10. Kolloquium Getriebetechnik: Technische Universität Ilmenau, 11. - 13. September 2013

In diesem Band sind die Beiträge des 10. Kolloquiums Getriebetechnik 2013 in Ilmenau zusammengestellt. Getriebe für Web- und Flechtmaschinen, für Schränke und Sessel, ein Schlagmechanismus für eine bevorstehende Marsmission, Robotersysteme für Mensch-Maschine-Schnittstellen, ein Mechanismus in einem Großteleskop oder Präzisionsmessgerät, ein einfacher Federbügel sowie nachgiebige Aktuatoren und Mechanismen – das sind nur einige von den hoch interessanten Systemen, die in diesem Band vorzufinden sind.This conference volume contains the contributions of the 10th "Kolloquium Getriebetechnik" 2013 in Ilmenau. Mechanisms for weaving and braiding machines, for boards and chairs, a hammering mechanism for an upcoming mission to Mars, robotic systems for human-machine interfaces, a mechanism in a large telescope or precision instrument, a simple spring clip and compliant actuators and mechanisms – these are just a few of the interesting systems that can be found in this volume

Entwicklungsumgebung für den rechnerunterstützten Entwurf von Mikrokomponenten

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Konstruktionsumgebung für den rechnerunterstützten Entwurf mikromechanischer Komponenten auf der Grundlage des naßchemischen, anisotropen Tiefenätzens von monokristallinem Silizium entwickelt. Die Inhalte spannen einen Bogen vom Stand der Konstruktionsmethodik mikrotechnischer Systeme über die Konzeption und Implementierung einer neuen Entwurfssystematik bis hin zu deren Einsatz im Entwurf einer komplexen mikromechanischen Funktionsstruktur. Das Konzept der Umgebung trägt der Tatsache Rechnung, daß bislang kaum standardisierte mikrotechnische Bauteile am Markt verfügbar sind und sich daher primär die Aufgabe einer Neukonstruktion und Charakterisierung seiner Funktionskomponenten stellt. Die Komplexität und Heterogenität mikrotechnischer Bauelemente verhinderte bislang die einheitliche und überschaubare Integration einer rechnerunterstützten Entwicklung mikrotechnischer Komponenten und Systeme. Dem Funktionskonzept des mikrotechnischen Bauteils steht zudem vielfach ein restriktiver Einfluß der Fertigungstechnologie auf den Gestaltungsraum gegenüber. Die derzeit praktizierte, analytische Entwurfsmethodik, ausgehend vom Layout einer zweidimensionalen Maske auf die dreidimensionale (3D) Mikrostruktur zu schließen, ist daher schwierig und fehlerträchtig. Im Fall des anisotropen Ätzens gilt dieses insbesondere für komplexe Strukturen, deren Form nicht direkt aus dem Si-Kristall abgeleitet werden kann. In der Entwurfspraxis führt dies häufig zu einer Einengung des theoretisch nutzbaren Gestaltungsraums. Vor diesem Hintergrund realisiert die Konstruktionsumgebung folgende Zielsetzungen: - anwendergerechte Abbildung und Steuerung des Entwurfsablaufs anisotrop geätzter Mikrostrukturen und Dekomposition der Entwurfsaufgabe im Rahmen eines einheitlichen Integrationskonzepts der vorhandenen Entwurfswerkzeuge sowie Unterstützung einer kooperativen Aufgabenbearbeitung der Entwurfsaufgabe auf der Basis eines Workflow-Managementsystems. Das workflowbasierte Organisationskonzept der Umgebung unterstützt die einheitliche Integration weiterer domänenspezifischer Konstruktionsabläufe. - Verbesserung der Gestaltungsmethodik mikromechanischer Funktionskomponenten und Erweiterung des technologischen Anwendungsspektrums der anisotropen Ätztechnik durch die teilweise Umkehrung des klassischen Entwurfs-Grundformalismus. Grundlage ist die Entwicklung eines neuenWerkzeugs zur automatisierten Synthese lithographischer Maskenlayouts aus der 3DKomponentenbeschreibung (Layoutsynthese) auf der Basis genetischer Algorithmen. Die Layoutsynthese nutzt hierzu einen in die Konstruktionsumgebung integrierten Ätzsimulator. Das Programmsystem ist langfristig auf die Angliederung weiterer, lithographieorientierter Prozeßsimulationen ausgelegt. - Implementierung eines durchgängigen Informationsflusses im Entwurfsprozeß, ausgehend von der funktionalen Konzeption bis hin zur strukturellen Verifikation des Bauteils. Die Realisierung erfolgt im wesentlichen durch die Entwicklung einer Transformation der Ätzsimulationsergebnisse in ein Geometriemodell der Finite-Elemente-Methode auf der Grundlage rekursiver Octree- Datenstrukturen. Der Ansatz schließt die Lücke in der von der Entwurfssystematik unterstützten Wechselbeziehung einer zugleich technologie- und strukturorientierten Gestaltentwicklung mikromechanischer Funktionselemente. Zur Demonstration der Effektivität der Konstruktionsumgebung wird anhand des Entwurfs eines aus Sicht der Prozeßtechnik komplexen mikromechanischen Funktionsstruktur der Nutzen der Entwurfsmethodik und seiner Implementierung im Rahmen der vorliegenden Konstruktionsumgebung nachgewiesen. Die simulatorischen und technologischen Ergebnisse des Beispiels verdeutlichen insbesondere die erweiterten Gestaltungsmöglichkeiten anisotrop geätzter Mikrostrukturen

