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Karosserie

weitere Buchkapitel

2. Warum immer mehr Unternehmen die Matrix als organisatorische Grundstruktur benötigen

In diesem Kapitel wird erläutert, warum die Matrixstruktur für immer mehr Unternehmen geeignet ist. Es wird aufgezeigt, dass dies an den zunehmend multiperspektivischen und komplexen Strategien der Unternehmen liegt. Unter anderem ist die Nutzung der Matrixstruktur in der zunehmenden Bedeutung von Synergiepotenzialen, der häufiger werdenden Einsatz von mehrfach nutzbaren Werken und Anlagen sowie der erhöhten Wichtigkeit von Key Accounts begründet. Die Top-Manager müssen deshalb Entscheidungen treffen, die auf den Wert des Gesamtunternehmens und nicht nur auf dessen Teileinheiten ausgerichtet sind. Hierzu ist eine starke informationelle Verzahnung der Teileinheiten des Unternehmens erforderlich, wie dies die Matrixstruktur unterstützt.

Joachim Wolf

2. Das Rüstzeug oder: Die Kompetenzen, die ich habe – und was ich sonst noch so alles bräuchte

In diesem Kapitel schauen wir zunächst auf das, was da ist: Wissen und Fähigkeiten, die Sie bereits besitzen – vielleicht, ohne dass Sie es bisher wussten! Diese sind Ihre Basis für den Start ins Berufsleben. Aber wir schauen uns auch die Grenzen von Wissen und Fähigkeiten an.Anschließend skizzieren wir die notwendigen Soft Skills, zu denen vor allem das Wissen um Teamworking sowie Kompetenzen in der Kommunikation und der Unterscheidung zwischen Sach- und Beziehungsebene gehören. Auch dem Thema Führung ist ein breiter Abschnitt gewidmet, da Sie sich vermutlich in Ihrem Berufsleben aktiv oder passiv damit auseinandersetzen werden.Im dritten Teil gehen wir auf die notwendigen wirtschaftlichen Basiskenntnisse ein, die im Berufsleben unabdingbar sind. Sie werden Begriffe wie Gewinn- und Verlustrechnung, Bilanz, Rentabilität oder Opportunitätskosten kennenlernen. Und wir geben Ihnen Hinweise, wo Sie all dieses Wissen außerhalb der Universität praxisnah weiter lernen können.

Lukas von Hippel, Thorsten Daubenfeld

Mobile Kompetenzentwicklung am Beispiel der „MoKe“ App

In den vergangenen Jahrzehnten ist China zu einer globalen Wirtschaftsmacht aufgestiegen, welche zum einen vielen ausländischen Unternehmen als Produktionsstandort dient und zum anderen einen wichtigen Absatzmarkt für Produkte und Dienstleistungen darstellt. Um in einer globalisierten Welt erfolgreich zu sein, sind viele Unternehmen darauf angewiesen, an jedem ihrer Standorte Mitarbeiter mit einem konstant hohen Ausbildungsniveau zu rekrutieren. Infolgedessen kommt der Aus- und Weiterbildung in global agierenden Unternehmen immer mehr Bedeutung zu (iMOVE 2013).

Sissy-Josefina Ernst, Andreas Janson

Kapitel 14. Umwelteinflüsse

Die Umstellung auf nachhaltigen Energie- und Ressourcenverbrauch ist heute die wichtigste Aufgabe der Menschheit. Dazu gehört auch eine emissionsneutrale Energieversorgung für den Straßenverkehr. In diesem Abschnitt wird dieses umfangreiche Thema zunächst schlaglichtartig anhand von Kennzahlen und politischen Zielvorgaben eingeführt. Danach werden die Emissionen beim Betrieb von Pkw in unterschiedlichen Szenarien durch die Aufstellung von Well-to-Wheel Analysen verglichen. Letztlich ist jedoch eine ganzheitliche Betrachtung erforderlich, also mit Berücksichtigung der energetischen und Materialaufwände für die Fahrzeugherstellung, für das Recycling sowie für Aufbau und Betrieb der Tankinfrastruktur. Das Kapitel schließt mit einem kleinen Einblick in diese Life Cycle Analysen.

Martin Doppelbauer

4. Technologische Trends

Was werden die Fahrzeuge der Zukunft können?

Ob selber fahren oder mitfahren, ob besitzen oder sharen: Die Attraktivität eines Mobilitätsangebots hängt immer auch und in besonderem Maße von den Eigenschaften und Funktionen der dabei eingesetzten Fahrzeuge ab. Wer sich also ein Bild von der Mobilität der Zukunft machen möchte, sollte sich ein Bild von den Fahrzeugen machen können, die dann auf den Straßen unterwegs sein werden. Um das tun zu können, sollte man sich wiederum intensiv mit den technologischen Innovationen auseinandersetzen, an denen die Fahrzeughersteller heute arbeiten. Und darüber, welche Technologien hier relevant sind, herrscht in der Branche heute herstellerübergreifend Einigkeit: Elektrifizierte Antriebe, autonomes Fahren, Vernetzung und Mobilität als Dienstleistung sind die Kernelemente so gut wie aller Strategiepapiere.

Julian Weber

5. Mobilität als Dienstleistung

Welche Alternativen zum eigenen Fahrzeug wird es in Zukunft geben?

Wer ohne eigenes Fahrzeug war hatte lange Zeit im Wesentlichen drei Alternativen: Öffentlicher Nah- und Fernverkehr, Taxi oder Mietwagen. Doch dieses überschaubare Angebot hat sich innerhalb der letzten zehn Jahre deutlich verändert. Weil über Smartphones Mobilitätsdienste jederzeit und einfach gebucht werden können, die Unzufriedenheit über die negativen Begleiterscheinungen des Fahrzeugbesitzes steigt, und gleichzeitig speziell bei jüngeren Menschen die Bedeutung von Autos als Statussymbol sinkt, entsteht zwischen dem eigenen Pkw oder Zweirad, dem relativ preisgünstigen, aber unflexiblen öffentlichen Nahverkehr und dem relativ teuren Mietwagen oder Taxi viel Platz für neue Angebote. Hier haben sich heute vor allem Carsharing und Ride Hailing etabliert, in Zukunft werden vielleicht Robocabs und manntragende Drohnen dazukommen.

Julian Weber

Kapitel 3. Der Güter- und Kulturgüterbegriff

Da die Kulturbetriebslehre die Wissenschaft von der Entstehung, Verbreitung, Vermittlung und Rezeption der Kulturgüter ist, bedarf es neben der Klärung des Kulturbegriffs auch der Interpretation des Güterbegriffs. Wie der Name schon sagt, stiftet ein Gut einen Nutzen für eine Person, eine Personengruppe oder eine ganze Gesellschaft. Dabei lassen sich Güter nach unterschiedlichen Kriterien klassifizieren.

Peter Tschmuck

6. Einführung in die Computer-Grafik

Eine der wichtigsten Herausforderungen im Bereich der Computer-Grafik ist es, für einen gegebenen Datensatz, der z. B. durch Abtastung einer Kontur oder durch sonstige Messung oder Erhebung entstanden ist, eine Kurve oder im dreidimensionalen Fall eine Fläche zu finden, die diesen Datensatz gut wiedergibt. Was man dabei unter gut versteht, kommt auf den Zusammenhang an und wird im Folgenden zusammen mit entsprechenden Strategien anhand eines kleinen Beispiels erläutert.

Prof. Dr. Burkhard Lenze

Kapitel 4. Prozesse und Anwendungen einer IT-gestützten Logistik

IT-gestützte Logistik als Querschnittsfunktion verzahnt durch den Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien die ihr zugrunde liegenden Geschäftsprozesse. Aus diesem Grund erscheint es nur konsequent, die am Markt derzeit vorhandenen Logistiktools speziell denjenigen Geschäftsprozessen zuzuordnen, die sie umfassen, d. h. die sie funktional unterstützen sowie schnittstellenbezogen integrieren. Der aus IT-Logistik-Anwendungen resultierende Wertbeitrag (z. B. durch die Beschleunigung von Logistikprozessen) beschränkt sich in vielen Fällen jedoch nicht nur auf den direkt unterstützten Geschäftsprozess, sondern erstreckt sich gleichermaßen auf nachfolgende bzw. vernetzte Abläufe.

Iris Hausladen

11. Stahl-Recycling

Stahl-Recycling ist in der Kreislaufwirtschaft Weltmeister im Schließen von Stoffkreisläufen.

Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

4. Methoden für Vorentwicklung und Konstruktion

Nachdem wir in Kap. 3 bereits über Ideenfindung und Präzisieren der Aufgabenstellung geschrieben haben, behandeln wir in Abschn. 4.1 die Methoden, welche das Konzipieren unterstützen. Ausgehend von Entwicklungszielen und Wiedersprüchen behandeln wir Konstruktionsprinzipien sowie die Variation von Struktur und Gestalt (Architektur) inklusive des Einsatzes innerer Strukturen sowie die Optimierung unter den Aspekten Struktur, Parameter und Topologie.Abschn. 4.2 widmet sich dem Entwerfen und Gestalten sowie der Ausarbeitung. Der Entwurf (Abschn. 4.2.1) für die Additive Fertigung wird durch Entwurfsstrategien unterstützt. Einige werden wir mit Bezug zur Additiven Fertigung reflektieren. Unter Gestalten und Ausarbeiten besprechen wir in Abschn. 4.2.2 Gestaltungsrichtlinien.In Abschn. 4.3 diskutieren wir exemplarisch, für das Selektive Laserstrahlschmelzen, konkrete Restriktionen, welche bei der Ausarbeitung zu berücksichtigen sind.Schließlich teilen wir in Abschn. 4.4, unter Lessons Learned, unsere Erfahrungen zu Entwurf und Gestaltung von Additive Manufacturing Bauteilen aus zahlreichen Projekten der letzten zehn Jahre mit dem Leser.

Roland Lachmayer, René Bastian Lippert

2. Die Grundfähigkeitenversicherung — Wettbewerber der BUVoder nur eine Ventillösung?

Natürlich lässt sich trefflich darüber streiten, ob und inwieweit es zur Berufsunfähigkeitsversicherung eine echte Vorsorgealternative gibt. Allerdings sind solche akademischen Diskussionen in der Sache nicht zielführend, wenn für einen Kunden aufgrund psychotherapeutischer Behandlungsmaβnahmen in dessen medizinischer Vita, einem suboptimalen Body-Mass-Index oder auch eines stark erhöhten Blutdrucks keine Berufsunfähigkeitsversicherung eingerichtet werden kann.

Alexander Schrehardt

2. Produktionsfaktoren

Kap. 2 bespricht die Produktionsfaktoren Mensch, Betriebsmittel und Material sowie den Faktor „Information“ als Grundlage der betrieblichen Leitung. Der Abschnitt "Produktionsfaktor Mensch" beschreibt u. a. Maßnahmen zur Erhöhung der menschlichen Arbeitsleistung durch eine entsprechende Arbeits- und Lohngestaltung. Beim Produktionsfaktor Betriebsmittel werden Organisationstypen der Fertigung diskutiert und Detailprobleme vorgestellt, die sich durch die Wahl eines bestimmten Organisationstyps ergeben. Der Abschnitt Produktionsfaktor Material zeigt, welche Profitabilitätswirkung durch eine Materialstandardisierung erreicht werden kann und wie sich Materialien klassifizieren lassen, um geeignete Dispositionsstrategien abzuleiten. Danach wird auf die von der betrieblichen Leitung genutzten Informationen und Informationssysteme eingegangen. Dabei wird zunächst eine typische industrielle IT-Systemlandschaft mit Fokus auf Supply-Chain-Management-Systeme vorgestellt und abschließend die Informationsträger „Stückliste“ und „Arbeitsplan“ besprochen.

Florian Kellner, Bernhard Lienland, Maximilian Lukesch

9. Funktionen vom B-Spline-Typ

Neben den Polynomen (und Quotienten aus Polynomen) haben sich im Grafik-Bereich insbesondere Funktionen bewährt, die stückweise aus Polynomen niedrigen Grades in einer glatten Art und Weise aneinander geheftet werden. Glatt bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die entstehende Funktion als Ganzes hinreichend oft differenzierbar ist. Der für die Anwendungen bedeutsamste Fall sind stückweise Polynome vom Grad $$3$$ 3 mit zweimaliger stetiger Differenzierbarkeit, d. h. die gesamte Funktion ist zweimal differenzierbar und ihre zweite Ableitung ist immer noch stetig. In der Literatur tauchten Konstruktionen dieses Typs erstmals 1938 in einer Arbeit von Lothar Collatz (1910–1990) (zusammen mit Wilhelm Quade) auf; ausgebaut und in ihrer ganzen Anwendungsrelevanz erkannt wurden sie dann Mitte des 20-sten Jahrhunderts insbesondere von Isaac Schoenberg (1903–1990), der zahlreiche Publikationen zu diesem Themenbereich verfasste. Auf ihn geht auch die für diese Funktionen gebräuchliche Bezeichnung Splines zurück. Der Begriff Spline kommt aus dem Englischen und bedeutet so viel wie elastisches Lineal oder biegsame Latte. Diese im Schiffbau auch Straklatte genannten Zeichengeräte können an einzelnen Punkten durch Gewichte oder Nägel fixiert werden und ermöglichen so z. B. die Konstruktion eines krummlinig verlaufenden Schiffsrumpfs. Im engeren mathematischen Sinne sollen also Spline-Funktionen genau solche flexiblen grafischen Werkzeuge realisieren, mit denen man derartige Konstruktionen rechentechnisch nachvollziehen und implementieren kann.

Prof. Dr. Burkhard Lenze

4. Funktionen vom Bernstein-Bézier-Typ

Neben einer effizienten Implementierung und Auswertung ganzrationaler Funktionen im Sinne der Horner-Strategie ist es im Rahmen der Computer-Grafik zusätzlich wünschenswert, einen möglichst direkten Weg von abgetasteten oder erhobenen Datensätzen zu beschreibenden Funktionen, Kurven oder Flächen zu kennen. In diesem Kontext haben sich als Basisfunktionen die sogenannten ganzrationalen Bernstein-Grundfunktionen bewährt, die auch kurz als Bernstein-Grundpolynome bezeichnet werden, und von Sergej Bernstein (1880–1968) um 1911 erstmals definiert wurden. Wir werden sie in diesem Kapitel einführen und nicht nur zur Näherung diskreter funktionaler Datensätze, sondern auch zur Realisierung von ebenen Kurven einsetzen. Dabei ist diese Strategie inzwischen auch eng mit dem Namen des französischen Mathematikers Pierre Etienne Bézier (1910–1999) verbunden, der diese Strategie in den 60-er Jahren des letzten Jahrhunderts zur Visualisierung von Auto-Karosserien einsetzte.

Prof. Dr. Burkhard Lenze

Kapitel 9. Höhere Programmiersprachen und C

Das bei den ersten Computern erforderliche Programmieren in der binär codierten Maschinensprache des betreffenden Mikroprozessors war äußerst mühsam. Daher hat man schon bald gut merkbare Abkürzungen (mnemonische Codes) für die erforderlichen Operationen verwendet. So entstanden die in Kap. 5.5 erläuterten Assemblersprachen als die ersten maschinennahen Sprachen. Die Übertragung in ein lauffähiges Maschinenprogramm erfolgt durch ein als Assembler bezeichnetes Hilfsprogramm. Trotz der Einführung von frei wählbaren Namen, Makros und Unterprogrammen blieb die Programmierung sehr mühsam und zeitraubend. Die resultierenden Programme sind meist lang, unübersichtlich und für alle außer (vielleicht) den Autor schwer zu durchschauen. Das liegt daran, dass viele Sprachelemente spezifisch für die verwendete Maschine sind, aber mit dem gerade zu bearbeitenden Problem nichts zu tun haben und insofern vom Programmierer früher oder später als Ballast empfunden werden. Man hat daher schon bald nach der Einführung der ersten elektronischen Rechenanlagen ab ca. 1950 problemorientierte Sprachen entwickelt, die den Benutzer von rechnerspezifischen Details abschirmen. Diese Sprachen sind formalisiert, aber der menschlichen Denk- und Ausdrucksweise angepasst, beispielsweise durch enge Anlehnung an die Schreibweise mathematischer Formeln. Je nachdem wie weit diese Anpassung getrieben wird, spricht man gelegentlich von höheren oder niederen Sprachen.

Hartmut Ernst, Jochen Schmidt, Gerd Beneken

Kapitel 1. Einleitung und Motivation

In diesem Kapitel werden verschiedene Motivationen gegeben, um sich mit dem Thema Leichtbau zu beschäftigen. Weiterhin wird kurz die deutschsprachige Literatur zum Thema vorgestellt und das aktuelle Werk eingeordnet.

Andreas Öchsner

8. Theoretische Grundlagen der Innovation

Großkonzerne, Mittelständler oder Startups – alle Unternehmen müssen für eine permanente Entwicklung und Erneuerung ihrer Produkte, Prozesse und ihrer Geschäftsmodelle sorgen, um langfristig erfolgreich zu sein. Innovationen sind für die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen von großer Bedeutung. Durch erfolgreiche Innovationen erhalten Wissensarbeit und Lernprozesse in Unternehmen ihre Vollendung und Bestätigung: Aus Wissen und Ideen entstehen Produkte, die zu wirtschaftlichem Erfolg und der Marktposition des Unternehmens beitragen und seine Zukunftschancen sichern. Globalisierung, technischer Fortschritt und hart umkämpfte Käufermärkte führen zu immer kürzeren Produktlebenszyklen, zu einer erheblichen Angebotsausweitung und einem enormen Innovationsdruck auf Unternehmen. Die Innovationen können nicht dem Zufall überlassen werden, sondern erfordern ein systematisches Management. In diesem Kapitel werden die Definitionen der Innovation sowie die Innovationstypen nach Gegenstandsbereich, Auslöser und Neuheitsgrad betrachtet. Außerdem werden die Aufgaben und Dimensionen des Innovationsmanagements beschrieben.

Rolf Franken, Swetlana Franken

Kapitel 2. Methoden der Trauma-Biomechanik

Die Arbeit in der Trauma-Biomechanik wird durch einige Randbedingungen eingeschränkt, die in dieser Form in anderen Bereichen der Ingenieurwissenschaften und der Life Sciences nicht oder nur zu einem geringen Teil vorhanden sind. Experimente an Menschen, bei denen verletzungsinduzierende Belastungen auftreten können, sind ausgeschlossen. Tierversuche sind nur sehr eingeschränkt anwendbar, da es schwierig bis unmöglich ist, Verletzungssituationen vom Tier auf den Menschen zu übertragen. Auch ist es fraglich, in welchem Grade Tiermodelle die Biomechanik des Menschen repräsentieren. Kosten und insbesondere ethische Überlegungen tragen weiter dazu bei, dass solche Experimente heute nur noch selten und nur unter besonderen Bedingungen durchgeführt werden. Dementsprechend sind die in der Trauma-Biomechanik zur Anwendung kommenden Methoden größtenteils indirekt. Dazu gehören statistische Ansätze und Feldstudien, Unfallrekonstruktionen, verschiedene biomechanische Experimente, standardisierte Testverfahren sowie numerische Simulationen.

Kai-Uwe Schmitt, Peter F. Niederer, Duane S. Cronin, Barclay Morrison III, Markus H. Muser, Felix Walz

Kapitel 6. Praktische Arbeiten

Diese speziellen Arbeiten begannenFahrzeugdesign schon 1955/1956 und umfassten 16 Projekte bis zum Studienjahr 67/68.

Hartmut Seeger

Kapitel 10. Exemplarische Arbeiten aus der internationalen Praxis des Transportation-Designs

Eine überraschend große Zahl an HfG-AbsolventenTransportation-Design arbeitete nach Schließung der HfG als Transportation-Designer in Industrie und freiem Beruf. Die folgende Dokumentation umfasst über 40 Namen, einschließlich mehrerer ehemaliger Dozenten.

Hartmut Seeger

Kapitel 9. Weiterentwicklung der Ulmer Methodik nach 1968

Die Beantwortung der in der Überschrift enthaltenen Frage führt in einen semantischen Dschungel. Parallel oder synonym zu dem an der HfG verwendeten Begriff „Produktform“ wurden im deutschen Sprachbereich benutzt.

Hartmut Seeger

Kapitel 11. Ausgewählte Lehr- und Forschungsprojekte an internationalen Designhochschulen

Von den über 40 Alumni in dieser Dokumentation (ohne HfG-Dozenten) waren 28 Dozenten, d. h. HochschullehrerHochschullehrer und InstitutsleiterInstitutsleiter, Honorar-ProfessorenHonorar-Professor und Professur-VertreterProfessur-Vertreter sowie LehrbeauftragteLehrbeauftragter, an 23 Schulen von AhmedabadAhmedabad, Indien bis UlmUlm (Liste). Mehrere Kollegen waren an zwei Designschulen aktiv.

Hartmut Seeger

Kapitel 5. Aufbau und Programm der HfG Ulm als Pionierschule des Industrial Designs

Die HfG Ulm war die einzige Gestaltungshochschule im internationalen Kontext, die sich unabhängig von der Kunst auf die neuen Gestaltungsaufgaben des Wiederaufbaus und der industriellen Produktion konzentrierte. Die Dozentenschaft der HfG spielte von Anfang an „in der Liga“ zu neuen Lehrinhalten und -methoden für neue Berufsbilder zur Produkt- und Kommunikationsgestaltung. Diese Auseinandersetzung repräsentiert heute noch die wissenschaftliche Fachliteratur aus dem Jahrzehnt 1955–1965.

