegiale Umfeld am Institut und die Vielzahl von Diskussionen mit meinen Kolleginnen, Kollegen und Studenten haben wesentlich zum Gelingen dieser Arbeit bei- getragen. Hierfur moechte ich mich bei allen, insbesondere den Kollegen aus der Abtei- lung 4, sehr herzlich bedanken. Ich machte mich an dieser Stelle auch bei den Mitarbeitern der mechanischen und der elektrischen Werstatt fur die gute Zusammenarbeit bedanken. Dieser Dank gilt ebenso den Damen im Sekretariat, in der Bibliothek und im technischen Buro. Mein ganz besonderer Dank gebuhrt meiner Frau Birgit, die mir wahrend der Entstehung dieser Arbeit den notwendigen Ruckhalt gegeben hat.

Die im vorliegenden Band dargestellten Forschungsergebnisse entstanden in wesent- lichen Teilen wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fUr Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen der Universitat Stuttgart. Herrn Prof. Dr.-Ing. Alfred Storr danke ich fUr die Ubernahme des Hauptberichtes und fUr seine konsequenten, stets auf strukturelle Klarheit bedachten Korrekturen. Bei Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr. h.c. Hans-Jorg Bullinger bedanke ich mich fUr die Ubernahme des Mitberichtes und fUr einige unkonventionelle PrUfungsfragen. Mein Dank gilt auch meinen ehemaligen Institutskollegen. Vor allen anderen mOchte ich Herrn Dipl.-Ing. Thomas Jost nennen, der auch nach meinem Ausscheiden aus dem Institut die Realisierungsarbeiten mitbetreute und deshalb wesentlich dazu beitrug, daB ich die Arbeit erfolgreich abschlieBen konnte. Herrn Dipl.-Ing. Martin Schluck danke ich fUr einige sehr fruchtbare Diskussionen innerhalb wie auBerhalb des Instituts und fUr seine Bereitschaft, die Testumgebung als Pilotanwender einzusetzen. Herrn Dipl.-Ing. Manfred Gartner verdanke ich tiefe Einblicke in osterreichische Kommunikationstheorie und -praxis und die Herren Dres.-Ing. Gerhard Heger und Klaus Brantner haben die Gelegenheit, meine Arbeit in frUhen Stadien zu lesen und hilfreich zu kommentieren, geduldig ertragen. Die Arbeit ware graue Theorie geblieben ohne die simulative FernunterstUtzung aus Dortmund und Magdeburg von Herrn Dipl.-Inform. Michael RUger. Ais geistiger Vater der Simulationsentwicklungsumgebung CREATE! hatte er mit bewundernswerter Geduld immer ein offenes Ohr fUr die ganz speziellen Anforderungen einer Testumgebung und fUr manch eine "unhandled exception".

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.

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."

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 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.

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 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.

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 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 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 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 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.

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.

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 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."