Modellierung und Simulation von Rotationsverdrängermaschinen

Die vorliegende Arbeit beschreibt eine Modellierungsmethode für Rotationsverdränger-maschinen, die auf der Grundlage von Kammermodellen die thermodynamische Simu-lation dieser Maschinen erlaubt. Am Beispiel eines trockenlaufenden Schraubenladers ohne Synchronisationsgetriebe wird die Abbildungsgüte des Simulationssystems und der damit entwickelten Modelle analysiert. Der Einfluss der Betriebsparameter und der Spaltgeometrien auf das Verhalten des Schraubenladermodells wird durch Sensitivitäts-analysen bestimmt und in einer Einflussmatrix zusammengefasst. Mit Hilfe verglei-chender Kennfeldmessungen am exemplarischen Versuchslader gelingt die Validierung des Simulationssystems und des damit entwickelten Schraubenladermodells. Eine Variation der maschineninternen Spaltgeometrien im Experiment und in der Simulation ermöglicht, sowohl den Einfluss der Spaltströmungen auf das Betriebsverhalten des Schraubenladers zu bestimmen als auch die Abbildungsgüte des Simulationssystems zu analysieren und zu beurteilen. Die am Beispiel des Schraubenladers dargestellte hohe Abbildungsgüte des Simulationssystems begründet nicht nur seinen Einsatz bei der Auslegung dieses Maschinentyps sondern lässt sich aufgrund des allgemeinen Ansatzes auf alle trockenlaufenden Rotationsverdränger erweitern.The paper presents a method for the modelling of rotary displacement machines, that allows the thermodynamic simulation of these machines by means of a chamber model. The modelling method and the analysis of the simulation accuracy is demonstrated on an exemplary dry-running screw-type supercharger without timing gear. The influence of the operating conditions and of the internal clearance heights on the performance of the supercharger model is outlined by an influence matrix that subsumes the results of a sensitivity analysis of the model. A variation of the internal clearance heights in the experiment and the simulation shows the influence of the clearance flows on the operating behaviour of the screw-type supercharger. Furthermore the comparison of the experimental results with the simulation data shows a high modelling accuracy regarding the clearance heights. This gives reason to use the simulation system in the design of screw compressors and, because of the general approach used for modelling, also with other dry-running rotary displacement machines