Hartmut Seeger

Kapitel 3. Aufbau von Motorenprüfständen

Aus dem Aufbau und der Funktionsweise des Motors nach Kap. 2 folgt der Aufbau des Motorenprüfstandes. Die Edukte, also Kraftstoff und Luft, müssen dem Motor unter definierten Bedingungen zugeführt und deren Menge gemessen werden, die Prozesse der Gemischbildung und Verbrennung müssen gesteuert und gemessen werden und die Produkte (mechanische Arbeit, Verlustwärme und Abgase) müssen ebenfalls beherrscht und gemessen werden. Weiterhin müssen definierte Betriebsbedingungen herrschen. Die Hilfskreisläufe des Motors (Kühlmittel, Öl) müssen dazu herausgeführt werden, um reproduzierbare Temperaturen und Drücke einzustellen und um Messungen an diesen Medien durchzuführen. Einige wichtige und gut abgrenzbare Teilsysteme werden in den folgenden Kapiteln detailliert behandelt, einige Teilsysteme sind in diesem Kapitel am besten aufgehoben.Um den Prüfstand herum sind Kontrollräume, Vorbereitungsräume, Kraftstofflager, Gaslager und andere Räume einzurichten. Die Anlage erfordert eine umfangreiche technische Gebäudeausstattung, die über den Bedarf anderer Laborgebäude hinausgehen kann. Aus mechanischer Sicht sind die beiden wichtigsten Geräte im Prüfstand der Prüfling selbst und die Belastungseinheit, die realistische Betriebsbedingungen des Motors unter Last erzeugen kann und oft durch eine elektrische Maschine realisiert wird.

Kai Borgeest

Kapitel 7. Messtechnik

Wir werden uns in diesem Kapitel von den Schnittstellen des Motors in das Innere vorarbeiten (Abb. 7.1). Wir beginnen mit den äußeren Eingangsgrößen des Motors, dem Kraftstoffverbrauch und dem Luftverbrauch (Abschn. 7.1). In diesem Zusammenhang werden weitere Anwendungen der Durchflussmessung am Motor vorgestellt, auch wenn diese keine Eingangsgrößen sind. Äußere Ausgangsgrößen sind v. a. die mechanischen Größen Drehzahl, aktueller Drehwinkel (Abschn. 7.2) und Drehmoment (Abschn. 7.4) sowie die daraus abgeleitete Leistung (Abschn. 7.5). Kräfte und abgeleitete Größen wie Spannungen und Dehnungen sind keine typischen Ausgangsgrößen, sondern motorinterne Größen; da die Drehmomentmesstechnik auf der Kraftmesstechnik basiert, bietet es sich aber an, die Kraftmesstechnik zusammen mit der Messtechnik anderer mechanischen Größen zu behandeln (Abschn. 7.3). Neben den gewünschten mechanischen Ausgangsgrößen gibt es unerwünschte Eigenschaften des Motors, die ebenfalls an seinen Schnittstellen zur Außenwelt gemessen werden, nämlich Lärm (Abschn. 7.6), elektromagnetische Abstrahlung und die Empfindlichkeit gegenüber Einstrahlung (Abschn. 7.7) und Abgase (Abschn. 7.8). Wenn wir weiter ins Innere des Motors vorstoßen, so interessieren uns v. a. die thermodynamischen Zustandsgrößen Druck und Temperatur (Abschn. 7.9). Auch das Volumen ist eine wichtige Zustandsgröße der Thermodynamik, das aktuelle Volumen im Zylinder wird aber nicht gemessen, sondern aus dem Kurbelwellenwinkel berechnet. Andere, konstante Volumina im Motor (z. B. eines Einlasskrümmers) lassen sich aus Konstruktionsdaten berechnen. Neben Volumina sind auch Volumenströme und Massenströme wichtig. Diese werden in Abschn. 7.1 behandelt, weil sie v. a. an den Schnittstellen des Motors interessieren. Die letzte Stufe sind schließlich die Vorgänge im Herzen des Motors: die Strömung, Gemischbildung und Verbrennung im Zylinder. Die hierfür verwendete Messtechnik ist Gegenstand von Abschn. 7.10.

Kai Borgeest

Kapitel 9. Schwingungen

Schwingungen begleiten uns im Alltag wörtlich auf Schritt und Tritt: In jeder Uhr findet eine Schwingung statt, die zur Zeitmessung verwendet wird. Das fängt bei dem Pendel der altmodischen Pendeluhr an und endet nicht bei der modernen Quarzuhr, in der ein kleines Quarzplättchen mechanische Schwingungen vollführt. Der Prozessor Ihres Smartphones erhält seinen elektrischen Takt ebenfalls von einem solchen Schwingquarz.

Oliver Natt

Kapitel 6. Temperaturmessung

Das Messen von TemperaturenTemperatur ist wohl nahezu jedem aus der alltäglichen Anwendung bekannt, z. B. beim Ablesen der Raumtemperatur an einem dekorativen Thermometer oder von Werten der Wetterstation. Meist arbeiten die beiden Geräte mit unterschiedlichen Messverfahren, die nach verschiedenen Gesichtspunkten ausgewählt werden. In der Fahrzeugmesstechnik sind die Vielfalt der Messobjekte und die Anforderungen deutlich breiter als im alltäglichen Leben.

Dr. Dirk Goßlau

Kapitel 8. Wärmeübertragung

Eine Grundeigenschaft der Materie ist ihre Fähigkeit, wärmedurchlässig zu sein. Jedes materielle System ist im Sinne des Energieaustausches ein Träger von Wärmeübertragungen: einerseits gehört zu den Haupterscheinungsformen der Materie neben Masse auch Energie, andererseits ist die Wärme eine Form der Energie. Eine Wärmeübertragung erfolgt grundsätzlich, wenn ein Temperaturunterschied vorhanden ist, und zwar von höherer zu niedrigerer Temperatur, entsprechend jedem natürlichen Ausgleichsprozess.

Cornel Stan

Kapitel 10. Grundlagen und Beispiele der Prozesssimulation

Die Gestaltung, Optimierung und Anpassung thermodynamischer Prozesse in technischen Systemen, so zum Beispiel im Kraftfahrzeug, für alle gegebenen Fahrzustände und Umgebungsbedingungen betreffen insbesondere die folgenden Funktionsmodule (Bild 10.1).

Cornel Stan

Kapitel 10. Prototypen entwickeln und einsetzen

Sie wissen, dass eine wirkungsvolle Nutzung von Prototypen als Entwicklungswerkzeug die Festlegung spezieller Anforderungen an die Prototypen erfordert. Sie können Prototypen hinsichtlich mehrerer Kategorien klassifizieren und den beabsichtigten Verwendungszweck in generischer Form aus der Klassifikation ableiten. Sie können die Grenzen zwischen virtuellen und physischen Prototypen und ihre Schnittstellen zueinander beschreiben und die notwendigen Koppelsysteme angeben. Sie kennen verschiedene Fertigungsverfahren zur Herstellung von Prototypen und können die Auswirkungen dieser Verfahren auf die Entwicklung und Herstellung von Prototypen beschreiben. Sie können die Anforderungen an Prototypen aus deren Einsatzzweck in der Produkt- oder Prozessentwicklung ableiten. Sie kennen die Einsatzgrenzen von Prototypen.

Eckhard Kirchner

Kapitel 5. Modellierung des Lagers

Die beiden Lager tragen das Strahlrohr und werden auf dem Chassis montiert. Das Lager besitzt einen runden Ausschnitt, in den das Strahlrohr gesteckt wird. Durch die ebene Fläche am Ausschnitt ist das Strahlrohr gegen Verdrehen gesichert.

Stefan Junk

Kapitel 7. Modellierung der Karosserie

Als letztes Bauteil wird die Karosserie als Grundkörper mithilfe von drei miteinander verbundenen Linienzügen (Profilen) erzeugt. Dieser Grundkörper wird ausgehöhlt, um eine möglichst leichte Struktur zu erhalten. Auf der Oberseite befindet sich ein Ausschnitt, um das Strahlrohr montieren zu können. Zudem wird die Karosserie in zwei Bauteile geteilt, um sie besser auf das Lager montieren zu können.

Stefan Junk

Kapitel 8. Zusammenbau

Nachdem nun alle Bauteile des JetMobils erstellt worden sind, können diese virtuell zusammengebaut werden. Dazu wird zunächst eine Komponente bzw. ein Bauteil positioniert und fixiert. Diese erste Komponente dient als „Fundament“ für den Zusammenbau.

Stefan Junk

Kapitel 11. 3D-Druck und Montage des JetMobils

Nach Abschluss der 3D-Modellierung aller Einzelteile des JetMobils können diese mithilfe eines 3D-Druckers hergestellt werden. Dazu sollte ein 3D-Drucker nach dem FDM-Verfahren ausgewählt werden. Solche Drucker werden von vielen Dienstleistern im Internet oder vor Ort im 3DDruckladen verwendet.

Stefan Junk

Kapitel 1. Einleitung

In diesem Kapitel werden die Grundlagen der rechnerunterstützten Konstruktion_Computer Aided Design (CAD) vermittelt. Zusätzlich werden die besonderen Features von Autodesk® Fusion 360™ erläutert. Anschließend werden wichtige Funktionen und Einstellungen Schritt für Schritt eingeführt und anhand von Screenshots anschaulich dargestellt.

Stefan Junk

10. Wandlungsfähige Montagetechnik

Die Veränderung der Automobilproduktion macht sich insbesondere im Bereich der Montagetechnik und Betriebsmittel der automobilen Endmontage bemerkbar. Es gilt eine grundlegende Wandlungsfähigkeit in den Produktionsstrukturen zu schaffen und daraus Zielsysteme und Anforderungen für zukünftige Betriebsmittel abzuleiten. Ausgehend von diesen theoretischen Überlegungen soll im nachfolgenden Kapitel ein Leitbild zukünftiger Automobilproduktionen, sowie dessen zugehörige Gestaltungsmethoden entwickelt und präsentiert werden. Die Gestaltungsmethoden adressieren dabei insbesondere die Betriebsmittel der Füge-, Logistik- und Montageprozesse und deren soziotechnische Systeme in einer Automobilendmontage.

Thomas Stark, Artur Klos, Matthias Müller

7. FTF als universelle, wandlungsfähige Mittel zur Verkettung der zukünftigen Automobilfertigung

Das Aufbrechen von starren Verkettungsstrukturen im Automobilbereich erfordert insbesondere beim Transport des Materials und der Werkstücke durch die einzelnen Arbeitsschritte neue Konzepte in der Fördertechnik, um die Wandlungsfähigkeit durch Modularisierung und Entkopplung zu gewährleisten. Unter Anwendung des in Verbundprojekt entwickelten Wandlungsfähigkeitstool wurde die bestehenden bekannten Fördermittel auf Ihre WandlungsfähigkeitWandlungsfähigkeit hin untersucht. Am Beispiel heute schon flexibler Fördermittel, wie fahrerlosen Transportsystemen wurde gezeigt, wie man diese weiterentwickeln kann, um den individuellen Grad der Wandlungsfähigkeit zu erhöhen. Dabei ist ein Demonstrator entstanden, welcher ein wandelbares Produktionsfördersystem darstellt.

Philip Kirmse, Ralf Bär

Kapitel 7. Stofftransport

Eintretender Regen in das Belüftungssystem und Kondensat am Verdampfer müssen bei allen Betriebsbedingungen vollständig abgeführt werden. Auch ist die Speicherung von Wasser im Verdampfer zu minimieren und die Kondensation an Bauteilen im Fahrgastraum zu vermeiden. Wasser bzw. Wasserdampf im Fahrgastraum begünstigen den Scheibenbeschlag und das Wachstum von Mikroorganismen. Nach der Richtlinie VDI 6032 sind Partikel vor dem Verdampfer mit einem Filter abzuscheiden. Filter sind in einem trockenen Bereich anzuordnen, da sich auf der Zuluftseite bei hoher Feuchtigkeit ein Substrat (Nährboden) für Schimmelpilze bilden kann. Für die Gaskonzentration im Fahrgastraum, die z. B. durch ausgeatmetes Kohlenstoffdioxid hervorgerufen wird, können die MAK-Werte als Anhalt herangezogen werden. Für die maximale Kältemittelfüllung, die plötzlich in einen Raum einströmen würde, gibt es praktische Grenzwerte für Maschinenräume.

Holger Großmann

Kapitel 1. Grundlagen

In drei Kapiteln wird über die Historie, weltweite Klimate und Regelwerke (Vorschriften, Normen und Richtlinien) berichtet. Die geschichtliche Entwicklung wird skizziert und auf wesentliche Meilensteine eingegangen. Normen, Richtlinien und Literaturstellen werden zusammengestellt, die für die Auslegung einer Klimaanlage und einer Heizung unentbehrlich sind. In einem Beispiel wird der Einfluss der LufttemperaturLufttemperatur und der Feuchte verschiedener Standorte auf die erforderliche Verdampferleistung gezeigt. Die Umrechnung des Luftdrucks auf eine andere Höhe wird mit einem Beispiel belegt. Es werden auch verschiedene Regenarten beschrieben. Zulassungsrelevante und wichtige Normen wurden zusammengestellt, die wiederum Querverweisungen enthalten.

Holger Großmann, Christof Böttcher

Kapitel 13. Elektrisch betriebene PkwElektrisch betriebene Pkw

Verschiedene Antriebskonzepte elektrisch betriebener Pkw werden zusammengestellt. Angaben zur maximalen Reichweite und der installierten Batteriekapazität werden nach Pressemitteilungen und der Literatur ausgewertet. Es besteht näherungsweise ein linearer Zusammenhang. Die spezifische Reichweite beträgt etwa 6,6 km/kWh und der spezifische Verbrauch ca. 15 kWh/100 km ohne Klimatisierung und sonstige Verbraucher. Es wird der Einfluss der Klimatisierung auf die Reichweite abgeschätzt. Diese wird im Sommer- und insbesondere im Winterbetrieb erheblich reduziert. Der Mehrverbrauch beträgt in Deutschland im Jahresmittel ca. 3,8 kWh/100 km. Der scheinbar niedrige Verbrauch von Plug-in-Hybriden wird mit Beispielen belegt. Die instationäre Aufheizung des Fahrgastraums von BEV ist mit PTC-WT effizienter als bei Pkw mit Verbrennungsmotoren. Von Hochvolt-Wärmeübertragern werden Anordnungen, Heiztechnologien und Regelungen beschrieben. Diskutiert werden eine bedarfsgerechte Lüftung mit Heizungen in BEV und Besonderheiten bei der Auslegung einer HVAC (Heating Ventilation Air ConditioningHeating Ventilation Air Conditioning (HVAC) ). In Tabellen werden einige passive und aktive Maßnahmen für den Sommer- und Winterbetrieb genannt, mit welchen die Reichweitenreduktion minimiert werden kann. Optimale Ergebnisse können nur durch Kombination verschiedener Maßnahmen erreicht werden.

Holger Großmann, Christof Böttcher

Kapitel 6. Sommerbetrieb

Zwischen dem Tagesgang der Sonneneinstrahlung, der Fahrtrichtung des Pkw sowie der Anordnung und Ausführung der Scheiben bestehen komplexe Zusammenhänge. Diese werden nachstehend beschrieben.

Holger Großmann, Christof Böttcher

Kapitel 4. Wärmestrom durch den Fahrgastraum

Die mittlere Innenraumlufttemperatur ist das arithmetische Mittel aus der mittleren Temperatur in Höhe des Fußraums und der mittleren Temperatur in Kopfhöhe. Mathematische Ableitungen siehe Abschn. 14.6 im Anhang F. Die Definition der Lufttemperaturen und die Lage der erforderlichen Messstellen sind in der DIN 1946-3:2006 beschrieben.

Holger Großmann, Christof Böttcher

Kapitel 12. StraßenversucheAußenlufttemperatur

Mit heutigen Klimawindkanälen können die physikalischen Größen an Pkw sehr genau und reproduzierbar gemessen werden. Doch werden nicht sämtliche Randbedingungen, die in der Natur vorkommen, hinreichend genau simuliert. Hierzu gehören z. B. der Tagesgang der Sonne, wechselnde Temperaturen und LuftfeuchtenLuftfeuchte der Außenluft etc. Daher sind Versuche auf der Straße, vorzugsweise in einem abgesicherten Prüfgelände, erforderlich. Die Messung der Temperaturen im Fahrgastraum wird beschrieben. Für den Vergleich verschiedener Pkw werden die Messungen synchron durchgeführt. Vorteilhaft ist es, wenn ein genau vermessenes Fahrzeug als Referenz immer mitgemessen wird. Die Anordnung der Messstellen und die Bewertung der Messergebnisse erfolgt nach DIN 1946-3:2006. Zur Messung luftseitiger DruckdifferenzenDruckdifferenz wird ein Prandtl-Rohr verwendet, das vorzugsweise oberhalb des Fahrzeugdachs im hinteren Bereich angeordnet ist. Anstelle des Prandtl-Rohrs kann ein kalibrierter Bezugspunkt an der KarosserieKarosserie kalibrierter Bezugspunkt verwendet werden.

Holger Großmann, Christof Böttcher

Kapitel 14. Anhang A bis I

Im Anhang sind Diagramme für feuchte Luft, Äthylenglykol-Wassermischungen sowie Kältemittel R134a und R744 zusammengestellt. Dort findet man auch häufig verwendete Formeln. Zur Darstellung der Kennlinien mit empirischen Formeln werden die Abgleichmethode, die Summe der kleinsten FehlerquadrateSumme der kleinsten Fehlerquadrate \i und die Interpolation verwendet. Damit werden die Kennlinien verschiedener Komponenten mit Beispielen abgebildet, aber auch die Grenzen bei der Anwendung aufgezeigt. Das Wärmestromfeld eines Heizungswärmeübertragers kann hinreichend genau approximiert werden. Grundlage sind die Annahme eines theoretischen Wärmeübertragers und die Ermittlung einer Funktion des Wärmedurchgangs. Beispiele aus der Praxis zeigen solche Auswertungen und den Vergleich zwischen der Messung und der Approximation. Die Interpolation innerhalb des gemessenen Bereichs ist zufriedenstellend. Teilweise kann auch mit der notwendigen Vorsicht extrapoliert werden. Mit theoretischen Ableitungen des Luftaustauschs durch die KarosserieKarosserie Luftaustausch mit der Umgebung wurden Parameterintegrale erhalten. Die Integrale werden umgeformt, in Reihen entwickelt und mit Hilfe von Gammafunktionen und den Symmetrieeigenschaften, welche zwischen dem Leckzu- und abluftstrom bestehen, gelöst. Die mittlere Lufttemperatur im Fahrgastraum wird für den stationären Betrieb als arithmetisches Mittel nach DIN 1946-3: 2006–2007 dargestellt und diskutiert. Diese wird für den Außenluftbetrieb mathematisch abgeleitet. Physikalisch besteht eine Analogie zur stationären Abkühlung eines Fluids in einem Rohr. Es wird gezeigt, welchen Einfluss Wärmequellen auf den Temperaturverlauf im Rohr bzw. Fahrgastraum haben. Es wird eine mathematische Methode zur Ermittlung des Mehrverbrauchs einer HVAC im Jahresmittel (kWh/100 km) beschrieben. Verwendet werden Kennlinien der HVAC und die Häufigkeit der Umgebungstemperaturen, der r. F. und Sonneneinstrahlung. Die Auswertung geschieht numerisch und analytisch. Zur Ermittlung der Taupunkt- und Kühlgrenz- bzw. Nasstemperatur werden Beispiele herangezogen. Weiterhin wird über scheinbare Temperaturen des Himmels in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur mit der r. F. als Parameter bei sternklaren, wolkenlosen berichtet. Bei den Auswertungen von Wärmebilanzen instationärer (von der Zeit abhängiger) Vorgänge können Differenzialgleichungen (DGL) hilfreich sein. Diese sind meistens sehr kompliziert und nur aufwendig oder überhaupt nicht lösbar. Es werden Lösungswege und Ergebnisse gewöhnlicher DGL angegeben.

Holger Großmann, Christof Böttcher

10. KomforterhöhungKomforterhöhung und Energieersparnis

Potenziale zur Komforterhöhung und Energieersparnis lassen sich physikalisch ableiten. Diese sind den Ingenieuren der Pkw-Klimatisierung meistens bekannt. Die eigentliche Schwierigkeit ist die Umsetzung der Maßnahmen, da der Pkw maßgeblich durch das Design und die Kosten geprägt wird. Wegen der aktuellen Vorgaben des CO2-Ausstoßes durch die Europäische Union werden wirksame und kostengünstige Lösungen gesucht und bei Eignung verwirklicht. Mit der konsequenten Regelung des Klimagerätes und des Kältemittelkreises kann ein breites Potenzial erschlossen werden (Thermomanagement). Eine günstigere Anordnung der Luftansaugung oder eine nach physikalischen Gesichtspunkten ausgewählte Geometrie der Verglasung tangieren jedoch das Erscheinungsbild des Pkw und treffen kaum den jeweiligen Zeitgeschmack. Über Verbesserungen, z. B. einem zusätzlichen Wärmeübertrager im Kältekreis (Innerer Wärmeübertrager), wird berichtet.

