Die beschränkte industrielle Anwendung der Ultraschalltechnik als Prozessunterstützung in der Medizin-, in der Fügetechnik oder in spanenden Fertigungsverfahren liegt an der unzureichenden Auslegung der Ultraschallsysteme. In dieser Arbeit wurde eine effiziente Methode zur Auslegung von komplexen Schwingern zur spanenden, ultraschallunterstützten Bearbeitung entwickelt und an Systemen für das Ultraschallsuperfinishing mit Längsschwingern und das Ultraschalldrehen mit Biegeschwingern validiert.

Der richtige Umgang mit Komplexität gehört als strategischer Hebel für profitables Wachstum zu den Kern- Aufgaben des Managements produzierender Unternehmen. Mit der im Rahmen dieser Arbeit vorgestellten Methode, wird dem Anwender eine praxisnahe und auf einer breiten empirischen Grundlage hergeleitete Systematik zur Quantifizierung der Komplexität von Produktprogrammen, Produktarchitekturen und Wertschöpfung in produzierenden Unternehmen zur Verfügung gestellt.

Im Rahmen dieser Arbeit werden aus den messtechnischen Untersuchungen eines Bearbeitungszentrums steuerungsinterne Methoden zur indirekten Korrektur spindellast- und umgebungstemperaturbedingter thermoelastischer Einflüsse auf die Bearbeitungsgenauigkeit einer Fräsmaschine abgeleitet und analysiert. Es wird zwischen dem thermoelastischen Einfluss durch die Spindellast und dem Einfluss durch die Umgebungstemperatur unterschieden.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der NC-Programmierung und der Frage wie der klas-sische Ansatz zur CAM-NC-Programmierung verbessert werden kann, um die Zeit bis zum fertig eingefahrenen NC-Programm zu reduzieren und die Planungsqualität zu erhöhen. Sie gliedert sich damit thematisch in die Forschungsarbeiten des Teilprojekts „Virtuelle Fertigungssysteme“ ein, die im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Exzel-lenzclusters „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ seit 2006 interdisziplinär an der RWTH Aachen durchgeführt werden. Der klassische Ansatz zur NC-Programmierung ist durch einen Informationsverlust zwischen CAM-System und NC-Steuerung geprägt, der in der Verwendung der G-Code-Programmierschnittstelle (DIN 66025 bzw. ISO 6983) und dem Postprozessor-Ansatz begründet liegt. Dieser Informationsverlust schränkt die Möglichkeiten zur softwaretechnischen Unterstützung der bei NC-Programmierung und Einfahren beteiligten Personen ein und behindert Produktivität, Effizienz und Flexibilität der NC-Fertigung. Zur Beantwortung der Forschungsfrage geht die Arbeit von der Hypothese aus, dass eine engere informationstechnische Kopplung von CAM-System und NC-Steuerung („CAM-NC-Kopplung“) die heutigen Defizite kompensieren kann, die mit dem Informationsverlust durch den Postprozessor einhergehen, und somit einen durchgängigen, bidirektionalen Informationsfluss zwischen Planung und Fertigung ermöglicht. Auf dieser Basis können alle am CAM-NC-Prozess beteiligten Personen besser unterstützt werden, was wiederum eine Beschleunigung der NC-Programmerstellung und -optimierung sowie eine Verbesserung der Planungsqualität ermöglicht. Konkret wird in der Arbeit auf Basis der Hypothese ein Konzept entwickelt, mit dem der NC-Programmierer in die Lage versetzt wird, innerhalb des CAM-Systems eine Prozessplanung sowie eine Prozessoptimierung auf Basis von Daten und Informationen bereits stattgefundener Prozesse durchzuführen. Wesentliche Komponenten des Konzepts sind eine Softwarelösung zur automatisierten Erfassung von NC-Prozessdaten und relevanter Kontextinformationen von der NC-Steuerung, eine Datenbank zur strukturierten Ablage aller Informationen und eine CAM-Erweiterung zur dreidimensionalen Visualisierung und Auswertung aller Prozessdaten und zugehöriger Kontextinformationen im CAM-System. Das entwickelte Konzept wurde als Softwareprototyp umgesetzt und mit realen Anwendungsbeispielen validiert.

