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Verbindungstechnik

weitere Buchkapitel

Kapitel 7. Rechnernetze

Rechnernetze sind allgegenwärtig: Jedes Smartphone ist meistens mit dem Internet verbunden. Die meisten Haushalte verfügen über ein eigenes WLAN, über das die Tablet-Computer, Fernseher und andere Unterhaltungselektronik untereinander und mit dem Internet kommunizieren. Zunehmend ist auch die Gebäudetechnik darüber erreichbar, beispielsweise die Beleuchtung, die Sicherheitstechnik oder die Regelung der Heizung. Zunehmend befindet sich jeder Haushaltsgegenstand im Internet-of-Things.

Hartmut Ernst, Jochen Schmidt, Gerd Beneken

Kapitel 4. Spannungsmessung

Die konventionellen Technologien der induktiven und kapazitiven Spannungswandler werden beschrieben. Die Entwicklung von modernen Schutz- und Messgeräten, welche keine Leistungsübertragung der Spannungswandler benötigen, erlauben den Einsatz von Spannungsteilern als Spannungswandler. Dazu werden kompensierte Widerstandteiler und RC-Teiler behandelt, zusammen mit den Technologien der dazugehörigen Widerständen und Kondensatorelementen. Ergänzt wird das Kapitel durch eine Übersicht der optischen Spannungswandler.

Ruthard Minkner, Joachim Schmid

Kapitel 5. Neue Produkte entwickeln

Sie können die Grundbegriffe der Modell- und Systemtheorie erklären. Sie können die verschiedenen Variationsarten voneinander abgrenzen. Sie kennen ausgewählte Methoden zur Fokussierung der Produktentwicklung. Sie kennen Methoden zur Priorisierung von Entwicklungstätigkeiten. Sie kennen die Grundbegriffe der Produktgenerationsentwicklung und deren Annahmen. Sie verstehen die Methoden zum Ermitteln der Produktfunktionen sowie zum Festlegen der Teilfunktionen grundlegend und können diese anwenden. Sie können eine prinzipielle Gesamtlösung synthetisieren und die Methoden zur Auswahl und Bewertung von Lösungsalternativen anwenden. Sie kennen die Arbeitsschritte der Phasen der Produktentwicklung, verstehen die notwendigen Methoden und können deren Prinzipien wiedergeben. Sie kennen die Schritte beim Gestalten und Ausarbeiten. Sie haben verinnerlicht, dass meist die Kombination von methodischen und kreativem Arbeiten zum optimalen Ergebnis führt.

Eckhard Kirchner

Kapitel 3. Ausblick zu Polymer Engineering

Kap. 3 wagt einen Ausblick auf Polymer Engineering. Gemäß der fachlichen Breite von Polymer Engineering folgen kurze Statements zu den Teilkapiteln Werkstoffherstellung und -synthese, Werkstoffeigenschaften, Verarbeitung und Verfahrenstechnik, Werkzeugtechnik, Konstruktion und Berechnung, Oberflächentechnik, Qualitätsmanagement, Serienfertigung, Umweltaspekte und – nicht zu vergessen – zur Ausbildung.

Peter Eyerer, Kay André Weidenmann, Florian Wafzig

3. Externe Unternehmenskommunikation: Lost in Transformation

Der Fokus in diesem Kapitel liegt auf den Auswirkungen der digitalen Transformation auf die Unternehmenskommunikation und deren Kommunikatoren. Grundlegende Fragestellungen und kulturelle Reflexionsprozesse aus Sicht von Unternehmen zur Entwicklung von Digital-Strategien werden erörtert. Auf Basis dessen wird beispielhaft eine „Umbrella Social Media Strategy“ für ein fiktives Unternehmen entwickelt und kommentiert. Zukünftige Herausforderungen der digitalen Transformation der Kommunikation werden dargestellt und gedeutet sowie die Relevanz von strategischem Vorgehen von Unternehmen in diesem Zusammenhang beleuchtet.

Bodo Kirf, Kai-Nils Eicke, Souren Schömburg

Kapitel 11. Aus Lösungen werden neue Probleme. Das Scheitern von Googles Project Ara

Ein modulares Telefon namens Ara schien 2015 die Shops zu füllen, begleitend von einem online erreichbaren Hardware-Markt für die austauschbaren Teile des neuen Geräts. Ein quirliger Art App-Store, nur eben für Module. Kundinnen hätten damit ein völlig neues Smartphonekonzept in der Hand halten können: Im Handumdrehen wäre ein defektes Teil herauszunehmen, einfache Reparaturen möglich gemacht, der Kreativität wenig Grenzen gesetzt, so die Versprechen. Dieses Kapitel knüpft in diesem Sinne zunächst an die Entwicklungen des letzten Kapitels an.

Stefan Laser

2. Kernlose magnetische Stromsensoren für Hochleistungs-E-Antriebe

Getrieben durch die fortschreitende Elektrifizierung von Fahrzeugen kommt der hoch performanten Messung von Strömen eine immer größere Bedeutung zu. Speziell der Bereich der Hochstrom-Sensorik ist für viele sich rasch entwickelnde Applikationsfelder von großem Interesse. Derartige Sensoren kommen sowohl in Applikationen zur Stromverteilung, zur Ladungsüberwachung von Batterien und natürlich in elektrischen Hochleistungsantrieben zum Einsatz. In der Vergangenheit wurden im automotiven Umfeld für die Strommessung vorwiegend Leistungswiderstände eingesetzt; Magnetische, kernbasierte Sensoren fanden aufgrund technischer Nachteile und vor allem wegen ihrer Kosten nur in wenigen Sonderapplikationen Anwendung. Durch die Einführung von optimierten, kernlosen magnetischen Sensoren ist es möglich kostensensitive Applikationen mit sehr hohen Anforderungen an die Leistungsfähigkeit und auch die funktionale Sicherheit zu adressieren.