Holger Großmann

Kapitel 11. Prüfstände

Einige Prüfstände der Audi AG und deren Spezifikationen sowie Aufgaben werden beschrieben. Diese sind ein Klimawindkanal (Bj. 2007) und eine Klimakammer (Bj. 1971). Für einen Prüfstand zur Messung der Heizung, Lüftung und Klimaanlage werden Hinweise zur Auswertung von Messungen gegeben. Dies betrifft insbesondere die Ermittlung von Massen- und Wärmeströmen an Heizungswärmeübertragern und Verdampfern. Hierzu werden Beispiele aus der Praxis genannt. Ein Prüfstand für komplette Kältemittel-Kreisläufe mit alternativen Kältemitteln ist ähnlich aufgebaut und wurde erweitert. Mit einem sehr einfachen Prüfstand können mit der Innendruckmethode die Luftmassenströme durch den Fahrgastraum ermittelt werden. Die Möglichkeiten der Innendruckmethode werden dargestellt. Eine Beregnungsanlage mit einer schwenkbaren Hebebühne wird gezeigt und die Prüfvorschriften werden genannt.

Holger Großmann

Kapitel 5. WinterbetriebWinterbetrieb

Es werdenWärmestrom durch den Fahrgastraum im Winterbetrieb Messergebnisse von Versuchen gezeigt, die in einem KlimawindkanalKlimawindkanal bei einer Außenlufttemperatur von -20 °C durchgeführt wurden. Im Umluftbetrieb beträgt die erforderliche Heizleistung etwa 50 % von der im Außenluftbetrieb, jedoch beschlagen und vereisen die Scheiben auf der Innenseite. Eine vereinfachte Wärmebilanz am Verbrennungsmotor verdeutlicht das Defizit an HeizleistungHeizleistung bei verbrauchsoptimierten Ausführungen. Die Wirkungsweise verschiedener Zusatzheizungen wird beschrieben. Für die EntfeuchtungEntfeuchtung und Enteisung der Scheiben gibt es Vorschriften, die erfüllt werden müssen (FMVSS 103, EWG 78/317, ADR 15). Von den Düsen der ScheibenentfeuchtungScheibenentfeuchtung kann kontaminierte Luft aus dem Fahrgastraum angesaugt werden. Das Kondensat der Partikel an den Scheiben führt insbesondere bei Gegenlicht zu Sichtbehinderungen. Beim Coanda-Effekt legt sich die Luft an der Hutze der Schalttafel an und strömt nicht zur Scheibe. Für verschiedene Anordnungen von elektrisch beheizten Scheiben wurden dazugehörende Formeln zusammengestellt. Beispiele aus der Praxis ergänzen die zusammengestellten Grundlagen.

Holger Großmann, Christof Böttcher

Kapitel 3. Luftstrom durch den Fahrgastraum

Es wird zwischen Außen- und Umluftbetrieb unterschieden. Beide Betriebsarten dienen der Wärme- und StoffübertragungStoffübertragung \i .

Holger Großmann, Christof Böttcher

Kapitel 15. Anlage: Eine Reminiszenz Stahl

Kein anderer Werkstoff hat die menschliche Zivilisation so geprägt wie Eisen in Form von Stahl. Wobei zwei neue Technologien in der Mitte des 20. Jahrhunderts die Stahlproduktion in der Produktivität und Qualität maßgebend beeinflussten.

Hansgerd Kämpfe

Kapitel 1. Einleitung

Der aktuell anhaltende Umschwung in der Automobilindustrie und die damit einhergehende allmähliche Abkehr vom Verbrennungsmotor hin zu elektrischen und hybriden Antriebskonzepten hat weitreichende Folgen für den modularen Aufbau der Fahrzeuge, die Karosserie und die strukturellen Komponenten. Zu Beginn dieser Wandelphase wurden zunächst nur der Antrieb und Antriebstrang in bestehenden Karosseriekonzepten getauscht. Mittlerweile werden gänzlich neue Karosseriekonzepte um den Antrieb des Automobils neu entwickelt.

Klaus Dröder, Anke Müller, Moritz Micke-Camuz, Sierk Fiebig

Kapitel 3. Stand der Technik

Das folgende Kapitel führt in die Thematik des materialhybriden Leichtbaus ein und umfasst die relevanten Grundlagen der behandelten Produktionstechnologien sowie zum Verständnis erforderliche, materialwissenschaftliche Methoden. Die beschriebene Literatur erstreckt sich von den bisher umgesetzten hybriden Bauteilen aus Metallen und faserverstärkten Kunststoffen, über die Fertigungsverfahren, die im Rahmen des Projekts ProVorPlus untersucht wurden, bis hin zur Charakterisierung der in den Fertigungsprozessen verwendeten Halbzeuge.

Jan P. Beuscher, Florian Bohne, Christopher Bruns, Annika Raatz, Moritz Micke-Camuz, Anke Müller, Markus Kühn, Raphael Schnurr

Kapitel 4. Elektrische Antriebe

Die Elektromobilität ist im Zusammenhang mit Verkehrsfluss, Treibhausgas-, Schadstoff- und Geräuschemissionen die bisher konkurrenzlose Alternative für die Mobilität in urbanen Ansiedlungen. Wie im Kapitel 1 dargestellt, sind jedoch diese Alleinstellungsmerkmale von deutlichen Nachteilen bezüglich Herkunft der Elektroenergie (Bild 4) und ihrer Speicherung an Bord (Bild 17) beeinträchtigt.

Cornel Stan

Kapitel 5. Kombinationen von Antriebssystemen, Energieträgern, -wandlern und -speichern

Die Bewertung der Antriebssysteme für Automobile nach Energiebedarf und -ressourcen, sowie nach ökologischen, technischen und wirtschaftlichen Kriterien führt zu der Schlussfolgerung, dass eine universell einsetzbare Konfiguration als optimale Form nicht realistisch ist. Vielmehr sprechen spezifische Vorteile für anpassungsfähige Kombinationen, auf Basis kompatibler Funktionsmodule. Die Entwicklungstrends lassen folgende Merkmale erkennen.

Cornel Stan

Kapitel 1. Mobilität – Bedingungen, Anforderungen, Szenarien

Die Erde beherbergt derzeit 7,73 Milliarden Menschen und 1,3 Milliarden Automobile (März 2020). Der überwiegende Teil der Weltbevölkerung lebt in Städten, dabei nimmt die Anzahl der Mega-Metropolen mit mehr als 10 Millionen Einwohnern rasant zu. Bild 1 stellt Beispiele zum aktuellen Stand dar.

Cornel Stan

Kapitel 3. Alternative Kraftstoffe

Die Umwandlung der chemischen Energie jedes verfügbaren Brennstoffes bzw. Kraftstoffes des Typs CmHnOp kann grundsätzlich in zwei Formen erfolgen.

Cornel Stan

Kapitel 4. Die Schlacht beginnt – Vor der Bühne

Der Himmel ist finster über der dunkel gekleideten Menschenmenge. Die von Rauchschwaden und verschiedene Scheinwerfer ummantelte Bühne vor ihr wirkt, dank immer wieder hochschießender Flammen und zwei gigantischen Dämonenfiguren zu beiden Seiten, wie das Tor zur Hölle. Der Soundcheck lässt bereits erahnen, mit welchen Tongewalten sich das Publikum bald konfrontiert sieht.

Alexander Baer

1. Vermessung des Setups Measurement of Setup

Oberstes Ziel im Rennsport ist die ständige Verbesserung der Rundenzeiten. Bevor jedoch überhaupt Optimierungsansätze hinsichtlich der Fahrdynamik eingesetzt werden können, ist zunächst die Kenntnis des aktuellen „Setups“ zwingend erforderlich, d. h. die Kenntnis der: Gewichtsverteilung und Abmessungen aktuellen Einstellwerte des Fahrwerks aerodynamischen Einstellparameter. Als Ausgangsbasis für Optimierungen sind Schwerpunktslage, statische Radlasten, Massenträgheitsmoment um die Hochachse sowie die Einstellwerte für Sturz, Spur, Nachlauf und Spreizung zu ermitteln. Ergänzt werden diese Werte durch die Bestimmung des Luftwiderstandsbeiwertes und des Rollwiderstandsbeiwertes anhand eines Ausrollversuchs.Oftmals nutzen Rennteams, insbesondere Amateure, ein schon bestehendes Auto anstelle eines selbst konstruierten Rennwagens. Deshalb ist es wichtig, das existierende Auto vermessen zu können, um anschließend darauf aufbauend die wichtigsten Berechnungen, die in diesem Buch vorgestellt werden, durchführen zu können.

Ralph Pütz, Ton Serné

10. Simulation der Fahrdynamik

In Kap. 1 wurde die effiziente Durchführung von Testfahrten beschrieben, die jedoch immer einer gründlichen Vorbereitung bedarf, um keine teure „Track Time“ zu vergeuden. Zur Vorbereitung der Testfahrten mit dem Ziel der Identifikation eines zielführenden Fahrzeug-Setups für die jeweilige Rennstrecke eignen sich insbesondere auch kommerzielle, fahrdynamische Simulationsprogramme. Diese ermöglichen es, komplexe Fahrzeugsysteme zu modellieren und Einflüsse von Einstellungsänderungen auf das Fahrzeug-Setup durch Parametervariationen vorab zu analysieren und damit den Testaufwand signifikant zu minimieren.

Ralph Pütz, Ton Serné

1. Einführung

Die Geschichte der Robotik hängt nicht nur vom technologischen Fortschritt ab. Vielmehr lieferten gesellschaftliche Entwicklungen die zentralen Impulse und führten sogar zur Prägung des Kunstworts Roboter. Diese Zusammenhänge werden von den Anfängen der Robotik gegen Ende des Mittelalters bzw. zu Beginn der Renaissance mit den berühmten Bewegungsmaschinen von Leonardo da Vinci bis zur heute existierenden großen Vielfalt an Robotern aufgezeigt. Das Zugpferd der Robotik stellt aber der Industrieroboter dar. So wird dessen Geschichte, Bauformen mit Einsatzszenarien sowie wirtschaftliche Prognosen detailliert dargestellt. Außerdem wird analysiert, wie sich der mechatronische Charakter von Robotern auf die Zusammensetzung von Entwicklungsteams auswirkt und warum agiles bzw. inkrementelles Projektmanagement einen wichtigen Erfolgsfaktor darstellt.Schließlich wird die Kategorie des Roboter-Manipulators erläutert sowie interessante Aufgabenstellungen und ein Lesekompass aufgeführt.

Jörg Mareczek

Kapitel 1. Energie als primäre Antriebsgröße

Für die Antriebskraft F und die Antriebsenergie W von Fahrzeugen gilt der fundamentale Zusammenhang.

Gerhard Babiel

Kapitel 6. Simulationsergebnisse

In diesem Kapitel werden die Simulationsergebnisse für den Vergleich der Fahrzeugdynamik auf dem Prüfstand bzw. der Dynamik des Hybrid-mechanischen Systems mit der Fahrzeugdynamik auf der Straße vorgestellt. Dabei werden sowohl das grundlegende Funktionsprinzip als auch das modulare, erweiterte Regelungskonzept mit den Reglern zur Kompensation der systemdynamischen Unterschiede analysiert. Im Rahmen dieser Arbeit ist es nicht möglich, sämtliche erarbeiteten Regler und wissenschaftlichen Erkenntnisse aufzuzeigen.

Alexander Ahlert

Kapitel 4. Modellierung der Fahrzeugdynamik

Eine notwendige Voraussetzung für den Reglerentwurf mit dem Ziel einer möglichst idealen Reglerperformance ist es, die Systemdynamik der Regelstrecke so genau wie nötig zu kennen. Es ist somit notwendig, die Regelstrecke, in diesem Fall das Hybrid-mechanische System, zu modellieren und das entstehende Modell für einen modellbasierten Reglerentwurf zu nutzen. Das Ziel ist es, das reale System so einfach wie möglich und so komplex wie nötig zu modellieren.

Alexander Ahlert

Kapitel 2. Fertigungstechnik

Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die Einteilung der Fertigungsverfahren. Neben den Aufgaben und Anforderungen an die Fertigungstechnik werden einige wichtige Grundbegriffe erläutert. Einen Schwerpunkt bilden dabei die spanenden Fertigungsverfahren sowie die Modellierung von Fertigungsprozessen.

Peter Hehenberger

Kapitel 1. Digitale Technologien verändern den Wettbewerb

Wenn wir vom Internet der Dinge und von Künstlicher Intelligenz als Game Changer sprechen, so meinen wir damit, dass gegenwärtig digitale Technologien die Spielregeln des Wettbewerbs grundlegend verändern. Diesen „Game-Changer-Effekt“ verdeutlichen wir zunächst anhand einiger Beispiele. Anschließend erläutern wir die Begriffe Internet of Things (IoT) und Künstliche Intelligenz (KI) und ihre Technologien. Die Märkte für IoT und KI wachsen weiterhin stark. Wir skizzieren wichtige industrielle Anwendungsgebiete von IoT und KI und gehen auf die Unterschiede zwischen B2C- und B2B-Geschäften ein. Am Ende des Kapitels fassen wir Fragen zusammen, die sich einem Unternehmen beim Start von IoT- und KI-Initiativen stellen.

Timothy Kaufmann, Hans-Gerd Servatius

11. Datenfusionsbasiertes, thermodynamisches Sensormodell zur Innentemperaturerfassung

Die Innenraumtemperatur in Fahrzeugen wird vorwiegend über einen zentralen diskreten Innenraumtemperatursensor erfasst und in der Regelung der Klimaautomatik verarbeitet. Die Positionierung des Sensors hat einen wesentlichen Einfluss auf die Mess- und Regelgüte. Dies führt meistens zu einer kompromissbehafteten, design-unverträglichen Integration im Fahrzeuginterieur. Mit der Verwendung von bereits existenten temperaturabhängigen Widerständen, weiteren Bordnetzsignalen und deren Fusion in ein thermodynamisches Modell ergibt sich die Möglichkeit, auf einen diskreten Innentemperatursensor zu verzichten. In diesem Beitrag wird ein softwarebasierter Ansatz eines thermodynamischen Modells auf Basis von Energiebilanzen im Fahrzeuginnenraum vorgestellt. Die Ergebnisse werden an Hand von Simulationen und Messungen diskutiert.

Tobias Glohr, José Manuel Briones Ayala, Thomas Tille

1. Szenarienbasierte Validierung eines hybriden Radarmodells für Test und Absicherung automatisierter Fahrfunktionen

Virtuelle Testmethoden im Bereich der Absicherung automatisierter Fahrfunktionen benötigen Modelle für die Umfeldsensorik. Gängige Modellierungsansätze konnten bisher nicht validiert werden, da keine ausreichenden Kriterien bekannt sind. In diesem Kapitel wird daher eine statistische Validierungsmethodik für die Positionsverteilung von Radardetektionen vorgestellt. Herausforderungen und Anwendungsmöglichkeiten der Methodik werden mit Hilfe realer und simulierter Radardaten diskutiert.

Thomas Eder, Alexander Prinz, Ludwig Brabetz, Erwin Biebl

13. Connected Car – Connected Customer: Die Automobilindustrie entdeckt den direkten Kundenkontakt

Kundenbeziehungsmanagement im digitalen Zeitalter stellt die Automobilindustrie vor mehrere besondere Herausforderungen. Digitale Möglichkeiten bieten einerseits erstmals den direkten Kontakt zwischen Automobilhersteller und dem Kunden, das „Connected Car“ ist die Basis für „Connected Customer“. Die bisher ausschließlich durch die Händler und Werkstätten gehaltenen Kundenbeziehungen müssen nun orchestriert werden mit den Touchpoints, die die Hersteller selber aufbauen, um dem Kunden eine einheitliche und durchgängige Customer Experience zu ermöglichen. Andererseits ist die Automobilindustrie traditionell sehr ingenieurs- und produktgetrieben – die Transformation zu einer kundenzentrierten Ausrichtung ist eine Herkules-Aufgabe, die verdeutlicht, dass die digitale Transformation zu 20 Prozent Technik ist und zu 80 Prozent ein Wandel im Denken.

Jürgen Padberg

5. Konstruktion

Das verabschiedete Produktkonzept mit den aufgezeigten Realisierungsmöglichkeiten für Form und Design sowie die Funktionen des Produktes wird mittels Konstruktion durch Ingenieure, Techniker und Produktdesigner als in Serie herstellbarer Gegenstand entwickelt. Dabei wird ein fertiger und gebrauchsfähiger Zustand festgelegt, der die technischen und gesetzlichen Anforderungen erfüllt.

Jürgen H. Kaiser

Elektromobilität – Trends und Herausforderungen der zukünftigen Großserienproduktion

Entgegen der allgemeinen Wahrnehmung, die „Elektromobilität“ sei eine Erfindung des 21. Jahrhunderts, reichen die Anfänge dieser bereits zurück bis in das 19. Jahrhundert, als der Amerikaner Thomas Davenport das erste batteriebetriebene Elektrofahrzeug entwickelte.

Achim Kampker, Kai Kreisköther, Patrick Treichel, Tom Möller, Yannick Boelsen

Strategische Planung der Antriebsportfoliotransformation von Automobilherstellern

Vor dem Hintergrund der im Pariser Klimaabkommen beschlossenen Dekarbonisierung des Verkehrssektors sind in Zukunft Verschärfungen der CO2-Gesetzgebung für Neufahrzeugverkäufe geplant [1]. In Europa müssen Automobilhersteller im Jahr 2021 einen CO2-Flottenemissionsgrenzwert von 95 g/km für Neufahrzeuge einhalten [2]. Dieser Grenzwert verschärft sich bis zum Jahr 2030 um weitere 37,5 % und wird perspektivisch weiter sinken [3].

Christoph Hüls, Christian Thies, Thomas S. Spengler, Karsten Kieckhäfer

Theoretische und praktische Ansätze zur Implementierung des automatisierten Straßenverkehrs in das Mobilitätssystem

Der nachfolgende Beitrag thematisiert aus der Praxis des Verkehrsgeschehens abgeleitete theoretische Grundlagen als Teil einer mehrjährigen Befassung, deren Gesamtergebnisse 2020 vorliegen sollen. Unter theoretischen Ansätzen wird dabei zweierlei verstanden:1. Eine grundlegende Betrachtungsweise des Technologieeinsatzes in seinen operativen Wirkungen auf das Verkehrsgeschehen, die von den solcherart ausgestatteten Kraftfahrzeugen ausgeht.2. Eine verkehrstheoretische Aufarbeitung aller möglichen Einsatzbereiche vor allem im öffentlichen Straßennetz in Hinblick auf Verkehrssicherheit, Unfallverhütung und kollaterale Betroffenheiten

Heinz Dörr, Andreas Romstorfer

Digital Reality

Anwendungsgebiete in der Automobilindustrie

Unternehmen, die im Umfeld der Automobilindustrie agieren, begegnen jeden Tag neuen Herausforderungen der unterschiedlichsten Art und Weise. Veränderte und heterogene Kundenanforderungen, schärfere Reglementierungen und Richtlinien sowie technologische Veränderungstreiber sind nur einige Faktoren, denen sie sich stellen müssen. Alle Faktoren haben eines gemeinsam – Automobilhersteller, Zulieferer und Dienstleister müssen möglichst schnell neue Kompetenzen aufbauen und vorhandene weiterentwickeln, um den Anschluss an den sich rasch entwickelnden Markt nicht zu verlieren.

Carsten Krause, Frank Lobeck, Maximilian Schäfer, David Kajkowski

1. Einleitung

Die Einleitung führt zunächst kurz in die ereignisdiskrete Simulation zur Analyse und Bewertung von Produktions- und Logistiksystemen ein und erläutert ebenfalls ihre Rolle im Kontext der Digitalen Fabrik für die Automobilindustrie. Zudem werden einige Hinweise zum Aufbau des Buches gegeben. Im Anschluss verdeutlicht ein kurzer Überblick den aktuellen Stand der Technik zu den verwendeten Simulationswerkzeugen in der deutschen Automobilindustrie. Ergänzend werden die Facetten der Standardisierung zur Unterstützung der Simulationsexperten und zur Einbindung der Ablaufsimulation in die betriebliche Organisation vorgestellt.

Gottfried Mayer, Carsten Pöge, Sven Spieckermann, Sigrid Wenzel

4. Simulation eines Farbsortierspeichers und eines Nacharbeitsbereiches einer Lackiererei der Automobilindustrie

Die Simulation als Planungs- und Analyse-Werkzeug vor Produktionsbeginn sowie später produktionsbegleitend hat sich in den vergangenen zwei Dekaden einen hervorragenden Ruf erarbeitet und ist heutzutage aus dem Produktionsplanungsprozess und dem Produktionsprozess nicht mehr wegzudenken. Gleichwohl ist zu erwarten, dass ihr auch in Zukunft eine immer wichtigere Rolle zukommen wird. In diesem Beitrag wird deswegen in mehreren Abschnitten am Beispiel eines konkreten Produktionsbereiches beschrieben, was die wesentlichen Aspekte für den Einsatz der Simulation sind. Dabei wird die ökonomische Notwendigkeit für die Simulation dargestellt, der Produktionsbereich in seiner technischen Funktionsweise beschrieben und dann auf den sehr spezifischen Aufbau des Simulationsmodells eingegangen. Dabei ist das Ziel, einerseits die Komplexität aufzuzeigen, die in sehr erheblichem Umfang von den verschiedensten Einflüssen, wie zum Beispiel dem Nacharbeitsbereich oder der Forderung nach Sequenzstabilität, abhängt. Andererseits soll aber auch dargestellt werden, wie eminent wichtig eine systematische und strukturierte Herangehensweise an solch eine Simulationsaufgabe ist. Im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit, aber auch im Hinblick auf die Beantwortung der Aufgabenstellung ist dies unumgänglich.