Spanende Bearbeitungsverfahren für metallische Werkstoffe gehören zu den Schlüsseltechnologien bei der Fertigung von Flugzeugen und Luftfahrttriebwerken. Die Fräsbearbeitung komplex geformter Komponenten aus Titanlegierungen ist häufig ein mehrstufiger Prozess. Als Schruppprozess wird der Arbeitsschritt bezeichnet, der den Grossteil des Materialvolumens in möglichst kurzer Zeit und mit möglichst geringem Werkzeugeinsatz abtragen soll. Durch den Schlichtprozess wird die Endkontur erzeugt. Sollte die Aufmasssituation nach dem Schruppen ein Erreichen der Endkontur verhindern, werden zusätzliche Prozessschritte eingefügt, die als Vorschlichten bezeichnet werden. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung einer Bearbeitungsstrategie zur Schruppbearbeitung komplex geformter Geometrieelemente mit grossen Aspektverhältnissen – z.B. Kavitäten mit komplex geformten Seitenflächen. Insbesondere die aufgrund der hohen Aspektverhältnisse lang auskragenden Werkzeug verursachen bei der Bearbeitung von Titanlegierungen lange Prozesszeiten. Titanlegierungen weisen auch bei hohen Temperaturen noch vergleichsweise hohe Festigkeiten auf. Dies verhindert den Einsatz von Schruppstrategien mit grossen Spanungsquerschnitten, wie sie bei der High Performance Bearbeitung (HPC) zum Einsatz kommen. Die resultierende hohe mechanische Belastung des Werkzeug in Verbindung mit grossen Aspektverhältnissen würde zum Brechen des Werkzeugs führen. Andererseits verhindert die hohe thermische Stabilität von Titanlegierungen einer Erhöhung des Zeitspanvolumens durch Anheben der Bearbeitungsgeschwindigkeit, da dies die Temperaturen in der Kontaktzone und den resultierenden Werkzeugverschleiss weiter beschleunigen würde. Die thermische und die mechanische Belastung des Werkzeugs sind daher die Faktoren, welche eine Steigerung der Prozesseffizienz verhindern. Bei der zirkularen Fräsbearbeitung können die hierfür relevanten Kontaktbedingungen wesentlich gesenkt werden. Das Fräsewerkzeug wird anders als bei der konventionellen Schruppbearbeitung nicht linear durch das Werkstück geführt. Es wird hingegen durch zueinander versetzte Kreise eine Nutgeometrie erzeugt, die durch Variation der Kreisdurchmesser eine variable Breite annehmen kann. Zudem ist es möglich, durch ein Neigen der Werkzeugachse komplexe Nuthöhenprofile bereits während der Schruppbearbeitung anzunähern und die Vorschlichtbearbeitung zu eliminieren. Der aus der Kreisbewegung resultierende Spanungsquerschnitt sowie die Kontaktlänge zwischen Werkzeug und Werkstück werden dabei erheblich verringert, was zu einer reduzierten thermo-mechanischen Belastung des Werkzeugs führt. Zur Planung solcher zirkularen Fräsprozesse existieren bislang keine systematischen Ansätze, deren Entwicklung daher Ziel der vorliegenden Arbeit ist.

