Seit den achtziger Jahren forschen Wissenschaftler an adaptiven Strukturen für Materialien, für multifunktionale Elemente oder sogar für vollständige Systeme. Dabei ist die Adaptronik (englisch: smart materials, smart structures, smart systems) ein Fachgebiet von ausgeprägter Interdisziplinarität. Das Buch bietet daher eine interdisziplinäre Betrachtung von adaptronischen Systemen, Werkstoffen und Funktionselementen und ihren Anwendungen. Der Lehrstoff integriert verschiedene ingenieurwissenschaftliche Disziplinen, von Elektro- und Informationstechnik über Fertigungs- und Regelungstechnik bis zu Werkstofftechnik und Strukturmechanik – um nur einige der relevanten Fachgebiete zu nennen. Ausgehend von den grundlegenden Prinzipien und Varianten adaptronischer Systeme und Funktionswerkstoffe werden in dem Lehrbuch die unterschiedlichen Bauweisen von Funktionselementen erläutert. Darauf aufbauend lernen Leser, wie diese Kenntnisse auf die aktive Formkontrolle, die aktive Vibrationskontrolle und die aktive Vibroakustik anzuwenden sind. Für jedes dieser Themenfelder stellt der Autor aktuelle Beispiele aus der Forschung vor, diskutiert Forschungsergebnisse und zukünftige Forschungsfragen. Jedes der neun Kapitel schließt mit Hinweisen auf weiterführende Literatur. Ein Verzeichnis der verwendeten mathematischen Symbole und ein Stichwortverzeichnis erleichtern Lesern das Lernen.Das Buch wendet sich an Masterstudierende in ingenieurwissenschaftlichen Studiengängen wie Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik, Mechatronik, Kraftfahrzeugtechnik sowie verwandte Studiengänge. Praktikern in der Industrie, die sich in das Gebiet der Adaptronik einarbeiten wollen, bietet das Buch einen umfassenden Überblick und es dient zugleich ein zuverlässiges Nachschlagewerk.
Aktualisiert: 2023-05-11
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Additive mechatronische Systeme (AMS) sind geeignet, die Funktionalität von Werkzeugmaschinen (WZM) zu verbessern. Die Vielfalt und Redundanz der entwickelten Lösungen erschwert jedoch die optimale Berücksichtigung von AMS im frühzeitigen Entwicklungsprozess von WZM. In der vorliegenden Arbeit wird eine Vorgehensweise aufgezeigt, den möglichen Lösungsraum schon frühzeitig einzugrenzen und damit zielführende Lösungen effektiv zu kanalisieren. Hierfür werden im ersten Schritt Funktionalitätsgrenzen von WZM bewertet. Danach erfolgt die Definition von AMSFunktionsprinzipien und eines geeigneten Beschreibungsansatzes, um daraus allgemeine Eingriffsstrategien für AMS in WZM abzuleiten und vergleichend zu bewerten.
Abschließend werden die Auswirkungen der vorgeschlagenen Vorgehensweise auf den Entwicklungsprozess von WZM diskutiert. Anhand dreier Anwendungsbeispiele werden die erarbeiteten Vorgehensweise und Werkzeuge validiert und Grenzen aufgezeigt.
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Additive mechatronic systems (AMS) are suitable for improving the functionality of machine tools. However, the variety and redundancy of the solutions developed make it difficult to optimally take AMS into account in the early development process of machine tools. In the present work a procedure is shown to limit the possible solution space and thus to identify effective solutions at an early stage. For this purpose, the functional limits of machine tools are assessed in the first step. This is followed by the definition of AMS functional principles and a suitable description approach in order to derive general intervention strategies for AMS in machine tools and to evaluate them comparatively. Finally, the effects of the proposed procedure on the development process of machine tools are discussed. Using three application examples, the developed procedures and tools are validated and limits are shown.