Georg Mehlig

5. Ablaufsimulation in der Fahrzeugendmontageplanung – Eine einheitliche und transparente Simulationsmethodik fördert die Nachvollziehbarkeit und das Vertrauen

Die Erstellung komplexer Simulationsmodelle und die Durchführung von Simulationsstudien erfordern neben modernen Simulationstools auch spezielle Expertise, die nur von technischen Spezialisten auf dem Gebiet der Simulation geleistet werden kann. Darüber hinaus ist es absolut notwendig, dass Fabrik- und Prozessplaner an Simulationsstudien mitarbeiten, die Inhalte verstehen, Vertrauen zu den Ergebnissen haben und letztendlich die Erkenntnisse umsetzen.Um den Ansprüchen beider Seiten gerecht zu werden, sollte der Simulationsexperte eine einheitliche und transparente Projektmethodik etablieren, die einen Leitfaden für alle Projekte darstellt. Dieser Beitrag stellt die Integration der Ablaufsimulation in die Fabrikplanung am Beispiel des Fertigungsbereichs Endmontage vor und liefert Beispiele für allgemein verständliche Vorgehensweisen.

Joachim Opp

15. Herausforderungen bei der Dimensionierung eines zentralen Entkopplungsmoduls in der Variantenfließfertigung und Darstellung eines selbstregulierenden Kreislaufsystems für Transportmittel

Der Beitrag zeigt die methodische Vorgehensweise zur Durchführung einer Ablaufsimulation im Produktionsverbund sowie die daraus resultierenden Herausforderungen. Im Rahmen eines Simulationsprojektes wird ein zentrales Entkopplungsmodul zwischen den Gewerken Karosseriebau, Lackiererei und Fahrzeugmontage dimensioniert. Die Kapazität ergibt sich aus den folgenden drei Funktionen des Entkopplungsmoduls: Ausgleich von wechselseitigen Störungen (Volumenstabilität), Wiederherstellung der eingeplanten Sequenz in der Fahrzeugmontage (Reihenfolgestabilität) und Handhabung der asynchronen Fahrweise der Gewerke (Glättung unterschiedlicher Schichtmodelle und Taktzeiten). Der Fokus liegt auf der Modellierung der Ausgleichseffekte eines zentralen Puffers mit wahlfreiem Zugriff und der Abbildung einer reihenfolgestabilen Variantenfließfertigung sowie des selbstregulierenden Transportskidkreislaufs.

Mareike Müller, Ulrich Burges

Kapitel 6. Praxisbeispiele multisensualer Markenführung

Marken werden in der Markenkommunikation oftmals nur mit der Ansprache von ein oder zwei Sinnen kommuniziert. Unternehmen, die ihre Marken mit der gezielten Ansprache von mehreren Sinnen den Kunden näherbringen, sind in der Minderheit. Markenplattformen wie Markenerlebniswelten, Museen, Roadshows etc. stellen dabei ein nützliches Marketinginstrument dar, um den Konsumenten ein größeres Spektrum an multisensorischer Gestaltung bieten zu können.

Paul Steiner

Kapitel 6. Logisches Denken

Wie nutzt man logische Brainteaser im täglichen Leben? Wie interessant sind sie? Die Antwort ist einfach: Logische Brainteaser fördern das rationale Denken und werden immer in irgendeiner Art und Weise gebraucht. Sie sind vielseitig, praktisch und komplex. Daher stellt der sechste Abschnitt „Logisches Denken“ eine Mischung aus Schätzfragen, Rätseln und Dilemmas dar. Die angebotenen Aufgaben sind in drei Bereiche unterteilt:G) „Schätzungen“ sind quantitative Abschätzungen zu Themen, zu denen fast keine Informationen vorliegen.H) „Detektiv-Rätsel“ erinnern an Geschichten, bei denen Sie als Detektiv handeln sollen.I) „Dilemmas“ beschreiben ethische Fragestellungen, zu denen es keine falsche oder richtige Antwort gibt.

Yevgen Lantsuzovskyy

7. Target Costing

In diesem Kapitel lernen Sie Target Costing warum die Notwendigkeit für Unternehmen besteht, sich bereits bei der Neuproduktentwicklung mit den zu erwarteten Herstellkosten zu beschäftigen. wie Zielkosten ermittelt werden und warum eine Dynamisierung der Zielkosten sinnvoll ist. in einem konkreten Fallbeispiel alle notwendigen Schritte von der Zielkostenplanung bis zur Kontrolle und Abweichungsanalyse. Außerdem können Sie anschließend bewerten, von welchen Kriterien der Erfolg des Target Costing abhängig ist.

Prof. Dr. Jürgen Horsch

Kapitel 3. Fahrzeugverhalten

Zur Untersuchung des On-Center Handling Bereichs wird ein Versuchsfahrzeug der unteren Mittelklasse mit elektrischer Hilfskraftunterstützung verwendet. Die elektrische Hilfskraft wird über ein Schneckengetriebe und ein zweites Ritzel auf die Zahnstange aufgebracht. Dieser Aufbau wird in der Literatur auch als „dual pinion“-Anordnung bezeichnet [36].

Andreas Singer

6. Kooperation und Kollaboration mit Schwerlastrobotern – Sicherheit, Perspektive und Anwendungen

Kollaborative Roboter mit hoher Nutzlast stehen vor Herausforderungen beim mechatronischen Design und der Definition von Rollen zwischen Mensch und Roboter. Die ersten in zahlreichen Forschungsprojekten entwickelten Prototypen der kollaborativen Schwerlastroboter haben gezeigt, dass solche Roboter dem Menschen bei der Handhabung von Schwerlasten enorm helfen, und ihn dadurch vor gesundheitsschädlichen Arbeitsbelastungen schützen. Durch leistungsstarke Sensorik und fortgeschrittene Steuerungstechnik wird diese Aufgabe machbar. Dabei ist es auch möglich, die strengen Bedingungen der Sicherheitsstandards, wie bei kleinen Robotern, zu erfüllen und Sicherheit der Menschen trotz höherer Trägheit des Roboters und höherer Lasten zu gewährleisten. In diesem Beitrag werden diese Herausforderungen im Kontext mehrerer Taxonomien der Mensch-Roboter-Kollaboration und industrieller Anwendungen analysiert und erklärt.

Dragoljub Surdilovic, Arturo Bastidas-Cruz, Kevin Haninger, Philipp Heyne

5. Berechnung und Auslegung von Baugruppen

Der Abschn. 5.1 befasst sich mit dem Ladungswechsel, dem Ausschieben des Abgases und dem Füllen des Zylinders mit Luft oder Frischgas und somit dem Austausch der Zylinderfüllung. Beide Vorgänge unterscheiden sich deutlich. Das Einströmen des Frischgases prägt die Gemischbildung und das Strömungsfeld im Zylinder. Zudem steuert der Ladungswechsel den im Zylinder verbleibenden Abgasanteil, das so genannte Restgas. Der Ladungswechsel beeinflusst so entscheidend die Verbrennung, daraus resultierend insbesondere den Drehmomentverlauf über der Motordrehzahl an der Volllast, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen in der Teillast sowie die Leerlaufqualität des Motors.Einführend wird die eindimensionale Simulation des Ladungswechsels vorgestellt. Ausgehend vom Ladungswechsel mit herkömmlichem starrem Ventiltrieb werden die Vorzüge variabler Steuerzeiten erörtert und es wird auf entsprechende Ausführungsformen des Ventiltriebs eingegangen.Um vorhandene, d. h. hier konkret im Ladungswechsel des Hubkolben-Verbrennungsmotors versteckte Potenziale, auszuschöpfen, bedarf es auch der Variabilität des Ventilhubs. In einfachster Ausprägung entspricht dem die variable Ventilhubumschaltung. Ein großer Schritt bedeutet schließlich der voll variable Ventiltrieb, der auch den kontinuierlich variablen Ventilhub beinhaltet. Dieser ermöglicht die drosselfreie Laststeuerung mit erheblicher Kraftstoffverbrauchseinsparung bei niedriger Last und Drehzahl. Ergänzend wird auch auf die Besonderheiten des Ladungswechsels von Turbomotoren eingegangen. Neben ausführlicher Diskussion des Ladungswechsels findet zudem die Berechnung des dynamischen Verhaltens von Ventiltrieben Berücksichtigung.Vor dem Hintergrund rückläufiger Absatzzahlen bei Pkw-Dieselmotoren bestand für die Automobilhersteller zwecks Erreichung der CO2-Flottenemissionsziele, d. h. Vermeidung von Strafzahlungen, die Notwendigkeit, Ottomotoren mit neuen Technologien auszurüsten. So wurden bei einzelnen Vierzylindermotoren u. a. die Zylinderabschaltung, das Miller-Verfahren und die variable Verdichtung eingeführt. Auf Erstere geht der Abschn. 5.1 ebenfalls ein. Mit Letzterer befasst sich der Abschn. 5.3.Beim Massenausgleich des Hubkolbenmotors, Abschn. 5.2, geht es darum, die Einleitung von niederfrequenten Schwingungen über die Motoraufhängung in die Karosserie durch primäre Maßnahmen am Motor selbst zu minimieren. Dies setzt eine günstige Auslegung des Triebwerks hinsichtlich seiner freien Massenwirkungen voraus. Dabei ist zwischen dem Ausgleich rotierender und oszillierender Massenkräfte und -momente zu unterscheiden. Oszillierende Massenkräfte und -momente weisen auch höhere Ordnungen auf, von denen jedoch lediglich noch die 2. Ordnung von praktischer Bedeutung ist.Einführend wird der Massenkraftausgleich 1. Ordnung des Einzylinder-Triebwerks mittels Gegengewichten an der Kurbelwelle erläutert, darauf basierend der der Reihenmotoren und des V2-Triebwerks. Der Massenmomentausgleich 1. Ordnung mittels Gegengewichten wird am Beispiel des so genannten Längskippmoment-Ausgleichs erklärt. Nicht längssymmetrische Kurbelwellen stehen dabei im Fokus. Bei einigen gebräuchlichen Kröpfungsanordnungen kann das Massenmoment 1. Ordnung durch den so genannten „Normalausgleich“ (Ausgleich von 100 % der rotierenden und 50% der oszillierenden Massenkräfte) zumindest halbiert oder sogar gänzlich ausgeglichen werden.Aufgrund gestiegener Komfortansprüche werden mittels Gegengewichten an der Kurbelwelle nicht ausgleichbare oszillierende Restkräfte 2. Ordnung bzw. rotierende -momente 1. Ordnung mit zwei gegensinnig rotierenden Ausgleichswellen bzw. einer gegen die Drehrichtung der Kurbelwelle rotierende Ausgleichswelle vollständig kompensiert.

Eduard Köhler, Rudolf Flierl

Kapitel 13. Anhang

In der Halbleiterei hat man öfters einige Differentialgleichungen (DGLs) am Hals, die dann für diese oder jene Anwendung gebraucht, oder manchmal auch missbraucht werden. Das Problem ist dann, dass der arme Elektrotechnikstudent und seine vielleicht zukünftige Freundin am Nachbartisch mangels Vorbildung im dritten Semester die Differentialgleichung weder verstehen, noch mit der speziellen Rechnung, die damit durchgezogen werden soll, irgendetwas anfangen können. Es kann also nicht schaden, sich einige dieser DGLs vorher, am besten gemeinsam mit der Kollegin vom Nachbartisch, mal in Ruhe anzuschauen.

Jürgen Smoliner

5. Technische Geräusche

Maschinen- und Anlagen verursachen Geräusche, die häufig als störend empfunden werden und deren Geräuschpegel aus unterschiedlichen Gründen verringert werden müssen. Eine Geräuschminderung beginnt mit der Identifizierung und Analyse der Entstehungsmechanismen [1, 2]. Die Zielsetzung bei der Auslegung der Systeme und der Konstruktion von Bauelementen richtet sich nach dem menschlichen Empfinden der Geräusche und Schwingungen (siehe auch Kap. 6 ). Hierbei werden die fühlbaren Schwingungen im Übergangsbereich zu hörbaren Geräuschen im Frequenzbereich 50 bis 100 Hz als Vibrationen bezeichnet. Die Begrifflichkeit der Vibration suggeriert dem Menschen, im Gegensatz zum Begriff der Schwingung, die unmittelbare subjektive Hörbarkeit oder Fühlbarkeit eines dynamischen Vorgangs. Die Beschreibung erfolgt phänomenologisch und orientiert sich an den subjektiven Beiträgen der Produkteigenschaften, die einen nutzbaren Kundenwert darstellen (Tab. 5.1).

Gh. Reza Sinambari, Stefan Sentpali

3. Organisation und Reglementierung

Die professionelle Austragung von Rennserien oder Motorsportveranstaltungen erfordert ein strukturiertes Zusammenspiel von Motorsport- bzw. Automobilverbänden, Vermarktungsgesellschaften, Veranstaltern und teilnehmenden Rennställen. Abb. 3.1 zeigt die wesentlichen Rollen und Aufgaben, die zur Austragung einer Rennserie wahrgenommen werden. Eine Auswahl einiger bedeutender Automobil- bzw. Motorsportverbände und die ihr zugeordneten Rennserien bietet Abb. 3.2.

Lars Frömmig

9. Konzept und Struktur

Unter dem Begriff Gesamtfahrzeugkonzept werden alle technischen Prinziplösungen bzw. Komponenten zusammengefasst, die zur Aufgabenerfüllung eines Fahrzeugs erforderlich sind. Als Träger der Komponenten fungiert die Fahrzeugstruktur bzw. die Rohkarosserie. In Abb. 9.1 sind die wesentlichen Einflüsse auf das Gesamtfahrzeugkonzept und seine Struktur zusammengefasst.

Lars Frömmig

6. Aerodynamik

Die Aerodynamik ist im Hochleistungsrennsport zum dominierenden Wettbewerbsfaktor geworden. In diesem Abschnitt werden die wichtigsten Kennwerte zur Beschreibung aerodynamischer Eigenschaften eines Fahrzeugs eingeführt, und ihr Einfluss auf die Fahrdynamik wird erläutert. Mithilfe dieser Kennwerte wird verdeutlicht, in welchen Dimensionen sich das aerodynamische Verhalten eines Rennfahrzeugs von dem eines Serienfahrzeugs unterscheidet. Im weiteren Verlauf des Kapitels werden dann Funktion und Zusammenspiel der aerodynamischen Komponenten eines Rennfahrzeugs beschrieben.

Lars Frömmig

1. Einleitung

In diesem Kapitel werden die Grundlagen der rechnerunterstützten Konstruktion Computer Aided Design (CAD) vermittelt. Zusätzlich werden die besonderen Features von Onshape erläutert. Anschließend werden wichtige Funktionen und Einstellungen in Onshape Schritt für Schritt eingeführt und anhand von Screenshots anschaulich dargestellt.

Stefan Junk

10. 3D-Druck und Montage des JetMobils

Nach Abschluss der 3D-Modellierung aller Einzelteile des JetMobils können diese mithilfe eines 3D-Druckers hergestellt werden. Dazu sollte ein 3D-Drucker nach dem FDM-Verfahren ausgewählt werden. Solche Drucker werden von vielen Dienstleistern im Internet oder vor Ort im 3DDruckladen verwendet. Daher werden in diesem Kapitel zunächst die Datenübertragung vom CAD-System zur 3D-Druckersoftware und die Datenvorbereitung für den 3D-Druck dargestellt. Dabei wird auch der Einsatz einer App aus dem Onshape App Store erläutert, welche die Datenprüfung und die Lieferantensuche unterstützt. Anschließend wird die Herstellung und Montage des JetMobils erläutert.

Stefan Junk

8. Zusammenbau

Nachdem nun alle Bauteile des JetMobils erstellt worden sind, können diese virtuell zusammengebaut werden. Dazu wird zunächst ein Bauteil eingelesen, ausgerichtet und fixiert. Dieses erste Bauteil dient als „Fundament“ für den Zusammenbau, auf dem der weitere Zusammenbau der weitern Bauteile aufgesetzt wird.

Stefan Junk

7. Modellierung der Karosserie

Als letztes Bauteil wird die Karosserie als Grundkörper mithilfe von drei miteinander verbundenen Linienzügen (Profilen) erzeugt. Dieser Grundkörper wird ausgehöhlt, um eine möglichst leichte Struktur zu erhalten. Zudem wird die Karosserie in zwei Bauteile geteilt, um sie einfacher 3D-drucken und besser auf das Lager montieren zu können.

Stefan Junk

5. Modellierung des Lagers

Die beiden Lager tragen das Strahlrohr und werden auf dem Chassis montiert. Da beide Lager identisch sind (Gleichteile), wird nur ein Lager konstruiert. Das Lager besitzt einen runden Ausschnitt, in den das Strahlrohr gesteckt wird. Durch die ebene Fläche am Ausschnitt ist das Strahlrohr gegen Verdrehen gesichert. Das Lager wird ebenfalls ausgehöhlt (siehe Schnitt in der Zeichnung links), um den 3D-Druck zu vereinfachen. Zudem verfügt das Lager über einen geschlitzten Zapfen (siehe Detail B) mit dem eine Schnappverbindung zum Chassis hergestellt wird.

Stefan Junk

Kapitel 2. Beispiele für technische und nichttechnische Regelungsaufgaben

An vielfältigen Beispielen illustriert dieses Kapitel das breite Einsatzgebiet der Regelungstechnik und weist auf wichtige Randbedingungen für die Lösung von Regelungsaufgaben hin. Es zeigt dabei, dass sich die aus unterschiedlichen Anwendungsgebieten stammenden Aufgaben in einheitlicher Weise systemtheoretisch formulieren lassen.

Jan Lunze

§ 10 Handwerksrecht

Das Handwerksrecht ist eines der ältesten Rechtsgebiete des öffentlichen Wirtschaftsrechts. Seine Bedeutung darf dennoch weder für die heutige Volkswirtschaft und Verwaltungspraxis noch für die Rechtswissenschaft unterschätzt werden. Die Handwerksordnung (HwO) bietet ein anschauliches Beispiel für den weiten Einschätzungs- und Gestaltungsspielraum, der dem Gesetzgeber von der herrschenden Meinung in Literatur und Rechtsprechung gerade bei der normativen Ausgestaltung des Wirtschaftslebens eingeräumt wird. Es ist vornehmste Aufgabe der Legislative, den Berufszugang zum Handwerk innerhalb der ihr gesetzten verfassungs- und unionsrechtlichen Leitplanken zu regeln und den rechtspolitisch „richtigen“ Weg zwischen Regulierung (Beibehaltung Meisterpflicht), Liberalisierung (Gewerbefreiheit) und – neuerdings – Re-Regulierung (Rückvermeisterung zulassungsfreier Handwerke) zu finden.

Simon Bulla

Kapitel 3. Das Handwerk – Eine Einführung

Das „Handwerk“ wurde lange Zeit als historische Kategorie begriffen, sozusagen als das Abbild betrieblicher Realität in der vorindustriellen Zeit. In der Regel wurde diese Ansicht gepaart mit der impliziten Annahme, es handele sich bei Handwerksbetrieben um Betriebe, die ihre Produkte ausschließlich in Handarbeit d. h. durch manuelle Produktion herstellen (vgl. Glasl et al. 2008, S. 7). Vor dem Hintergrund des durch den technologischen Wandel bedingten weitverbreiteten Einsatzes von Maschinerien und innovativen Technologien – auch in Handwerksbetrieben – ist diese Auffassung vom Handwerk jedoch in der heutigen Zeit als nicht mehr zeitgemäß anzusehen.

Laura Naegele

Kapitel 8. Ergebnisdarstellung der qualitativen Typenbildung

Zur Verdeutlichung des weiteren Vorgehens werden die einzelnen Stufen des Verfahrens jeweils zu Beginn der folgenden Unterkapitel noch einmal kurz abgehandelt und direkt mit der Ergebnisdarstellung verknüpft. Dabei widmen sich Kapitel 8.1 – 8.5 den 5 Verfahrensstufen nach Kelle und Kluge, während Kapitel 8.6 die Ergebnisse der empirischen Typenbildung diskutiert. Abschließend diskutiert Kapitel 8.7 mit Blick auf die gestellten Forschungsfragen dieser Arbeit, die Tragfähigkeit des erarbeiteten heuristisch-analytischen Theorierahmens sowie die identifizierten Unterschiede der identifizierten (Begründungs-)Parameter bzw.

Laura Naegele

4. Konzeptentwicklung für ein funktionsintegriertes Bodenmodul

In der Literatur sind zahlreiche Vorgehensweisen und Ablaufpläne zur Entwicklung technischer Produkte bekannt. (Laut Kopp Auslegung und Dimensionierung von großflächigen polyurethanbasierten Sandwichbauteilen unter Berücksichtigung von konzeptionellen und fertigungstechnischen Einflüssen. Dissertation, Universität Stuttgart, 2015) liegt den gängigen Vorgehensweisen eine gemeinsame Vorgehenslogik zugrunde. Diese kann nach Pahl/Beitz in vier grundlegende Phasen gegliedert werden: „(Aufgabe) Klären“, „Konzipieren“, „Entwerfen“ und „Ausarbeiten“.