Das 7. Internationale Fluidtechnische Kolloquium (7. IFK) bietet als eine der weltweit größten Fachtagungen der Fluidtechnik Anwendern, Herstellern und Wissenschaftlern ein ideales Forum für den internationalen Austausch auf dem Gebiet der hydraulischen und pneumatischen Antriebs-, Steuerungs- und Regelungstechnik. Das Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen (IFAS) der RWTH Aachen und das Institut für Fluidtechnik der TU Dresden (IFD) veranstalten diese Tagung abwechselnd im zweijährigen Turnus. In 170 Vorträgen auf dem Workshop und der Konferenz sowie über 45 Beiträgen auf der wissenschaftlichen Poster Session wurden Neuheiten aus der Industrie und dem akademischen Bereich aus 29 Ländern präsentiert. Die Fluidtechnik als Motor der Antriebs- und Automatisierungstechnik in mobilen Maschinen und industriellen Anwendungen sieht sich stets in einer steigenden ökonomischen wie ökologischen Verantwortung. Gerade unter wirtschaftlich schwierigen Rahmenbedingungen und dem Druck einer zunehmenden Rohstoffverknappung stellen Themen wie Energieeffizienz und rückgewinnung eine besondere Herausforderung an die Branche dar. Daher lautete das Motto des 7. IFK: „Efficiency through Fluid Power“ Die Themen der Tagung lauten Mobile Hydraulics, Automotive, Pneumatics, New Applications, Simulation, Fundamentals, Tribology and Fluids, Automation and Control, Valves sowie New Measuring Methods.

Unternehmen müssen sich neben den Kosten immer mehr dem ökologischen und sozialen Wettbewerb stellen, um erfolgreich ihre Produkte auf dem globalen Markt platzieren zu können. Zur nachhaltigen Auslegung, dem Eco-Design, von neuen Produkten existierten bisher nur unzureichende Hilfsmittel, um quantitative Entscheidungen zwischen Produktalternativen treffen zu können. Während für die Nutzungs- und Recyclingphase von Produkten oft nur hypothetische Annahmen zum Verhalten der Verbraucher und damit der Umweltwirkung eines Produktes möglich sind, besitzt es einen sehr gut reproduzierbaren Energie- und Stoffverbrauch in der Produktionsphase. Trotzdem ist dieser in den meisten Unternehmen nicht bekannt.

Bei der Fertigung von Werkstücken sind Abweichungen von der Soll- Gestalt und ungewollte Einflüsse des Produktionsprozesses auf die Oberfläche unvermeidlich. Wesentlich für das Ergebnis ist jedoch, dass das gefertigte Werkstück seine vorgesehene Funktion erfüllt. Im Projekt FunkProMikro wurden Methoden und Strategien zur Beschreibung funktionsorientiert zulässiger Gestaltabweichungen, für die Fertigungsprozesslenkung und die Vorausbestimmung zu erwartender funktionaler Qualität von Werkstücken entwickelt, untersucht und angewandt. Im Fokus der Betrachtung standen dabei Mikrostrukturen und mikrostrukturierte Bauteile. Für drei Demonstratorbauteile (Einspritzdüse, Rasterwalz, Kurbelwelle) wurde exemplarisch eine Wissensbasis über die kausalen Zusammenhänge zwischen Werkstückgestalt und Funktionserfüllung aufgebaut. Anhand von Teststrukturen, realen Bauteilen und Simulationen wurde das Bauteilverhalten untersucht und modelliert. Basierend auf diesen Untersuchungen konnte im Projekt der Nutzen einer funktionsorientierten Bauteilbetrachtung deutlich gemacht werden.

In der vorliegenden Arbeit wurde ein ganzheitliches Modell der doppelspindligen Fräsbearbeitung entwickelt, welches eine Abbildung der Wechselwirkungen zwischen Maschine und Zerspanprozess ermöglicht. Das Modell besteht aus einem Modul zur Messung und Berechnung des dynamischen Maschinenverhaltens sowie einem numerischen zeitdiskreten Simulationsmodell zur rechnergestützten Untersuchung des Stabilitätsverhaltens von Doppelspindlern im Betrieb.

Das Geräusch von Zahnradgetrieben ist als Qualitätsmerkmal ausschlaggebend für die empfundene Produktqualität. Eine generelle Geräuschvermeidung ist jedoch häu-fig unwirtschaftlich oder unvertretbar aufwendig. Vielmehr ist eine Optimierung der An-regung erforderlich, um zu vermeiden, dass das Getriebe als störend wahrgenommen wird. Diese Arbeit leistet einen Beitrag zum Verständnis der Geräuschentstehung und bietet unter Einbeziehung der Auslegung einen neuen Ansatz zur Vorhersage der Wahrnehmung.