Aktualisiert: 2022-11-01
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Dieses Fachbuch beschreibt mit aussagekräftigen Abbildungen kurz und prägnant die Grundlagen und aktuellen Anwendungen der Mechatronik. Erstmalig wird durchgängig eine "ganzheitlich-systemtechnische" Behandlung mechatronischer Systeme vorgenommen. Ein Schwerpunkt liegt in der Darstellung von aktuellen Alltags- und Praxisanwendungen von mechatronischen Systemen wie z. B. Fotokamera, CD-Player, Schweißroboter. Auf Grund seines didaktischen Konzepts eignet es sich auch sehr gut für das Selbststudium.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Seit den achtziger Jahren forschen Wissenschaftler an adaptiven Strukturen für Materialien, für multifunktionale Elemente oder sogar für vollständige Systeme. Dabei ist die Adaptronik (englisch: smart materials, smart structures, smart systems) ein Fachgebiet von ausgeprägter Interdisziplinarität. Das Buch bietet daher eine interdisziplinäre Betrachtung von adaptronischen Systemen, Werkstoffen und Funktionselementen und ihren Anwendungen. Der Lehrstoff integriert verschiedene ingenieurwissenschaftliche Disziplinen, von Elektro- und Informationstechnik über Fertigungs- und Regelungstechnik bis zu Werkstofftechnik und Strukturmechanik – um nur einige der relevanten Fachgebiete zu nennen. Ausgehend von den grundlegenden Prinzipien und Varianten adaptronischer Systeme und Funktionswerkstoffe werden in dem Lehrbuch die unterschiedlichen Bauweisen von Funktionselementen erläutert. Darauf aufbauend lernen Leser, wie diese Kenntnisse auf die aktive Formkontrolle, die aktive Vibrationskontrolle und die aktive Vibroakustik anzuwenden sind. Für jedes dieser Themenfelder stellt der Autor aktuelle Beispiele aus der Forschung vor, diskutiert Forschungsergebnisse und zukünftige Forschungsfragen. Jedes der neun Kapitel schließt mit Hinweisen auf weiterführende Literatur. Ein Verzeichnis der verwendeten mathematischen Symbole und ein Stichwortverzeichnis erleichtern Lesern das Lernen.Das Buch wendet sich an Masterstudierende in ingenieurwissenschaftlichen Studiengängen wie Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik, Mechatronik, Kraftfahrzeugtechnik sowie verwandte Studiengänge. Praktikern in der Industrie, die sich in das Gebiet der Adaptronik einarbeiten wollen, bietet das Buch einen umfassenden Überblick und es dient zugleich ein zuverlässiges Nachschlagewerk.
Aktualisiert: 2023-04-15
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Seit den achtziger Jahren forschen Wissenschaftler an adaptiven Strukturen für Materialien, für multifunktionale Elemente oder sogar für vollständige Systeme. Dabei ist die Adaptronik (englisch: smart materials, smart structures, smart systems) ein Fachgebiet von ausgeprägter Interdisziplinarität. Das Buch bietet daher eine interdisziplinäre Betrachtung von adaptronischen Systemen, Werkstoffen und Funktionselementen und ihren Anwendungen. Der Lehrstoff integriert verschiedene ingenieurwissenschaftliche Disziplinen, von Elektro- und Informationstechnik über Fertigungs- und Regelungstechnik bis zu Werkstofftechnik und Strukturmechanik – um nur einige der relevanten Fachgebiete zu nennen. Ausgehend von den grundlegenden Prinzipien und Varianten adaptronischer Systeme und Funktionswerkstoffe werden in dem Lehrbuch die unterschiedlichen Bauweisen von Funktionselementen erläutert. Darauf aufbauend lernen Leser, wie diese Kenntnisse auf die aktive Formkontrolle, die aktive Vibrationskontrolle und die aktive Vibroakustik anzuwenden sind. Für jedes dieser Themenfelder stellt der Autor aktuelle Beispiele aus der Forschung vor, diskutiert Forschungsergebnisse und zukünftige Forschungsfragen. Jedes der neun Kapitel schließt mit Hinweisen auf weiterführende Literatur. Ein Verzeichnis der verwendeten mathematischen Symbole und ein Stichwortverzeichnis erleichtern Lesern das Lernen.Das Buch wendet sich an Masterstudierende in ingenieurwissenschaftlichen Studiengängen wie Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik, Mechatronik, Kraftfahrzeugtechnik sowie verwandte Studiengänge. Praktikern in der Industrie, die sich in das Gebiet der Adaptronik einarbeiten wollen, bietet das Buch einen umfassenden Überblick und es dient zugleich ein zuverlässiges Nachschlagewerk.