Sebastian Vohrer, Gundolf Kopp

11. Praxisbeispiele der ARENA2036

Die Forschungsarbeiten der ARENA2036 wurden an realitätsnahen Anwendungsbeispielen aus dem Kontext der Automobilproduktion validiert. Hierzu diente ein Anwendungsfall aus der Türenmontage An diesem lassen sich die Herausforderungen einer volatilen Nachfrage, hohen Variantenvielfalt, wie aber auch Komplexität der Bauteilgeomtrien und Fügeprozesse gut abbilden. Die Untersuchungen betreffen alle bereits eingeführten Einzeltechnologien und -entwicklungen der vorhergehenden Kapitel. Die eingangs erwähnten Kriterien zur Überprüfung der Vorteile eines neuartigen Produktionskonzeptes wurden als Bewertungsmaßstab herangezogen.

Thomas Dietz, Manuel Fechter

Symbiose virtueller und experimenteller Methoden für effizienteres Testen und Entwickeln

Durch neue technologische Entwicklungen im Bereich der Prüftechnik ergeben sich Potenziale den modellbasierten Entwicklungsprozess sowie Validierungs- und Freigabetests deutlich zu beschleunigen. Hierdurch können Kosten verringert, die Zusammenarbeit interdisziplinärer Teams gefördert und die Zeit bis zum Markteintritt reduziert werden. Die Arbeit stellt einen neuen Ansatz zur Symbiose virtueller und experimenteller Methoden vor, der es erlaubt die wesentlichen Vorteile beider Vorgehensweisen zu vereinen. Grundlage für diesen neuen Ansatz sind neuartige, bisher prototypisch umgesetzte, Entwicklungswerkzeuge: Einstellbare Lagerungen, einstellbare und adaptive Schwingungstilger und ein energieeffizientes mechanisches Hardware-in-the-loop System. Als Anwendungsbeispiele werden das Konzept eines neuartigen Antriebsstrangprüfstandes für die NVH-Entwicklung, sowie erste Ergebnisse aus einem Versuchsaufbau zur Untersuchung und Charakterisierung von hydraulischen Stoßdämpfern präsentiert.

Jan Hansmann, Jonathan Millitzer, Sebastian Rieß, Louis Balzer

Kapitel 4. Forschungsdesign zur Erarbeitung von Gestaltungswissen

Ziel dieses Abschnittes ist die Integration der erarbeiteten Grundlagen in ein gestaltungsorientiertes Vorgehen. Dazu müssen die Richtlinien der gestaltungsorientierten Forschung berücksichtigt werden, vgl. Tabelle 25.

Tim Schleicher

Kapitel 13. W

Ludwig Gramlich, Peter Gluchowski, Andreas Horsch, Klaus Schäfer, Gerd Waschbusch

Abgasnachbehandlung

Zunächst werden die wichtigsten Abgasbestandteile vorgestellt und deren Entstehung erläutert. Im Detail werden anschließend die innermotorischen Maßnahmen diskutiert, die ergriffen werden können, um die Abgasrohemissionen des Motors zu reduzieren. Diese Maßnahmen werden außerdem im Hinblick auf ihr Reduktionspotenzial gegenüber den aus der Verbrennung resultierenden Geräuschemissionen und dem spezifischen Kraftstoffverbrauch eines Dieselmotors bewertet.Nach einer einleitenden Beschreibung des Begriffs Abgasnachbehandlung wird der aktuelle Aufbau von Abgasnachbehandlungssystemen für Dieselmotoranwendungen in Pkw, leichten und schweren Nutzfahrzeuganwendungen sowie mobilen Arbeitsmaschinen ausführlich erläutert.Abgasnachbehandlungssysteme sind, je nach Anforderung an die Emissionsminderung, aus Systemen zur Eindosierung von Hilfsstoffen (wässrige Harnstofflösung, Kraftstoff), Partikelfilter und verschiedenen Katalysatoren (Diesel-Oxidations-Katalysator, SCR- und NSC-Katalysator) aufgebaut. Die in Verwendung befindlichen Einzelkomponenten werden charakterisiert und hinsichtlich ihrer Funktion und Auslegungsmerkmale beschrieben. Detailliert wird anschließend auf Auslegung, Einsatzrandbedingungen, Wechselwirkung zwischen motorischen Betriebsparametern und den einzelnen Abgasnachbehandlungskomponenten untereinander sowie die Systemintegration eingegangen.

Dr.-Ing. Sebastian Fischer, Dr.-Ing. Michael Krüger, Dr.-Ing. Ulrich Projahn, Dr.-Ing. Hartmut Lüders, Dipl.-Ing. Florian Dittrich

Elektronische Steuerung und Regelung

Die elektronische Dieselregelung setzt sich aus dem Motorsteuergerät sowie den zugehörigen Sensoren und Stellgliedern zusammen. Für einen bestmöglichen Motorbetrieb werden über das Steuergerät zahlreiche Betriebsparameter mit Sensoren erfasst und daraus mittels komplexer Algorithmen Signalverläufen zur Ansteuerung der Aktoren erzeugt. Nach Beschreibung von Arbeitsweise, Fahrzeugarchitektur und der Systemblöcke wird im Detail die momentengeführte Einspritzregelung behandelt. Gegenstand der nachfolgenden Betrachtungen sind die λ-Regelung für Dieselmotoren sowie die Regelung und Ansteuerung von Aktoren. Abschließend wird noch auf die Kommunikation mit Steuergeräten anderer Fahrzeugsysteme eingegangen.Die eng tolerierten Anforderungen an Einspritzgenauigkeit und Spritzabstände lassen sich über die Produktlebensdauer wirtschaftlich nur durch den Einsatz geeigneter Steuer- und Regelalgorithmen gewährleisten. Die darauf basierenden Zumessfunktionen nutzen gezielt das spezifische Verhalten der Einspritzhydraulik und verwenden zur präzisen Mengenzumessung Signale bestehender Sensoren als Hilfsgrößen oder auch modellbasierte Ansätze. Die wichtigsten Zumessfunktionen werden vorgestellt, Aufbau und Funktion ausführlich beschrieben.Nach einer allgemeinen Definition der Aufgabe „Applikation“ wird die prinzipielle Vorgehensweise bei Steuerungs- und Regelungsaufgaben beschrieben. Moderne, auf physikalischen Modellen basierende Regelungsverfahren werden im Anschluss erläutert. Die erforderlichen Applikationswerkzeuge und Prüfstände werden vorgestellt und moderne, auf statistischen Modellen basierende, Versuchsmethoden betrachtet. Zum Abschluss wird der Ablauf eines typischen Applikationsprojektes skizziert.Mit der Digitaltechnik ergeben sich vielfältige Möglichkeiten zur Steuerung und Regelung elektronischer Systeme im Kraftfahrzeug. Eine zentrale Funktion nimmt dabei das Motorsteuergerät ein, an das hohe Anforderungen bezüglich Funktionalität, Qualität und Lebensdauer, auch unter teilweise extremen Einsatzbedingungen, gestellt werden. Die dazu notwendige Hard- und Softwarearchitektur, die zugehörigen Bauelemente sowie die Aufbau- und Verbindungstechnik werden detailliert beschrieben. Abschließend wird noch auf die Themen funktionale Sicherheit und Tuningschutz eingegangen.

Dipl.-Ing Klaus Schwarze, Dr.-Ing. Claus Hinrichsen, Dr.-Ing. Oliver Fein, Dipl.-Ing. Kilian Bucher, Dr.-Ing. Ulrich Projahn, Dr.-Ing. Johannes Schaller, Dr. phil. Carola Eckstein

Kapitel 9. Ausblick

Der Fokus des Buches liegt auf der Vermittlung eines besseren Verständnisses der visuellen Informationsverarbeitung und ihrer Bedeutung für profilierende, attraktive Markenkommunikation. Der Leit-Sinn zur Etablierung und Vermittlung von Markenprofilen ist das Sehen und visuelle Wahrnehmen. Dies gilt vermutlich für die überwältigende Mehrheit aller Branchen und aller dort agierenden Marken, mit nur wenigen Ausnahmen, wie z. B. der Musikindustrie, in der ein akustischer Erstkontakt möglicherweise wahrscheinlicher und prägender ist.

Andreas Hofmann

Kapitel 5. Schwingungsaufnehmer

Dieses Kapitel behandelt die grundlegenden Messprinzipe für kinematische Größen, die sich daraus ergebenden Bauformen der verwendeten Schwingungsaufnehmer und Auswahlkriterien für den Einsatz. Ebenso werden die zur Charakterisierung von Schwingungsaufnehmern und Messketten häufig verwendeten Grundbegriffe der Frequenzbänder sowie die Pegeldarstellung erläutert. Für die Anwendung werden damit die Messprinzipe systematisiert sowie deren Möglichkeiten und Anwendungsgrenzen dargestellt.

Thomas Kuttner, Armin Rohnen

Kapitel 3. Aufwuchs der frühen Ressourcen

Zu Beginn der 1960er Jahre waren die zu wenigen Dozenten mit der Mathematik für die Ingenieurausbildung bereits mehr als ausgelastet; dennoch stiegen die Studentenzahlen durch das Interesse für die Informatik stark. Es wird über den steten Kampf berichtet, entsprechend Professoren, Mitarbeiter, Mathematisch-Technische Assistenten und Techniker zu gewinnen, die es in dieser Frühphase eigentlich noch gar nicht geben konnte, sowie die Mittel und Stellen für deren Vergütung. Aus den ständig notwendigen Improvisationen der ersten Beteiligten entstand ein Zusammengehörigkeitsgefühl, das sich auch in vielen außerwissenschaftlichen Aktivitäten äußerte.

Gunther Schmidt

Bauen mit weniger Ressourcen: Mehr Nutzen für mehr Menschen

In der Klimadebatte wird heutzutage der Bau- und Immobilienbereich so gut wie nie thematisiert. Erstaunlich, wenn man bedenkt, dass die globale Baubranche zwischen 30 und 40 % des heutigen Ressourcen- und Energieverbrauchs, 60 % der weltweiten Transporte, 40 % des momentanen Abfallaufkommens und 30 % aller energierelevanten Treibhausgasemissionen verantwortet. Das liegt v. a. an tradierten Bauprozessen, die bislang noch zu wenig von Zukunftsthemen wie der Digitalisierung oder der Ressourceneffizienz profitieren. Die Autoren plädieren daher dafür, die Art und Weise, wie Gebäude errichtet und betrieben werden, komplett neu zu denken: weg vom Prototypenbau und hin zur Lebenszyklusbetrachtung, dem digitalen Zwilling, dem Systembau mit Holz-Hybridmodulen und einer umfassenden Online-Plattform. Nur mit solch disruptiven, substanziellen Veränderungen kann sich die Baubranche zukunftsfähig transformieren, bevor das jemand anders tut.

Harald Professner, Hubert Rhomberg

Kapitel 3. Heutige und zukünftige Treibhausgasemissionen nach einer Life-Cycle-Analysis (LCA)

In diesem Kapitel werden die THG-Emissionen dargelegt, welche für Automobile mit unterschiedlichen Energieträgern und Antriebstechnologien einhergehen. Die Erhebung der THG-Emissionen erfolgt gemäß der Systematik einer Lebenszyklusanalyse (LCA). Die Verwendung von spezifischen THG-Emissionen ist u. a. für Vergleichszwecke vorteilhaft. Spezifische Emissionen werden auch als Emissionsfaktoren bezeichnet. Von besonderer Relevanz ist der Emissionsfaktor von Strom, da sich dieser für alle elektrischen Antriebstechnologien und strombasierten Kraftstoffe signifikant auf die gesamten THG-Emissionen auswirkt, welche mit diesen Technologien einhergehen. Es wird ein erneuerbarer Strombezug definiert, bei welchem nachweislich keinerlei direkte THG-Emissionen durch konventionelle Stromerzeugungsanlagen hervorgehen. Zudem werden bestehende Grünstromprodukte hinsichtlich ihrer Verursachergerechtigkeit bewertet. Letztlich werden die Emissionsfaktoren für unterschiedliche Strombezugsvarianten abgeleitet.

Martin Zapf, Hermann Pengg, Thomas Bütler, Christian Bach, Christian Weindl

Kapitel 5. Gesamtkosten nach der Total Cost of Ownership Methodik (TCO) – Differenzierung nach Antriebsspezifischen Kosten

In diesem Kapitel werden die einzelnen Bestandteile der Gesamtkosten analysiert, die in Summe über den Lebensweg eines Fahrzeuges entstehen. Es werden die Kostenbestandteile nach der Total Cost of Ownership (TCO) Methodik für die Referenzfahrzeuge betrachtet. Für Standardfahrzeuge werden diejenigen Kostenbestandteile einer TCO-Analyse untersucht, welche als kennzeichnend für eine Antriebstechnologie gelten, als Gesamtkosten (TCO) exkl. Steuern und Versicherungen bezeichnet. Neben Steuern und Versicherungszahlungen beinhalten diese Gesamtkosten auch keine Entsorgungs- bzw. Recyclingkosten. Die Energiepreise je Energieträger werden detailliert analysiert, aufgetrennt in die Kosten für Produktbeschaffung, Verteilung und Verkauf sowie Steuern. Die Energiekosten je Antriebstechnologie ergeben sich aus den Energiepreisen und dem Energieverbrauch der Fahrzeuge.

Martin Zapf, Hermann Pengg, Thomas Bütler, Christian Bach, Christian Weindl

Corporate Social Responsibility und Energiewende

Die Energiewende stellt uns vor völlig neue Herausforderungen. Und dabei geht es nicht nur um neuartige Produkte der Firma Dürr, sondern auch um grundsätzliche Fragen unserer Gesellschaft. Hier setzt nun die Heinz und Heide Dürr Stiftung an. Energieeffizienz muss durch die gesamte Gesellschaft gestemmt werden. Wir haben einen relativ armen Staat und relativ wohlhabende Bürger. Da ist privates Engagement eine Frage der Verantwortung gegenüber der Gesellschaft. Stiftungen übernehmen gesellschaftliche Verantwortung und können Projekte vor allem auch finanziell anstoßen, die der Staat aufgrund seiner Struktur – insbesondere seiner Gebundenheit an das Haushaltsrecht – gar nicht angehen kann. Entscheidend ist, dass das Thema Energieeffizienz auf die politische Agenda gesetzt wird. Mindestens gleichberechtigt mit den erneuerbaren Energien. Die Politik muss die Bürger dabei mitnehmen und nicht nur von Netzausbau, Versorgungssicherheit, Kraftwerksabschaltungen und Strompreisen sprechen. Unbestritten sind das wichtige Themen, aber für den Bürger sind sie häufig nicht greifbar und sehr komplex. Warum fangen wir nicht beim Einfachen an? Warum nicht alle Beteiligten in die Energiewende aktiv einbinden? Energiesparen als integrativer gesellschaftlicher Ansatz, der sinnstiftend dafür sorgt, dass wir uns alle positiv mit der Energiewende, einem der größten und wichtigsten volkswirtschaftlichen Projekte Deutschlands, identifizieren.

Heinz Dürr

9. Vergleich Serie – Rennsport Comparison Stock – Racing

Vergleiche zwischen Serien- und Rennfahrzeugen ziehen sich zwar zur Erhöhung der Anschaulichkeit durch das gesamte Buch, hier sollen aber Gemeinsamkeiten und Unterschiede zusammenfassend kompakt direkt gegenüber gestellt werden. Das sagt über beide Branchen, ihre Arbeitsweisen und Produkte auf wenigen Seiten viel aus.

Michael Trzesniowski

2. Elektroantriebe E-Drive

Der Antrieb eines Fahrzeugs durch einen Elektromotor ist kein Gedanke unserer Zeit. Er wurde bloß getrieben durch die öffentliche Diskussion zur Reduzierung des Treibhausgases CO2 wieder aufgegriffen. Das erste Straßenfahrzeug, das die 100-km/h-Marke bei einer Rekordfahrt überschritten hat, war ein torpedoartiger Einsitzer im Jahre 1899. Angetrieben wurde der Rekordwagen von zwei 25-kW-Elektromotoren an der Hinterachse. Dass sich der Elektroantrieb bei Straßenfahrzeugen zu dieser Zeit nicht durchsetzen konnte, hatte mehrere Gründe, wovon einer heute noch von Bedeutung ist: Das sperrige Volumen und die große Masse des Energiespeichers, der Batterie. Enorme Fortschritte gab es in der Zwischenzeit jedoch auf dem Gebiet der Elektronik, was für die Ansteuerung der Elektromotoren und die Lebensdauer der Batterien von Bedeutung ist. Für Rennfahrzeuge mit ihren von Alltagsfahrzeugen abweichenden Anforderungen sieht die Betrachtung von Elektroantrieben besonders vor dem Hintergrund einiger Umwelt-Kritikpunkte am Rennsport wesentlich anders aus.

Michael Trzesniowski

5. Aerodynamik Aerodynamics

War es am Anfang der Rennfahrzeugentwicklung noch von vernachlässigter bzw. untergeordneter Bedeutung, welche Einflüsse die Luft auf ein Fahrzeug hat, so ist die Aerodynamik heute in den meisten Rennserien das bestimmende Entwicklungsinstrument, dem alles andere untergeordnet wird.

Michael Trzesniowski

2. Fahrzeugkonzept und Entwurf Vehicle Concept and Draft Design

Mit dem Konzept werden die Weichen für die spätere Detailkonstruktion gestellt. Es geht um die grobe Anordnung der größten und schwersten Teile und um die grundlegende Charakteristik des Wagens. Die Konzeptarbeit darf nicht unterschätzt werden. Fehlentscheidungen am Anfang eines Projekts sind später oft nur schwer wieder zu korrigieren. Der Teufel, sagt man, steckt im Detail und meint damit etwa das Konzept sei nicht so entscheidend. Dem muss hinzugefügt werden, dass die Vorfahren des Teufels bereits im Konzept steckten.

Michael Trzesniowski

4. Cockpit Cockpit

Das Cockpit ist der Arbeitsplatz des Fahrers. In dem Bereich kommt neben der Technik ein menschlicher Einfluss ins Spiel. Ergonomie ist entscheidend, dass der Fahrer die möglichen Fahrleistungen eines Fahrzeugs auch tatsächlich umzusetzen vermag.

Michael Trzesniowski

3. Sicherheit Safety

Mit Rennfahrzeugen wird versucht möglichst schnell eine bestimmte Strecke zu durchfahren. Die Grenzen geben dabei in erster Linie die Motorleistung, die Haftung der Reifen und das Können des Fahrers vor. Das oft zitierte Fahren im Grenzbereich ist eine Gratwanderung, bei der die Grenzmarken nicht oder nicht immer sichtbar sind. Möglichst schnell fahren kann daher auch bedeuten die Grenzen zu überschreiten. Weil dies oft bei hoher Geschwindigkeit passiert, kommt dem Schutz des Fahrers eine hohe Bedeutung zu. In dem Zusammenhang gibt folgendes Zitat die Entwicklungsrichtung vor:

Michael Trzesniowski

1. Einleitung

Unter Motorsport werden alle mit motorgetriebenen Land- oder Wasserfahrzeugen betriebenen Sportarten (Automobil-, Motorrad-, Motorbootsport) verstanden. Zum Automobilsport u. a. Straßenrennsport (Racing), Rallye- und Tourenwagensport, Auto- und Rallyecross und Kfz-Veteranensport; zum Motorradsport gehören u. a. Straßenrennsport (Racing), Leistungsprüfungssport (Enduro), Speedway und Eisspeedway; zum Motorbootsport Motorbootrenn- (Regatten auf einem durch Wendebojen markierten Rundkurs von 1500 bis 2000 m Länge in mehreren Läufen) und Offshoresport, im weiteren Sinn auch der Wasserskisport. Im Folgenden sollen mehrspurige Wettbewerbsfahrzeuge im Mittelpunkt der Betrachtungen stehen, Abb. 1.1.

Michael Trzesniowski

8. Vergleich Serie – Rennsport Comparison Stock – Racing

Vergleiche zwischen Serien- und Rennfahrzeugen ziehen sich zwar zur Erhöhung der Anschaulichkeit durch das gesamte Buch, hier sollen aber Gemeinsamkeiten und Unterschiede zusammenfassend kompakt direkt gegenüber gestellt werden. Das sagt über beide Branchen, ihre Arbeitsweisen und Produkte auf wenigen Seiten viel aus.

Michael Trzesniowski

7. Außenhaut Bodywork

Der Außenhaut kommen weit mehr Aufgaben zu als bloß die Innereien abzudecken. Sie beinhaltet viele Aerodynamikfunktionen und prägt wie keine andere Baugruppe die Gesamterscheinung des Wagens auf den Betrachter.

Michael Trzesniowski

6. Rahmen Chassis

Der Rahmen oder das Chassis bildet sprichwörtlich das Rückgrat eines Rennfahrzeugs. Bei Straßenfahrzeugen mit ihrer selbsttragenden Karosserie ist dies nicht (mehr) der Fall. Bei Rennfahrzeugen ist die Bauweise, dass maßgebende Baugruppen möglichst direkt miteinander verbunden werden, wesentlich ausgeprägter, muss ja auch kein Platz für Gepäck, Lasten oder Passagiere vorgesehen werden.

Michael Trzesniowski

8. Vergleich Serie – Rennsport Comparison Stock – Racing

Vergleiche zwischen Serien- und Rennfahrzeugen ziehen sich zwar zur Erhöhung der Anschaulichkeit durch das gesamte Buch, hier sollen aber Gemeinsamkeiten und Unterschiede zusammenfassend kompakt direkt gegenüber gestellt werden. Das sagt über beide Branchen, ihre Arbeitsweisen und Produkte auf wenigen Seiten viel aus.

Michael Trzesniowski, Philipp Eder

3. Anwendungsgebiete

Nachdem wir im letzten Kapitel die technologischen Standards kennengelernt haben, die die Grundlage für die vielen erfolgreichen FTS-Realisierungen der letzten Jahre darstellen, wollen wir uns nun mit den heute üblichen Anwendungsgebieten der FTS beschäftigen, also mit typischen Anlagen und Techniken der dritten Epoche des FTS. Zunächst werden wir die Anwendungen prozessbezogen einteilen und uns dann Einsatzbeispiele aus bestimmten Branchen anschauen. Dem Sonderfall „Outdoor-FTF“ ist im Anschluss ein eigener Abschnitt gewidmet, in dem die Besonderheiten des Außeneinsatzes mit dem Schwerpunkt auf Navigation und Sicherheit beschrieben und anhand einiger Beispiele erläutert werden.

Günter Ullrich, Thomas Albrecht

4. Steuerobjekt/sachliche Besteuerung

Im EStG gibt es keine einheitliche Definition des Einkommensbegriffs; es existiert somit keine Definition der Bemessungsgrundlage der Einkommensteuer. In § 2 EStG werden die wirtschaftlichen Vorgänge, die in den Einkommensbegriff eingehen sollen, additiv genannt. Gemäß § 2 Abs. 1 EStG sind die Einkünfte aus den abschließend aufgezählten Tätigkeiten das Ergebnis dieser wirtschaftlichen Tätigkeiten. Der Begriff Einkünfte ist dabei als Nettogröße zu verstehen, die sowohl positiv als auch negativ sein kann.

Andreas Dinkelbach

Kapitel 6. Operational Performance Support

Mit dem Begriff Operational Performance Support wird im Kapitel die operative Unterstützung einzelner Prozessinstanzen während ihrer Ausführung vorgestellt. Ziel ist es, die Ausführung der Instanzen noch während ihrer Bearbeitung (pre mortem) durch weitgehend automatisierte Hilfen realtime zu unterstützen. Dies wird durch Assistenzsysteme, intelligente Algorithmen oder KI (Künstliche Intelligenz) auf Basis der realtime Daten umgesetzt.

August-Wilhelm Scheer

Kapitel 2. Digitale Branchenkonzepte

Durch unterschiedliche Digitale Treiber entsteht in allen Branchen eine Vielzahl von neuen Produkten und Prozessen. Sowohl Branchen, die „informationsnahe“ Produkte oder Dienstleistungen erzeugen (z. B. die Medien), als auch Branchen, die materielle Produkte erzeugen, sind diesen disruptiven Änderungen ausgesetzt. Im Folgenden wird aufgezeigt, wie sich daraus ganzheitliche disruptive Geschäftsmodelle für Unternehmen ergeben.

August-Wilhelm Scheer

Kapitel 1. Einführung

Die nachfolgende Einführung in das Themengebiet Echtzeitsysteme ist vergleichsweise umfangreich. Sie soll sowohl seine Breite verdeutlichen als auch Abgrenzungen gegen andere Themengebiete herausarbeiten. So geht es zunächst um die entscheidenden Begriffe wie Rechtzeitigkeit, Determiniertheit und Vorhersagbarkeit (siehe Abschn. 1.1), um dann wesentliche Teilsysteme, die ein Echtzeitsystem bilden, zu identifizieren, zu bezeichnen und zu kennzeichnen. Daneben wird versucht, Abgrenzungen zu anderen verwandten Fachgebieten aufzuzeigen (siehe Abschn. 1.2). Es folgt eine programmiertechnische Sicht, bei der das Abstraktionsobjekt des Prozesses im Mittelpunkt steht (siehe Abschn. 1.3). Zentral für Echtzeitsysteme ist die Zeit sowie der Umgang mit ihr in konzeptueller und programmiertechnischer Hinsicht (siehe Abschn. 1.4). Danach werden wesentliche Anwendungsfelder vorgestellt, bei denen kennzeichnende Anforderungen an Echtzeitsysteme zu Tage treten und entsprechend zu behandeln sind (siehe Abschn. 1.5). Abschließend wird auf einige Konventionen und Notationen für Zeitpunkte, Zeitspannen und Zeitintervalle sowie für den Aufwand, den ein Verfahren verursacht, Bezug genommen (siehe Abschn. 1.6).

Dieter Zöbel

4. Bauformen von Achsen Types of Suspensions

Bei den meisten Rennfahrzeugen hat sich die Doppelquerlenkerachse für vorne und für hinten durchgesetzt. Sie weist die größten Freiheiten bei der Auslegung für den Konstrukteur, aber auch nachträglich beim Setup für den Renningenieur auf. Die bewegten Massen lassen sich auch bei großen Spurweiten gering halten. Außerdem ist diese Bauform für angetriebene wie nicht angetriebene Achsen einsetzbar. Rallyefahrzeuge benutzen vorne wie hinten radführende Federbeine.

Michael Trzesniowski

7. Vergleich Serie – Rennsport Comparison Stock – Racing

Vergleiche zwischen Serien- und Rennfahrzeugen ziehen sich zwar zur Erhöhung der Anschaulichkeit durch das gesamte Buch, hier sollen aber Gemeinsamkeiten und Unterschiede zusammenfassend kompakt direkt gegenüber gestellt werden. Das sagt über beide Branchen, ihre Arbeitsweisen und Produkte auf wenigen Seiten viel aus.

Michael Trzesniowski

1. Physikalische Grundlagen

Unsere Gebäude müssen verschiedenen Ansprüchen genügen. Im Wesentlichen wird erwartet: Die Gebäude sollen Menschen und Tieren bei großer Sicherheit umfangreichen Schutz gewähren, sie sollen den Bewohnern ein Wohlbefinden gestatten.

Matthias Post, Peter Schmidt

Kapitel 4. Maßnahmen zur Verringerung der Brustverletzungsgefahr

Wie in Kapitel 2 vorgestellt, treten in Frontalunfällen besonders häufig Brustverletzungen auf. Sie zählen ebenso wie Kopfverletzungen zu den häufigsten tödlichen Verletzungen. Im folgenden Teil der Arbeit soll eine Möglichkeit untersucht werden, die Wahrscheinlichkeit von Brustverletzungen zu verringern.

Martin Böhme

4. Leichtbau-Methoden und -Strategien

Der Entwicklungsprozess von Produkten muss alle neuen Anforderungen infolge bestehender und neuer Gesetze, Sicherheitsanforderungen und Kundenwünsche wie Komfortverbesserungen im Lastenheft berücksichtigen. Bei Produktaufwertungen und Nachfolgeprodukten sind häufig gestiegene Anforderungen aus diesen Bereichen einzubeziehen. Als Beispiel sei hier die Entwicklung von Fahrzeugkarosserien genannt. Zum Vorgängermodell steigt zunächst das Gewicht infolge höherer Crashsicherheit, Fußgängerschutzanforderungen, steifere Schweller und Akustikmaßnahmen für mehr Komfort an. Die dann angewendeten bekannten und bereits erfolgreich eingesetzten Gewichtsminimierungslösungen reichen oft nicht aus, um das im Lastenheft formulierte Gewichtsziel zu erreichen.

Bernd Klein, Thomas Gänsicke

22. Fügetechniken

Einige Fügetechniken haben im Leichtbau große Bedeutung erlangt, weil zur Herstellung leichter Konstruktionen oftmals aufgelöste Bauweisen aus teils unterschiedlichen Bauelementen und Werkstoffen erforderlich sind. In diesem Sinne interessieren bei Fügungen die mechanischen Festigkeiten, die Parametergrenzwerte und das Langzeitverhalten. Meist sind jedoch die möglichen Fügetechniken (s. DIN 8593-1/8) durch die gewählte Leichtbauweise vorbestimmt.

Bernd Klein, Thomas Gänsicke

27. Praxisbeispiele

Im Folgenden werden zu den einzelnen Kapitel Beispielproblemstellungen erörtert.

Bernd Klein, Thomas Gänsicke

5. Kriterien für die Werkstoffauswahl

Das Spektrum der im modernen Leichtbau zum Einsatz kommenden Werkstoffe ist heute sehr groß. Traditionell wurden immer hochfeste Stähle und Aluminiumlegierungen eingesetzt. Mit den gewachsenen Anforderungen haben aber auch Magnesium- und Titanlegierungen Bedeutung erlangt. Derzeit werden gerade große Anstrengungen unternommen, mit Verbundwerkstoffen neue Anwendungen zu erschließen. Um insgesamt zu einem zweckgerechten Werkstoffeinsatz zu kommen, bedarf es eines frühzeitigen Überblicks über die Ausnutzbarkeit der verschiedenen Werkstoffe. Hierzu müssen quantifizierende Größen, Auswahlkriterien und Auswahlprozesse definiert werden.

Bernd Klein, Thomas Gänsicke

6. Leichtbauwerkstoffe

Im Leichtbau gilt mittlerweilen die Philosophie, immer den richtigen Werkstoff für den richtigen Anwendungsfall (Multi-Material-Design). Dies setzt voraus, dass der Leichtbauer einen breiten Überblick über die technologisch relevanten Werkstoffe hat. Vor diesem Hintergrund wird im Weiteren ein Überblick über typische Leichtbauwerkstoffe gegeben.

Bernd Klein, Thomas Gänsicke

10. Textsorten der Werbung 2: Fließtexte

Wie ist das kurze Drama aufgebaut? Wie verläuft die Basis-Erzählstruktur einer kurzen Geschichte? Was sind die Pain Points, Konflikte und Ziele? Wo liegt der Höhepunkt des Texts? Gibt es eine überraschende Wendung, die zum Versprechen führt? Was ist die Moral oder das Fazit der Geschichte? Das ist nur der erste Teil des Kapitels. Der andere Teil ist eine ausführliche Einführung in den Fließtext. Seine Struktur, Aufbau und Kreativtechniken für die Text-Sorten: Anzeigentext, Intro, Teaser und Aufzählungen. Nach diesem Kapitel wissen Sie, wie guter Werbetext innerhalb eines dramaturgischen Gesamtkonzepts geordnet wird. Das Kapitel schließt mit einer Checkliste für die Story ab. Viel Spaß.

Albert Heiser

1. Ausgewählte technologische Grundlagen

In diesem Beitrag werden ausgewählte technologische Grundlagen mit Fokus auf Frontend-Services betrachtet, die zum Teil in den Kapiteln der Teile II bis V aufgegriffen werden. Im Anschluss an begriffliche Grundlagen wie Service, Servitization sowie Frontend- und Backend-Services wird das Internet der Dinge als übergreifende Technologie behandelt. Die Konzentration auf Frontend-Services führt zur Auseinandersetzung mit Identifikationstechnologien wie Radio Frequency Identification (RFID) und Gesichtserkennung, Lokalisierungstechnologien wie dem Global Positioning System (GPS), Interaktionstechnologien wie Touch-, Gesten- und Sprachsteuerung, Darstellungstechnologien wie Datenbrillen, Augmented und Virtual Reality sowie Mobilkommunikationstechnologien wie Mobilfunknetze, Bluetooth und NFC. Den Abschluss bilden die Technologien 3D-Druck, Roboter mit Fokus auf Service-, Assistenz- und Logistikaufgaben sowie Delivery Systeme, die insbesondere in vielfältigen Pilotprojekten des Handels getestet werden.

Jürgen Hofmann

Kapitel 21. Elektromagnetische Verträglichkeit

Eine besondere Herausforderung im Elektro- oder Hybridfahrzeug ist das problemlose Zusammenspiel der einzelnen elektrischen und elektronischen Komponenten ohne eine negative gegenseitige Beeinflussung. Jedes elektrische Signal, messbar durch Spannung und Strom, ist stets mit einem magnetischen und elektrischen Feld in seiner Umgebung verbunden. Diese Felder können andere elektrische Signale störend beeinflussen.

Mathias Magdowski, Ralf Vick

Kapitel 5. Leistungselektronik

Leistungselektronische Stellglieder sind in Hybrid- und Elektrofahrzeugen unabdingbar. Sie dienen dort insbesondere der Antriebsregelung, dem Energiemanagement im Bordnetz und dem Batterieladevorgang. Außerdem trägt die Leistungselektronik zukünftig einen wesentlichen Anteil zur Wertschöpfung bei.

Andreas Lindemann

Kapitel 18. Thermomanagement

Bei konventionellen, verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen wird das Thermomanagement im Zusammenhang mit Wirkungsgradverbesserung und der Abgasnachbehandlung betrachtet. Durch die Elektrifizierung kommen neue Herausforderungen hinzu. Zum einen muss die temperaturempfindliche Lithium-Ionen-Batterie auf Zieltemperatur gekühlt werden, was die Anbindung der Batteriekühlung an die Klimatisierung des Fahrzeugs notwendig macht. Zum anderen stellen die Klimatisierung im Sommer und vor allem die Innenraumheizung im Winter neue Ansprüche an die Auslegung dieser Systeme.

Achim Wiebelt

Kapitel 3. Elektrotechnische Grundlagen

Es werden die elektrotechnischen Grundlagen der Funktionsweise von Drehstrommaschinen skizziert. Auch die resultierenden, für den Einsatz im Antriebsstrang eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs wesentlichen Eigenschaften, welche sich in vielerlei Hinsicht als vorteilhaft erweisen, werden aufgezeigt. Darüber hinaus wird die Notwendigkeit begründet, in Elektro- und Hybridfahrzeugen mit höherer elektrischer Antriebsleistung zusätzlich zum 12V/14V-Bordnetz ein weiteres mit höherer Spannungsebene einzuführen.

Andreas Lindemann

Kapitel 20. Akustik

Die Elektrifizierung des Antriebs verändert nicht nur das akustische Verhalten der Fahrzeuge, sondern stellt auch neue Herausforderungen für Gesetzgebung und Entwicklung dar. Um gesundheitliche Schäden und Belästigungen durch den Fahrzeuglärm und im weiteren Sinne den Verkehrslärm zu vermeiden, ist ein möglichst geringer Außengeräuschpegel wünschenswert und durch Grenzwerte nach oben gesetzlich limitiert. Hybrid-, aber insbesondere Elektrofahrzeuge haben bei geringen Fahrgeschwindigkeiten hier einen klaren Vorteil, der aber gleichzeitig auch als Nachteil gesehen werden kann. Grund dafür ist, dass im rein elektrischen Fahrbetrieb und im niedrigen Geschwindigkeitsbereich die gewohnten Geräusche fehlen, welche bislang auch als akustisches Signal zur Wahrnehmung von Fahrzeugen im Straßenverkehr dienten.

Johannes Blickensdorff, Marc Boulliung, Markus Burkard, Christian Dold, Bo-Göran Emretsson, Klaus Genuit, Bernhard Graf, Matthias Kurch, Pierre Millithaler, Carsten Mohr, Mark Nichols, Alfred Pecher, Michael Richter, Thorsten Rittgerott, Sven Satzinger, Dominik Stretz, Alexander Ulz

Kapitel 3. Elektrizitätslehre

Die Elektrizitätslehre bildet nach der Mechanik (Kapitel 2) den Kern des Mindestanforderungskatalogs Physik. Die Elektrizitätslehre befasst sich mit elektrischen Ladungen, ihrer Bewegung und der damit verbundenen elektrischen Energie. Die elektrische Energie ist eine der praktischsten Energieformen. Sie findet Anwendung in allen Ingenieur- und Naturwissenschaften. In diesem Kapitel werden die wesentlichen Begriffe der elektrischen Ladung, des elektrischen Stromes und den damit verbundenen elektrischen und magnetischen Feldern eingeführt. Anhand der anschließenden Übungen kann der Leser den Umgang mit den Begriffen der Elektrizitätslehre einüben. Den Abschluss der Übungsaufgaben bildet ein kleines Experiment, mit dem Sie überprüfen können, ob Sie eine für die Anwendung hinreichende Routine entwickelt haben.

Dominik Giel, Ulrich Harten

12. Kann die Dinosaurier AG das Aussterben vermeiden?

Wenn Ihr Unternehmen einen Millennium Quotienten von weniger als 50 hat, ist die Schlacht verloren. Wenn er höher ist, finden Sie in diesem Kapitel die fünf wichtigsten Waffen. Sie erhalten einen detaillierten Trainingsplan zur Steigerung Ihres MQ. Sie können gewinnen, wenn Sie sich von heute an darauf konzentrieren, die Fitness Ihres Unternehmens zu steigern. Sollte Ihr Unternehmen sich dem nicht aussetzen wollen, werden Ihre Konkurrenten Ihren fehlenden Aufwand zu schätzen wissen.

Martin Fritsch

Kapitel 5. Typologien – Denk- und Handlungsmuster erkennen und ausweiten

Alle Arten von Typologien versuchen, die unterschiedlichen Denk- und Handlungsmuster der Menschen zu klassifizieren, um das Handeln von Menschen vorhersehbar zu machen. Metaprogramme sind eine Form der Typologie und beschreiben auf sehr einfache nachvollziehbare Weise, wie Menschen Informationen wahrnehmen, sortieren und bewerten. Metaprogramme sind meist unbewusste Filter, metaphorisch könnte man sie auch als Tür beschreiben, die nur bestimmte Informationen hinein- oder herauslässt. Der Vorteil ist, dass Metaprogramme von jedem ohne große und teure Tests in der Praxis schnell angewandt werden können. Es genügt Bewusstheit und eine kurze Reflexion der jeweiligen Situation, welche Metaprogramme in diesem Kontext zieldienlich sind. So kann mit ein bisschen Übung sowohl das Selbstmanagement als auch die Zusammenarbeit mit anderen durch die Metaprogramme deutlich verbessert werden.

Heike Kuhlmann, Sandra Horn

5. Tipps für Führungskräfte/Personalentwickler? Ein Praxisausblick

Wenngleich wissenschaftliche Literatur zum Thema Humor spärlich gesät ist, mangelt es nicht an Ratgebern, wie man Humor erfolgreich für den Job nutzen kann. Vor allem auch für Führungskräfte gibt es etliche Handreichungen. Problematisch ist jedoch, dass diese Ratgeber komplett aus der funktionalistischen Sicht geschrieben sind, nach der Humor ein Managementtool wie jedes andere ist. Dem ist aber nicht so, sodass man davon Abstand nehmen sollte, allzu pauschale Ratschläge für gelungenen Humor im Arbeitskontext zu geben. Nichtsdestoweniger gibt es besonders für Führungskräfte durchaus Empfehlungen, mit denen man sich am Arbeitsplatz an dieses Phänomen heranwagen kann – wissend, was Humor im Guten wie im Schlechten bewirken kann.

Sebastian Hausendorf

5. Generischer Lösungsansatz

Um die im vorherigen Abschnitt dargestellte Anforderungssituation möglichst effizient zu beherrschen, gilt es mehrere methodische Elemente innerhalb der Methodik zu erarbeiten. Dabei sollen möglichst alle geometrisch relevanten Informationsklassen mit produktionstechnischen Belangen betrachtet werden. In den nachfolgenden Abschnitten werden diese Methoden zusammenhängend betrachtet und in methodischen, organisatorischen und praktischen Bezug gestellt.

Bastian Leistner

4. Anforderungsmanagement für frühe Phasen der Produktentwicklung

Im Kontext der virtuellen Produktentwicklung ist es wichtig die relevanten Anforderungen für die Produktgestaltung bereits frühzeitig zu kennen. Neben den ohnehin ablaufenden Aufgaben zu achsinternen geometrischen Integration müssen auch Untersuchungen für übergreifende Umfänge durchgeführt werden. Dabei werden für die unterschiedlichen Simulationen verschiedene Informationen als Eingangsgrößen benötigt. So ist beispielsweise für Mehrkörpersimulationen mit Fokus auf fahrdynamisches Fahrzeugverhalten klar beschrieben, welche Eingangsgrößen und Informationen vorliegen müssen. Auch für die geometrischen Freigangsuntersuchungen für Achsbauteile in Betriebszuständen sind die Eingangsgrößen umfassend beschrieben.

Bastian Leistner

2. Grundlagen

Bereits seit mehreren Jahrzehnten thematisieren zahlreiche Autoren die Problematik der fertigungs- und montagegerechten Produktgestaltung in Bezug auf nahezu alle Industriebereiche[18, S. 51]. Barthelmeß [5] beschreibt im Jahr 1987, dass diese Bestrebungen bereits seit mehr als 25 Jahren bestehen, also wenigstens in die frühen sechziger Jahre zurückreichen. Dennoch ist diese Problemstellung noch immer nicht hinreichend gelöst. Eine Ursache hierfür lässt sich in der stets zunehmenden Variantenvielfalt [114] und Komplexität technischer Produkte finden. Des Weiteren bieten neuartige, virtuelle Entwicklungsmethoden effizientere Möglichkeiten die Montagefähigkeit zu untersuchen [89]. Die dritte Ursache für das fortwährende Bestehen dieser Herausforderung ist das Entstehen neuer Organisationsstrukturen in Verbindung mit modernen Entwicklungsprozessen [95].