Aktualisiert: 2023-04-03
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Ziel dieser Arbeit ist die Auslegung, Konstruktion und Erforschung einer adaptronischen
Einheit für Fräsmaschinen, welche eine statische und dynamische Positionierung
von Werkzeugen zulässt. Zweck dieser Entwicklung ist sowohl eine Kompensation
der Fräserabdrängung als auch von Schwingungen im Prozess. Damit wird eine
Steigerung von Genauigkeit, Geschwindigkeit, Oberflächengüte und Werkzeugstandzeit
in Fräsmaschinen angestrebt.
Die dazu entwickelte adaptronische Spindeleinheit enthält drei piezoelektrische Aktoren
an einer Frässpindel in einer parallelkinematischen Anordnung. Die damit erzielbare
Auslenkung an der Werkzeugspitze hängt von der Länge des Werkzeugs sowie
der Richtung ab. Bei einem 50 mm langen Werkzeug sind etwa +/-130 µm in den
beiden Raumrichtungen x und y sowie +/- 80 µm in der z-Richtung erzielbar.
Das quasi-statische und dynamische Verhalten der adaptronischen Spindeleinheit
wird in Fräsprozessen erprobt. Durch verschiedene Regelungsstrategien kann eine
Verminderung der Fräserabdrängung sowie eine Kompensation von Schwingungen
erreicht werden.
Aktualisiert: 2019-10-17
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In Kombination mit dem Funktionsprinzip einer Schwingsaitenwaage können piezoelektrische Wandler im Bereich kleiner Frequenzen gleichzeitig sensorisch und aktorisch betrieben werden. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst die hierfür erforderlichen Grundlagen untersucht. Darauf aufbauend werden anhand einer adaptronischen Strebe für Werkzeugmaschinen eine mögliche Umsetzung des Konzepts und ein Einsatzbeispiel vorgestellt.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Die vorliegende Arbeit präsentiert durch die Integration von Mechatronik neuartige Konzeptionen für Spannfutter, welche das Bauteil nach dem Spannen in der Werkzeugmaschine in vier Freiheitsgraden ausrichten können. Stellwege im Bereich von ±80 µm bzw. Stellwinkel von ±0,06 ° sind erreichbar. Die auf der Piezotechnologie basierenden Systeme beinhalten eine mikrocon-trollerbasierte Elektronik sowie eine berührungslose Energie und Datenübertragung.
Für ein 4FHGFeinpositioniersystem wird ein prototypischer Aufbau erstellt, was die Konzeption und den Aufbau einer Elektronik, einer Daten und Energieübertragung sowie die Programmierung einer Bedieneroberfläche für einen Prozessrechner einschließt. In umfangreichen Messreihen werden die Systemeigenschaften ermittelt und unterschiedliche Standards wie Bluetooth, ZigBee und WLAN für die Datenübertragung in rotierende Spannfutter erfolgreich getestet. Abschließend wird in Drehversuchen die Funktionalität des 4FHGFeinpositionierspannfutters sowohl mit Aluminium- als auch Stahlwellen verifiziert. Es ergeben sich hohe Oberflächenqualitäten in einem ratterfreien Drehprozess. Durch eine Positionierung während eines Drehprozesses wird bei einem Wellenschaft eine sinusförmige Durchmesserverlagerung erreicht.
Aktualisiert: 2019-10-17
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