Bastian Leistner

6. Exemplarische Umsetzung am Beispiel des Aggregateeinbaus

Im Rahmen der prototypischen Umsetzung der entwickelten Methoden wird die produktionstechnische Integration einer Doppelquerlenker-Vorderachse dargestellt. Das betrachtete Referenzfahrzeug ist ein BMW X5 mit Verbrennungsmotor und Allradantrieb (Abbildung 6.1). Für den Fahrwerkumfang sind die Komponenten und Baugruppen des Vorderwagens aus den Modulen Achsen, Lenkung, Vertikaldynamik und Bremse herangezogen worden. Das Modul Räder/Reifen wird nicht betrachtet, da die Komponenten aufgrund der Montagereihenfolge noch nicht verbaut sind.

Bastian Leistner

Kapitel 4. Schwingungen

Für viele mechanische Strukturen ist das einfachste Modell der Einmassenschwinger, so wie er in Bild 4-1 dargestellt ist. Er besteht aus einer Masse, einer Feder und einem Dämpfungselement. Dieses Modell geht davon aus, dass alle Massen der Anordnung in der Masse m konzentriert sind und somit die Feder und der Dämpfer masselos sind. Die aus Gründen der besseren Darstellbarkeit räumlich gezeichnete Masse muss man sich als Punktmasse denken.

Werner Roddeck

Kapitel 2. Modellbildung technischer Systeme

An den Anfängen der Technik sammelte der Mensch durch Ausprobieren Erfahrungen, die anfangs mündlich und auch schon in der Antike schriftlich weitergegeben wurden. Dabei wurden beispielsweise massive Bauwerke so ausgelegt, dass ihre Haltbarkeit über Jahrhunderte gewährleistet war. Da ein Gebäude ein so genanntes statisches Objekt darstellt, waren zeitlich veränderliche Eigenschaften (außer einer fortschreitenden Verwitterung), nicht zu erwarten. Je weiter das Wissen voranschritt und je umfangreicher die technischen Konstruktionen wurden, umso größer wurde der Wunsch, deren dynamisches Verhalten zu erfassen.

Werner Roddeck

Kapitel 11. Mechatronische Systeme

In diesem abschließenden Kapitel werden nun einige Systeme vorgestellt, die typischerweise in der Mechatronik behandelt werden. Anhand der Beispiele soll nochmals aufgezeigt werden, wie die Prinzipien und Methoden, die in den vorhergehenden Kapiteln erläutert wurden, zur Anwendung kommen und bei realen technischen Produkten zu verbesserten Problemlösungen führen.

Werner Roddeck

Kapitel 6. Aktoren

Für die Erzeugung von Bewegungen, oder das Aufbringen von Kräften und Momenten, werden in mechatronischen Systemen Antriebe (Aktoren oder Aktuatoren) benötigt. Da sie häufig in lagegeregelten Antriebssystemen (Servosystemen) eingesetzt werden, kommen hier im wesentlichen drehzahl- oder geschwindigkeitsregelbare Antriebe in Frage. Diese Anforderung erfüllen die meisten elektrischen oder fluidischen Antriebe, auf denen das Hauptaugenmerk dieses Kapitels liegen wird. Der Begriff Aktor geht aber über den Begriff Antrieb (engl. actuator) hinaus und umfasst alle Arten von Ausgabeelementen für Bewegungen, Kräfte und Momente, die sowohl analog als auch binär wirken können.

Werner Roddeck

Kapitel 2. Stand der Technik

Mit einem Anteil von etwa acht Gewichtsprozent ist Aluminium das häufigste Metall der Erdkruste. [1] Die technische Erzeugung von Primäraluminium erfolgt durch Reduktion von Aluminiumoxid mittels Schmelzflusselektrolyse nach dem Hall-Heroult-Prinzip, das in einer Vorstufe nach dem Bayer-Verfahren aus dem Aluminium-Reicherz Bauxit gewonnen wird. [2, 3].

Philipp Wittke

2. Anwendungsgebiete neuer Werkstoffe

Die auf globale Nachfrage aus der Wirtschaft ausgerichteten Hochtechnologiebereiche wie Maschinenbau, Energie- und Elektrotechnik, Straßenfahrzeugbau, Luft- und Raumfahrttechnik, Messtechnik und Medizintechnik führen uns zu den wichtigsten Anwendungsfeldern neuer Werkstoffe. Die ◘ Tab. 2.1 enthält diese Anwendungsfelder.

Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler

Kapitel 3. Der Weg in die Null-Grenzkosten-Ökonomie

Die Grenzkosten von Unternehmen aus der Digitalbranche laufen gegen Null. Damit grenzen sich die Geschäftsmodelle von Facebook oder Google deutlich von den Geschäftsmodellen der Old Economy ab. Während bei Industriegütern die Grenzkosten erst bei großen Produktionsmengen und langsam sinken, ermöglichen es digitale „Null-Grenzkosten-Produkte“ bereits bei geringen Ausbringungsmengen, die Gewinnschwelle zu erreichen – und das bei einer nahezu unendlichen Skalierbarkeit. Für Unternehmen aus der Güter- oder Dienstleistungsbranche ist es schwierig, mit solchen Geschäftsmodellen zu konkurrieren. Das Modell zur disruptiven Veränderung von Märkten hin zu Null-Grenzkosten-Geschäftsmodellen (Abschn. 3.6) beantwortet die Frage, unter welchen Voraussetzungen sich Investitionen in neue digitale Technologien lohnen. Zusätzlich kann mithilfe des Modells untersucht werden, welche Märkte und Branchen in den kommenden Jahren eine digitale Disruption durchlaufen werden.

Roland Frank, Gregor Schumacher, Andreas Tamm

Kapitel 3. Virtuelle Welten

Virtuelle Welten, die Inhalte von VR-Umgebungen, bestehen aus 3D-Objekten mit dynamischem Verhalten, die in Echtzeit auf Nutzereingaben reagieren. Nach einem einführenden Überblick über den Erstellungsprozess Virtueller Welten stellt dieses Kapitel zunächst eine zentrale Datenstruktur vieler VR/AR-Anwendungen vor, den Szenengraph, der eine hierarchische Beschreibung Virtueller Welten ermöglicht. Danach werden verschiedene Repräsentationsarten von 3D-Objekten dargestellt und deren Bedeutung für interaktive Virtuelle Welten diskutiert. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf Methoden zur Optimierung von 3D-Objekten im Hinblick auf die Echtzeitanforderungen Virtueller Welten. Anschließend werden grundlegende Verfahren zur Erzeugung dynamischen Verhaltens von 3D-Objekten dargestellt, wie Animationen, physikbasierte Simulationen sowie die Unterstützung von Nutzerinteraktionen mit 3D-Objekten. Ein Teilkapitel zu Sound, Beleuchtung und Hintergründen beschreibt Elemente Virtueller Welten, die in gängigen Szenengraphsystemen standardmäßig unterstützt werden. Das abschließende Teilkapitel zu Spezialsystemen geht auf 3D-Objekte ein, deren Modellierung und Darstellung besondere Herausforderungen mit sich bringen. Konkret werden virtuelle Menschen, Partikelsysteme, Landschaften sowie Vegetation wie Bäume und andere Pflanzen betrachtet.

Bernhard Jung, Arnd Vitzthum

Kapitel 7. Die »intelligente« Fabrik

Das auf Effizienz der Unternehmen fixierte Konzept von Industrie 4.0 konterkariert das Versprechen, Arbeitsplätze zu erhalten und zu schaffen. Die Digitalisierung der Arbeit könnte einen gespaltenen Arbeitsmarkt schaffen, auf dem sich „low skill/low pay“ und „high skill/high pay“ Mitarbeiter gegenüberstehen. Was die Politik verschweigt ist, dass im Vergleich zu früheren Umwälzungen Robotik und künstliche Intelligenz ganz anders sind und nicht nur einzelne Segmente der Wirtschaft betroffen sind, sondern ganze Landstriche.

Wolf Zimmer

Kapitel 3. Wertschöpfungsketten der produzierenden Unternehmen in Deutschland

Das dritte Kapitel präsentiert als Beispiel für produzierende Unternehmen in Deutschland die M+E-Industrie. In diesem Textabschnitt werden die Themen wirtschaftliche Entwicklung produzierender Unternehmen und deren Umgang mit. Nutzung von Wertschöpfung und Kompetenzen aus unternehmensübergreifenden Wertschöpfungsketten betrachtet.

Timo Marks

Modellprojekt LeLA: Integration integrativ – Reflexionen aus der Projekt-Praxis

Drei regional bedeutende Bildungsträger haben für das Integrationsprojekt „LeLA – Leben-Lernen-Arbeiten“ eine Kooperation gegründet, um ihre jeweiligen Stärken zu bündeln. Das Projekt verbindet und verzahnt Sprachunterricht mit Elementen beruflicher und sozialer Integration ( www.lela-uelzen.de [abgerufen am 11.01.2019]). Diese Konzeption war ein wesentlicher Faktor für eine Förderung als Modellprojekt durch den Europäischen Sozialfonds (ESF). Der Beitrag beschreibt die Tätigkeiten der Mitarbeitenden sowie ihre Erfahrung aus zwei Jahren erfolgreicher Integrationsarbeit mit Geflüchteten sowie Migrantinnen und Migranten. Anhand praktischer Beispiele werden Querschnittsaspekte wie Gender, Mobilität oder Qualifizierung illustriert und diskutiert. Abschließend werden Erfolgsfaktoren einer gelingenden Integrationsarbeit herausgearbeitet, die insbesondere im integrierten, kooperativen Ansatz des Projektes begründet liegen.

André Pohlmann

Kapitel 5. Konstruktionsoptimierung

Während noch Mitte des letzten Jahrhunderts Firmen in erster Linie bestehende Marktbedürfnisse deckten (Verkäufermarkt), befi nden sich die Unternehmen aktuell in einem Käufermarkt (vgl. auch Ausführungen in Kap. 2.3.5). Es ist zunehmend wichtig, mit immer neuen Ideen immer schneller Produkte herzustellen. Unter verkürzten Produktlebenszyklen (vgl. Beispiel Abb. 5.1) stellen sich Sättigungsphasen des Marktes stetig früher ein (vgl. auch Abb. 2.29) und die Zeitspanne von der Idee bis zur Produktreife (time to market) nimmt ab; einhergehend ebenso die Gewinnphase. Dies führt in den Konstruktionsabteilungen zu zeitparallelen und überlappenden Tätigkeiten (vgl. Abb. 1.14).

Bernhard Fleischer

2. Einfache Beanspruchungen

In Kap. 2 werden die fünf Grundbeanspruchungsarten Zug, Druck, Schub, Biegung und Torsion behandelt.

Klaus-Dieter Arndt, Holger Brüggemann, Joachim Ihme

Miniaturautonomie und Echtzeitsysteme

Autonomes oder teilautonomes Fahren im Miniaturmaßstab erfordert auf geringen Platz und eingeschränkte Ressourcen spezialisierte Mechanik, Elektronik sowie Soft- und Hardware. In dieser Arbeit werden zwei Miniaturfahrzeuge vorgestellt. Der Miniatur-PKW im Maßstab 1:63 basiert auf einem ESP32. Der Miniatur-LKW im Maßstab 1:87 soll zukünftig mit einem auf eingebettete maschinelle Lernverfahren spezialisierten FPGA-Design ausgestattet werden. Die Arbeiten entstehen gemeinsam mit Bachelor-Studierenden der Informatik und dem Miniatur Wunderland in Hamburg.

Stephan Pareigis, Tim Tiedemann, Jonas Fuhrmann, Sebastian Paulsen, Thorben Schnirpel, Nils Schönherr

Schlussfolgern durch Skizzieren. „Kooperative“ Materialien des zeichnerischen Denkens

„Die Geschichte der Ikone in Blech begann auf einer Serviette und Tischdecke. Auf diese kritzelte der Designer Alec Issigonis die erste Mini-Skizze“, feiert die Presse den Ursprung der Automobillegende anlässlich ihres runden Geburtstags (Reuther 2016). „Klein, leicht, anders“ – in einem genialen Wurf, so heißt es, zaubert der Konstrukteur die Vision des späteren Kultobjekts auf jenen Fetzen Papier, der gerade griffbereit liegt und in die Annalen der Automobilgeschichte eingehen wird.

Sabine Ammon

Kapitel 14. Elektrostatik

Mit dem Stichwort „Elektrizität“ verbinden viele von euch sicher vor allem die allseits beliebte Steckdose und den Fernseher, Computer oder Kühlschrank, die man daran anschließen kann. Darüber hinaus wird sie euch vielleicht vom Anschluss der Lampe in eurem Studentenzimmer und der Tatsache, dass, wenn ihr eine Leitung angebohrt habt, der Elektriker kommen muss, in schmerzlicher Erinnerung sein. Und manchem, der schon mal einen Elektronikbaukasten von innen gesehen hat, graust es vor diesen ganzen technischen Einzelheiten.

Christoph Kommer, Tim Tugendhat, Niklas Wahl

Kapitel 6. Physik ausgedehnter Körper und Rotation

In diesem Abschnitt gehen wir nun zum ersten Mal weg von der Physik der Massenpunkte und hin zu Massenverteilungen oder Ansammlungen von Massenpunkten, die starr miteinander verbunden sind. Daraus ergeben sich verschiedene neue Phänomene, die es zu beherrschen gilt. Dabei schauen wir uns auch an, wie sich Massenpunkte auf Kreisbahnen verhalten (ein paar Einblicke hatten wir schon durch die Zentripetalkraft), und wie starre Körper – so nennen wir nämlich starre Ansammlungen von Massenpunkten ab jetzt – sich bei Drehungen verhalten.

Christoph Kommer, Tim Tugendhat, Niklas Wahl

3. Praktische Festigkeitsberechnung

Mit Hilfe der Festigkeitsberechnung werden die Spannungen und Verformungen eines Bauteils ermittelt und es wird geprüft, ob ein Versagen, d. h. Bruch, unzulässige plastische oder elastische Verformung oder Instabilität (Knicken oder Beulen), mit ausreichender Sicherheit ausgeschlossen werden kann. Die Sicherheiten gegen diese Versagensgrenzen sollen aber nicht unnötig hoch sein, um den Werkstoff sinnvoll auszunutzen und um wirtschaftliche Lösungen erzielen zu können: sichere Funktion bei minimalen Kosten. Im folgenden Kapitel werden der statische und dynamische Festigkeitsnachweis auf Basis der FKM-Richtlinie (2012) detailliert beschrieben. Es werden die Besonderheiten bei der Tragfähigkeit von Kunststoffbauteilen und die Grundlagen der Betriebsfestigkeit und Bruchmechanik vorgestellt.

Gustav Niemann, Hans Winter, Bernd-Robert Höhn, Karsten Stahl

Tagungsbericht

Auch wenn der Einzug der elektrischen Antriebstechnik noch allmählich vonstattengeht, ist er nicht mehr aufzuhalten. Dementsprechend waren NVH-Aspekte von Hybrid- und Elektroautos ein neues Schwerpunktthema unter den 22 Vorträgen auf der 3. Internationalen ATZlive Automotive Acoustics Conference. Unter der wissenschaftlichen Leitung des Konferenzpartners Autoneum, dem führenden Automobilzulieferer für Akustik- und Wärmemanagement bei Fahrzeugen, fand sie am 23. und 24. Juni 2015 an der ETH Zürich statt.

Jonathan Walker

1. Pulverlacke

Pulverlacke sind Beschichtungsmaterialien, die nach der Applikation auf den zu beschichtenden Substraten durch Wärmeeinwirkung geschmolzen oder chemisch vernetzt werden und dadurch geschlossene, gut haftende Überzüge ergeben. Im Kapitel Pulverlacke werden die wichtigsten Pulverlacktypen beschrieben, ihre Eigenschaften, Anwendungsbereiche und deren wichtigste Bestandteile. Weitere Themen sind die Herstellung von Pulverlacken und die wichtigsten Prüfungen, welche am Pulver direkt vorgenommen werden können um eine problemlose Verarbeitung beim Beschichter sicher zu stellen.

Judith Pietschmann

Hoheitliches Handeln und Registerführung

Die Behörden sind durch die Digitalisierung stark gefordert. Währenddem sich über Jahrhunderte ein System der hoheitlichen Tätigkeiten mit der damit verbundenen Registerführung im föderalen Staat etabliert hatte und Prozesse persönlich oder per Brief angestossen wurden, können Informationen dank der Digitalisierung praktisch jederzeit in hinreichender Qualität dezentral bereitgestellt werden. Dies hat sehr hohe Auswirkungen auf die Ausgestaltung der Verantwortlichkeiten bezüglich der Führung der Register und damit praktisch aller Tätigkeiten der Behörden.

Andreas Spichiger, Hubert Josef Rötzer, Alessia Neuroni

8. Schalteinrichtungen

Bei Fahrzeuggetrieben sind Einrichtungen notwendig, die es ermöglichen, die Übersetzung dem aktuellen Fahrzustand anzupassen. Bei Handschaltgetrieben wird der Gangwechsel vom Fahrer veranlasst und ausgeführt. Abhängig vom Grad der Automatisierung übernimmt bei allen anderen Getrieben die Elektronik und Aktorik diese Aufgabe teilweise oder komplett. Aus welchen Elementen eine Schalteinrichtung aufgebaut ist, hängt wesentlich davon ab, wie geschaltet wird: mit Zugkraftunterbrechung oder ohne. Bestandteile und Aufgaben der Äußeren Schaltung sowie der im Getriebe angeordneten Inneren Schaltelemente werden in Abschn. 8.1 erläutert. Die darauffolgenden Abschnitte gehen dann in die Tiefe der Funktion, Auslegung und Gestaltung wichtiger Schaltelemente. So werden Klauenkupplungen in Abschn. 8.2 detailliert behandelt. Schaltklauen kommen in Pkw- und Nkw-Getrieben, Verteilergetrieben sowie Rennsportgetrieben zum Einsatz. Synchronisierungen sind bei Handschaltgetrieben und Automatisierten Getrieben eine bestimmende Baugruppe sowie in Doppelkupplungsgetrieben. Die Funktionsweise, Auslegung und Gestaltung von Synchronisierungen wird in Abschn. 8.3 gezeigt. Den Lamellenkupplungen, als wesentliche Funktionsträger beim Schalten ohne Zugkraftunterbrechung, ist Abschn. 8.4 gewidmet. Die Parksperre ist eine Baugruppe zur Wegrollverhinderung bei Fahrzeugen ohne mechanische Kopplung zwischen Motor und Abtrieb. Mit Parksperren beschäftigt sich Abschn. 8.5.

Dr.-Ing. Harald Naunheimer, Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche, Dr.-Ing. Joachim Ryborz, Dr.-Ing. Wolfgang Novak, Dr.-Ing. Peter Fietkau

2. Überblick über das System Verkehr – Fahrzeug – Getriebe

Das erklärte Ziel dieses Buchs ist es, den Entwicklungsprozess für Fahrzeuggetriebe in seiner Gesamtheit darzustellen. Dazu gehört das Verständnis für das Gesamtsystem Verkehr und Fahrzeug, in dem das Getriebe eingesetzt wird. Abschn. 2.1 nennt wesentliche Definitionen und Zahlen für den Personen- und Güterverkehr. In Abschn. 2.2 werden Konventionen, Definitionen und physikalische Grundlagen der Fahrzeug- und Getriebetechnik erläutert. Dazu gehört auch eine an der Getriebeentwicklung orientierte Klassifizierung der Fahrzeuge. Die Haupt- und Nebenfunktionen von Fahrzeuggetrieben werden dargestellt sowie Einflussgrößen wie Straßenprofile, typische Fahrzeugeinsätze oder Fahrertypen. Ferner werden Grundzusammenhänge von Drehrichtung, Übersetzung und Drehmoment eingeführt. Durch Regressionsanalysen der Eckdaten ausgeführter Seriengetriebe lassen sich Kennwerte festlegen, mit deren Hilfe in kurzer Zeit und ohne komplexe Berechnungen Vorstellungen über wesentliche Parameter der künftigen Konstruktion gewonnen werden können. Dies wird in Abschn. 2.3 gezeigt.

Dr.-Ing. Harald Naunheimer, Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche, Dr.-Ing. Joachim Ryborz, Dr.-Ing. Wolfgang Novak, Dr.-Ing. Peter Fietkau

7. Auslegung von Zahnrädern für Fahrzeuggetriebe

In den Kapiteln 3 bis 5 wurde gezeigt, wie die Eckdaten des Getriebes durch die Wahl der Übersetzungen bestimmt werden. In den nun folgenden Kapiteln 7 bis 10 wird die Auslegung und Gestaltung wichtiger Bauteile behandelt. Der weitaus größte Anteil der Fahrzeuggetriebe sind Zahnradgetriebe mit gerad- bzw. vorwiegend schrägverzahnten Zylinderrädern. Das Kap. 7 versucht das Grundsätzliche der Berechnungsmethodik sowie die Berechnungsabläufe bei Zahnrädern darzustellen. Ausgangspunkt der Auslegungsrechnung sind die Leistungsgrenzen. Abschn. 7.1 nennt diese und gibt die zugehörenden Berechnungsformeln und Kennwerte an. Dem Leser wird ein Werkzeug bereitgestellt, um „von Hand“ überschlägig auslegen zu können. So werden die überschlägige Berechnung des Achsabstands (Abschn. 7.2) und der Zahnbreiten (Abschn. 7.3) gezeigt. Laufgeräusche unter Last stehender Zahnräder sind ein wichtiges Entwicklungsthema. Getriebegeräusche stören nicht nur aufgrund ihres Pegels, sondern infolge ihres besonderen Charakters. Zudem treten Getriebegeräusche bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen in den Vordergrund, wenn bei rein elektrischer Fahrt die Geräusche des Verbrennungsmotors entfallen. Der Abschn. 7.4 widmet sich der Entwicklung geräuscharmer Getriebe. Er beschäftigt sich nicht nur mit Verzahnungsgeräuschen, sondern betrachtet die Aufgabe gesamthaft, gibt die gültigen Normen und Grenzwerte an und benennt aktive und passive Maßnahmen zur Minderung von Getriebegeräuschen.

Dr.-Ing. Harald Naunheimer, Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche, Dr.-Ing. Joachim Ryborz, Dr.-Ing. Wolfgang Novak, Dr.-Ing. Peter Fietkau

1. Einführung

Kein Kraftfahrzeug ohne Getriebe! Fahrzeuggetriebe für Pkw und Nkw sind komplexe mechatronische Serienprodukte. Aufgabe eines Fahrzeuggetriebes ist es, durch Drehmoment- und Drehzahlwandlung das Zugkraftangebot des Antriebsaggregats fahrzeug-, strecken-, fahrer- und umweltgerecht an den Antriebsrädern bereitzustellen. Das Getriebe bestimmt entscheidend Zuverlässigkeit, Kraftstoff- bzw. Energieverbrauch, Emissionen, Bedienungsfreundlichkeit, Verkehrssicherheit sowie Fahr- und Transportleistung von Pkw und Nkw. Dieses Buch will den Entwicklungsprozess für Fahrzeuggetriebe in seiner Gesamtheit darstellen. Es will Gedankengänge vermitteln, die über die reine Auslegung der Bauteile hinausgehen. Aus der Vergangenheit für die Zukunft lernen! Entwicklungsingenieure sollten einen Überblick über die historische Entwicklung ihrer Produkte haben. Sie können dann abschätzen, welche Entwicklungsschritte noch möglich sind, bzw. welche Technologiehöhe die gegenwärtige Produktentwicklung aufweist. Neben einer allgemeinen Einführung zeigt dieses Kapitel die Geschichte der Fahrzeuggetriebe und gibt einen Überblick über deren Basisinnovationen und Entwicklungsschritte.

Dr.-Ing. Harald Naunheimer, Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche, Dr.-Ing. Joachim Ryborz, Dr.-Ing. Wolfgang Novak, Dr.-Ing. Peter Fietkau

6. Systematik der Fahrzeuggetriebe: Konstruktive Grundkonzepte

Bevor auf die Auslegung und Gestaltung wichtiger Komponenten von Fahrzeuggetrieben eingegangen wird, sollen zunächst konstruktive Grundkonzepte von Getrieben vorgestellt und systematisch behandelt werden. Das Kapitel legt damit die Basis zum Verständnis der ausgeführten Seriengetriebe, die in Kapitel 11 „Beispiele ausgeführter Konstruktionen“ erörtert werden. Es startet mit Erläuterungen zu Anordnungsmöglichkeiten der Getriebe in Pkw- und Nkw-Antriebssträngen sowie dem grundsätzlichen Aufbau von Getrieben. In Abschn. 6.5 werden dann systematisch die Getriebekonzepte für Pkw anhand von Räderschemata entwickelt. Dies geschieht für quer und längs eingebaute Getriebe, eingeteilt in Handschaltgetriebe (MT), Automatisierte Schaltgetriebe (AMT), Doppelkupplungsgetriebe (DCT), Automatgetriebe (AT), Stufenlosgetriebe (CVT) sowie für verschiedene Konzepte von Hybridantrieben und reinen E-Antrieben. Die Darstellung der Getriebekonzepte für Nkw in Abschn. 6.6 erfolgt analog, obgleich Nkw-Getriebe sich bei den Konzepten in vielerlei Hinsicht von Pkw-Getrieben unterscheiden. Auf diese Besonderheiten, wie beispielsweise deren Aufbau als Gruppengetriebe, wird eingegangen. Behandelt werden Konzepte für Nkw-MT, AMT, DCT, AT, CVT sowie Hybrid- und E-Antriebe. Konzepte für Endantriebe (Achsgetriebe, Differentialgetriebe, Verteilergetriebe) von Pkw und Nkw werden in Abschn. 6.7 systematisch dargestellt. Für Nkw von hoher Bedeutung sind ferner Nebenabtriebe (Abschn. 6.8) und Dauerbremsen, sogenannte „Retarder“ (Abschn. 6.9).

Dr.-Ing. Harald Naunheimer, Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche, Dr.-Ing. Joachim Ryborz, Dr.-Ing. Wolfgang Novak, Dr.-Ing. Peter Fietkau

7. Nietverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

6. Schweißverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

Kapitel 6. Schlussfolgerungen

Die vorliegende Arbeit hat sich mit den Einflussgrößen des Streckenverbrauchs bei Elektrofahrzeugen beschäftigt. In diesem Themengebiet wurden zwei sich ergänzende Forschungslücken identifiziert. Zum einen wurde der Zusammenhang zwischen dem Fahrmuster von Elektrofahrzeugen und ihrem Verbrauch unter realen Fahrbedingungen analysiert (Forschungsfrage 1). Zum anderen hat die Arbeit untersucht, wie sich die unterschiedliche Technik von elektrischen und konventionellen Fahrzeugen auf das Fahrmuster und den Verbrauch auswirken und welchen Einfluss die primären Verbrauchsfaktoren jeweils haben (Forschungsfrage 2).

Andreas Braun

Heft 2/2018: Mehr Mobilität im Mittelstand

Der Spott schien Dorothee Bär schnell sicher. Dabei hatte die Staatsministerin für Digitales doch Anfang März im „heute-journal“-Interview bestätigt, dass sie Investitionen in Infrastrukturen für wichtig halte, indes gehöre mehr dazu. Beispielsweise mithilfe nutzbarer Netzwerke autonom oder „mit einem Flugtaxi durch die Gegend“ zu fahren. Gedanken zur Zukunft darf man dergestalt offensichtlich hierzulande nicht äußern, ohne dass Bedenkenträger dies als Blödsinn brandmarken. Oder darf nur Frau nicht?

Thorsten Garber

Heft 4/2018: Industrie 4.0 in der Praxis

Zwischen Verlustangst und Chancenwitterung hin- und hergerissen scheinen Menschen, für die Industrie 4.0 an Relevanz gewinnt. Empfindliche Stellen bringt der Vorstandsvorsitzende der Siemens AG aktuell gut auf den Punkt. Zuerst aber fühlte sich Joe Kaeser allein gelassen in seinem Kampf gegen Populismus der AfD-Politikerin Alice Weidel, die als Angstmacherin zur Bundestagsdebatte über „Kopftuchmädchen“ und „Messermänner“ schwadroniert hatte.

Thorsten Garber

Kapitel 2. Grundlagen zur Beschaffung von IPS² und PBC

Um eine Antwort auf die deskriptiven und erklärenden Forschungsfragen zu erlangen, führt dieses Kapitel in die Grundlagen ein. Zu Beginn wird mit Hilfe des Ansatzes der SDL der fundamentale dienstleistungsfokussierte Wandel industrieller Leistungen begründet. Dieser Wandel hat im industriellen Kontext branchenübergreifende Auswirkungen auf den Vertrieb bzw. auf die bisherige Beschaffung von komplexen Leistungen im Sinne von hybriden Leistungsbündeln.

Jeff Elmazoski

Kapitel 13. Fahrzeugtechnik

Bei Anwendungen der Mechatronik in der Fahrzeugtechnik muss die mechatronische Technik im Zusammenwirken mit Mensch und Umwelt gesehen werden. Die Mechatronik im Kraftfahrzeug unterstützt den Fahrer als Operator im „virtuellen Regelkreis“ von Fahrer – Fahrzeug – Umwelt bei der Optimierung des Fahrverhaltens. Es werden die für das Fahrverhalten elementaren Funktionen Fahren – Lenken – Bremsen – Beleuchten – Tasten analysiert und die dafür erforderlichen mechatronischen Techniken im Kraftfahrzeug beschrieben, insbesondere Sensorik und Aktorik.

Horst Czichos

Selbstdatenschutz im vernetzten Fahrzeug und dessen technische Umsetzung

Um Datenschutz im vernetzten Fahrzeug umzusetzen, ist es notwendig, Fahrer und andere Insassen geeignet zu informieren und ihnen die Möglichkeit zu geben, auf die Verarbeitung personenbezogener Daten Einfluss zu nehmen. Der Beitrag basiert auf Ergebnissen des Forschungsprojekts Selbstdatenschutz im vernetzten Fahrzeug (SeDaFa) und stellt typische Anwendungsfälle vernetzter Fahrzeuge vor, zeigt Angriffsmöglichkeiten auf, identifiziert Sicherheits- und Datenschutzanforderungen für eine technische Lösung und beschreibt eine mögliche technische Architektur zum Selbstdatenschutz. Exemplarisch wird am Beispiel Parkplatzfinder eine konkrete Umsetzung der Architektur gezeigt, wie Selbstdatenschutz auch in einem vernetzten Fahrzeug gewährleistet werden kann.

Christoph Krauß

3. Gestaltungsansätze des Qualitätsmanagements

In diesem Kapitel wird der Blick auf das Qualitätsmanagement um die methodischen Grundhaltungen und Gestaltungsansätze erweitert. Hierfür wird zunächst ein Verständnis für die Zusammenhänge und das Zusammenwirken von Qualitätssicherung und Qualitätsverbesserung im Qualitätsmanagement erzeugt. Dabei wird auch eine Verortung der grundgelegten Handlungsprinzipien, insbesondere der (kontinuierlichen) Verbesserung und Standardisierung, auf den Ebenen des Gesundheitswesens vorgenommen. Darauf aufbauend wird ein tätigkeitsbezogenes Grundmodell für das einrichtungsinterne Qualitätsmanagements entwickelt („Menge von Tätigkeiten“) und grundsätzliche Schritte zur Institutionalisierung eines Qualitätsmanagementsystems („Menge von Elementen“) aufgezeigt.

Peter Hensen

Kapitel 3. Elektrochemische Verfahren und Systeme der Wandlung elektrischer Energie

Ein Verfahren der elektrochemischen Energieumwandlung – die Brennstoffzelle – wird auch als „kalte Verbrennung“ bezeichnet. Der Zusammenhang zwischen Energieumwandlung, Verbrennung als der sicher anschaulichsten und unmittelbarsten Umwandlung und der Energetik elektrochemischer Prozesse wird darin angesprochen.

Rudolf Holze

Kapitel 16. Interdisziplinäre Zusammenarbeit im Innovationsprozess

Eisenmann ist ein seit fast 70 Jahren nahezu ausschließlich organisch gewachsener Maschinen- und Anlagenbauer. Über die Zeit haben sich Technologien und Fachwissen immer weiter ausdifferenziert, sodass heute viele Querschnittsthemen existieren, die sich durch mehrere Unternehmensbereiche und Kundensegmente ziehen. Eine wichtige Aufgabe ist es, Synergiepotenziale zwischen den Bereichen zu heben und Austausch zu fördern, um effizient und effektiv innovative Produkte in einer immer komplexeren Welt auf den Markt bringen zu können. Zwei wichtige Aktivitäten von Eisenmann sind dabei das Fachexpertensystem und eine Softwareplattform für Technologieradar und Ideenmanagement. Sie sollen helfen, Informationsverteilung, Austausch und Zusammenarbeit über Bereichs- und Disziplingrenzen zu verbessern.

Philipp Wichert

2. Arten der Störfestigkeit

Störfestigkeit wird nach verschiedenen Kriterien beurteilt. Kurze, durch Schaltfunken hervorgerufene, multiple Spannungsspitzen zeigen häufig eine breite, aber unspezifische Frequenzverteilung. Dagegen wirken sich Geräte mit Übertragungsfunktion mehr mit diskretem spektralen Aufbau aus, dafür sind diese Einflüsse häufig von dauerhafter Natur.Neben elektromagnetischen Störungen sind auch statische Größen von Bedeutung, beispielsweise elektrostatische Entladung, starke Magnetfelder oder Stoßspannung und Stoßstrom.Alle Störeffekte haben unterschiedliche Entstehungsursachen und Charakteristik. Dieses Kapitel beleuchtet die Prinzipien und Zusammenhänge, jedoch keine Grenzwerte und standardisierte Messanordnungen, welche in späteren Kapiteln genauer betrachtet werden.

Dieter Stotz

Kapitel 5. DTM

Die Deutsche Tourenwagen Masters (DTM) ist eine Motorsportserie mit Tourenwagen, die jeweils von Serienfahrzeugen abgeleitet sind. Die Rennserie wird von der ITR (Internationale Tourenwagen Rennen) organisiert sowie vermarket und wurde bereits 1984 ins Leben gerufen. Sie hieß damals aber noch Deutsche Tourenwagen-Meisterschaft.

Julia Konitzer

Spezifika der Komponentenauslegung des Ladungswechsels und der Emissionierung für die Fahrzeugintegration

Das Packaging heutiger Fahrzeuge, insbesondere im Bereich des Motorraums und der Abgasanlage, ist eine komplexe Aufgabe. Das Maßkonzept ist abhängig von Aufbauform, Antriebsart, Aggregateumfang und Randbedingungen wie zum Beispiel Fahrkomfort oder Fahr- und Bediensicherheit. Jedes Bauteil muss seine vorgegebenen räumlichen Grenzen einhalten, um Konflikte mit angrenzenden Bauteilen zu vermeiden.

Eric Brée, Hermann Middendorf

Kapitel 2. Grundlagen der Personalplanung

In diesem Kapitel werden Grundbegriffe und Grundsysteme der sowie die Notwendigkeit von Personalplanung erläutert. Dabei geht es vor allem um Personalbedarf, Personalausstattung und Personaleinsatz als zentrale Problembereiche und um die Funktion der Personalplanung, die in der Koordination der Problembereiche liegt. In diesem Kontext lernt der Leser den expliziten und den impliziten Ansatz der Personalplanung als zentrale Koordinationsansätze kennen und erfährt, dass in jedem Entscheidungsmodell der Personalplanung einer der beiden Ansätze als Modellkern fungiert.

Thomas Spengler, Olga Metzger, Tobias Volkmer

Kapitel 2. Produktionsbezogener Umweltschutz in der Automobilindustrie

Das Maß der Umsetzung produktionsbezogener Umweltschutzmaßnahmen wird durch verschiedene Rahmenbedingungen determiniert. Diese werden im Folgenden am Beispiel der Automobilindustrie in Deutschland beschrieben. Dabei werden die mit der Umsetzung produktionsbezogener Umweltschutzmaßnahmen verbundenen Chancen und Herausforderungen herausgearbeitet, um ein grundlegendes Verständnis für die in der Arbeit behandelte Problemstellung zu schaffen.

Ina Schlei-Peters

Kapitel 6. Substratbeschichtung

Der Schwerpunkt der Beschichtungsindustrie lag in den 1980er- und 1990er-Jahren in der Entwicklung neuer Technologien und Auftragssysteme sowie in der Integration von Zusatzaggregaten wie Corona- bzw. Plasmavorbehandlung, UV-Bestrahlung oder Trocknung mittels IR- und NIR-Feldern. Verstärkt vorangetrieben wurde die Entwicklung heißer Bindemittel, sog. Hot-Melts oder Schmelzkleber, und der erforderlichen Auftragstechnologien für den wachsenden Markt der Kaschierungs- und Laminierungsindustrie sowie der Folienbeschichtung. Für sehr spezielle Anwendungen wie Nano-, Folien-, aber auch Extrusionsbeschichtungen mussten neue Auftragswerke entwickelt werden. Die schnelle Reaktion auf Anforderungen des Marktes führte zu multifunktionalen Beschichtungsköpfen, die der Textilveredlungsindustrie eine hohe Variabilität bzw. Flexibilität ermöglichen. Dem Wunsch der Industrie nach Labor- und Technikumsanlagen wurde man mit der Entwicklung von Laboranlagen gerecht, die es ermöglichen, neue Beschichtungslösungen direkt auf einer Großanlage umzusetzen.

Andreas Giessmann

Kapitel 7. Zusammenfassung und Ausblick

Internationale Bestrebungen zur Schonung von Umwelt und Ressourcen umfassen das Ziel der Reduzierung von CO2-Emmissionen und weiteren Treibhausgasen. Dies ist erforderlich, um die globale Erderwärmung auf deutlich unter 2°C im Vergleich zum vorindustriellen Niveau zu begrenzen und so zukünftig den Lebensraum für Mensch, Fauna und Flora zu erhalten. Emissionen aus Energietechnik, industriellen Prozessen und dem Verkehr lassen sich verringern, indem Energie und Treibstoff eingespart werden, was z.B. durch Massereduktion in technischen Konstruktionen erreicht werden kann.

Christian Daniel

Kapitel 1. Einleitung

Internationale Bestrebungen zur Schonung von Umwelt und Ressourcen umfassen fortwährende Aktivitäten mit dem Ziel der Reduzierung von CO2-Emmissionen und weiteren Treibhausgasen. So wurde in der UN-Klimakonferenz 2015 beschlossen, die Begrenzung der globalen Erderwärmung auf deutlich unter 2 °C im Vergleich zum vorindustriellen Niveau zu beschränken [1]. Auf europäischer Ebene bestehen Minderungsziele für den Ausstoß von Treibhausgasen um 20 % unter das Niveau von 1990 bis zum Jahr 2020 [2].

Christian Daniel

Kapitel 1. Was versteht man unter Künstlicher Intelligenz und wie kann man sie nutzen?

Künstliche Intelligenz ist ein relativ neues Forschungsfeld, das erst langsam aus dem Dunstkreis der Spezialisten heraustritt. Meistens begegnet sie uns in einer Art und Weise, die zunächst nicht an Künstliche Intelligenz denken lässt. Wir stellen nur fest, dass etwas einfacher und leichter von der Hand geht als früher. Denken Sie nur an digitale persönliche Assistenten wie Alexa, Google Home oder Siri, die Ihnen per Spracheingabe das gewünschte Musikstück von Spotify abspielen, Einkaufslisten erstellen oder sogar Einkäufe initiieren, Termine für Sie vereinbaren, Begriffe für Sie erklären oder ggf. die komplette Steuerung Ihres Smart Homes übernehmen. Wir sprechen von digitalen persönlichen Assistenten, weil diese keine physisch erlebbaren Assistenten mehr sind.

Ralf T. Kreutzer, Marie Sirrenberg

3. Versicherungsvertrieb aus theoretischer Perspektive

Die Informationsökonomie basiert auf der klassischen Ökonomie, erweitert aber deren Modell eines Marktes um den realitätsnäheren Gedanken, dass die Wirtschaftssubjekte im Markt — Anbieter und Nachfrage — keine perfekte Information über die jeweiligen Angebote und die Präferenzen der Marktteilnehmer besitzen. Vielmehr bestehen Informationsasymmetrien.

Matthias Beenken

EMV bei elektrischen Maschinen im Antriebsstrang

Durch die voranschreitenden Entwicklungen der On-Board-Elektronik im Kfz-Bereich, steigt die Anzahl elektronischer Geräte und Komponenten innerhalb eines Kraftfahrzeuges drastisch. Steuergeräte bekommen unzählige Funktionen, viele Funk-Technologien werden eingesetzt (z. B. Navigation über GPS, GLONASS und BDS, Keyless Entry, C2X, RDK, Wi- Fi, Bluetooth, LTE, 5G). Je nach Einsatzfeld des Systems muss die sichere Funktionalität gewährleistet werden. Dieser sicherzustellenden Funktionalität können hochfrequente Störungen, hervorgerufen durch die benötigten leistungselektronischen Komponenten eines Elektrofahrzeuges, entgegenwirken.

S. Tsiapenko, J. Weber, H. Hirsch

Herausforderungen bei der EMV Absicherung von Fahrzeugen und Komponenten mit Induktiven Ladesystemen

Im Zuge der vorschreitenden Einführung von Elektro- und Hybridfahrzeugen kommt es durch den Einsatz von leistungselektronisch geregelten Antriebssystemen und Ladeinfrastrukturkomponenten zu enormen Herausforderungen im Bereich der EMV. Neben den aktuell bereits standardmäßig eingesetzten AC und DC Ladestationen im privaten und öffentlichen Bereich sind auch kontaktlose, induktive Ladesysteme in der Entwicklung. Mit diesen Ladesystemen ist es möglich über zwei feldgekoppelte Spulen die Ladeleistung zwischen Bodenspule und Fahrzeug zu übertragen. Da bei der Energieübertragung zwischen den Spulen hohe Magnetfelder bei einer Frequenz von 79 bis 90 kHz generiert werden, ist eine messtechnische Überprüfung des Feldes in der Nähe des Fahrzeugs aus Personenschutzgründen nötig. Im Folgenden wird der Einfachheit halber nur eine mittlere Frequenz von 85 kHz erwähnt.

S. Jeschke, M. Maarleveld, J. Bärenfänger
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