Leo Aichriedler, Gerald Wriessnegger

Kapitel 2. Stand der Technik und Forschung

Zunächst erfolgt eine Definition der relevanten Begriffe in der Beschreibung von Industrie 4.0. Anschließend wird der Stand der Industrie-4.0-Forschung mit einem Schwerpunkt hinsichtlich der Textilbranche geschildert. Daraufhin erfolgt eine Beschreibung der deutschen Textilbranche. Abschließend werden relevante Forschungsthemen für die Textilbranche im Rahmen der Entwicklungen zu Industrie 4.0 dargestellt.

Yves-Simon Gloy

Kapitel 3. Phase 1: Erstellen des Anforderungskatalogs

Vor der eigentlichen Entwicklungsaufgabe steht die Herausforderung, diese umfassend zu definieren. Das bedeutet, dass alle AnforderungenAnforderung an das spätere Produkt und dessen kompletten Produktlebenszyklus, identifiziert, quantifiziert beziehungsweise qualifiziert und in einem Anforderungskatalog gesammelt werden müssen. In diesem Kapitel wird dargestellt, welche Arten von Anforderungen es gibt. Anschließend werden mögliche Quellen aufgezeigt und die wichtigsten Risiken der Anforderungsdefinition beschrieben. Weiterhin werden Hilfsmittel zur Anforderungskatalogerstellung vorgestellt. Schließlich wird ein speziell für die FKV-Produktentwicklung entworfener Anforderungskatalog eingeführt und anhand eines Anwendungsbeispiels veranschaulicht.

David May

Kapitel 20. Leistungsschalter

Es werden einige MOSFETs (auch GaNs), der IGBT und Dioden hinsichtlich ihrer Schaltungseigenschaften im Detail betrachtet.

Ulrich Schlienz

Kapitel 9. VERBINDEN

Bauen setzt stets ein räumliches Zusammenführen von einzelnen Teilen voraus, die am Ende die dem Gebrauch gewidmete fertige Baustruktur, das fertige Bauwerk ergeben oder ausmachen. Damit das derart entstandene Bauwerksgerüst den äußeren Einwirkungen widersteht und seine Zweckbestimmung dauerhaft erfüllt, sind die Einzelteile dauerhaft fest miteinander zu verbinden. Dass wir beim Bauen überhaupt vor der Aufgabe stehen, kleinere Einzelteile zu einem größeren Gefüge zusammenzuführen, hat mit der schieren Größe unserer Bauten zu tun.

José Luis Moro

Kapitel 8. BAUWEISEN

Wir haben in den vorigen Kapiteln diskutiert, wie man aus den verfügbaren Werkstoffen und Bauprodukten eine funktionsfähige Fläche in baurelevanter Größenordnung schaffen kann. Wir werden uns nun in diesem Kapitel mit der Frage beschäftigen, wie man aus diesen Flächenbauteilen und gegebenenfalls zusätzlich notwendigen Elementen ein Gesamtgebäude bauen kann. Wegen der Komplexität und des breiten Umfangs der Thematik werden wir uns dabei notwendigerweise auf einige wenige Urtypen – man könnte auch sagen: Bauweisen – beschränken müssen, um an ihnen einige zur Anwendung kommende konstruktive Prinzipien deutlich zu machen.

José Luis Moro

3. Vollkostenrechnung

In diesem Kapitel lernen Sie die einzelnen Elemente eines Vollkostensystems näher kennen. zu unterscheiden, welche Kostenarten in einem Unternehmen von Bedeutung sind. die Bildung von Kostenstellen kennen. Sie wissen, wie Kostenarten auf Kostenstellen verrechnet werden können, wie eine innerbetriebliche Leistungsverrechnung erfolgt und können abschließend Zuschlagsätze für die Kalkulation ermitteln. wie die Selbstkosten von Produkten bzw. Aufträgen ermittelt werden. Sie können beurteilen, welches Verfahren der Kalkulation für eine konkrete betriebliche Situation angewendet werden sollte und können darüber hinaus die Qualität der gefundenen Lösungen einschätzen. die Vorgehensweise zur Ermittlung des betrieblichen Erfolges kennen. die Durchführung von Abweichungsanalysen. Sie können anschließend beurteilen, warum und in welcher Höhe Plankosten und Istkosten voneinander abweichen.

Prof. Dr. Jürgen Horsch

Kapitel 8. Zubehör für Hydraulikanlagen

Hinter dem Sammelbegriff Zubehör verbergen sich keinesfalls nebensächliche oder gar optionale Komponenten, sondern feste, für die Funktion und den zuverlässigen Betrieb unerlässliche Bestandteile aller Hydrauliksysteme. Die Druckflüssigkeit lagert bzw. bewegt sich in einem geschlossenen Gefäßsystem, bestehend aus Flüssigkeitsbehälter (Tank) und Leitungen. Als Leitungsverbindungen und Bindeglied zu anderen Komponenten (Pumpen, Motoren, Zylinder, Ventile) sind Rohrverschraubungen notwendig. Je nach den Anforderungen werden Filter in unterschiedlichen Bauformen und Einbauvarianten eingesetzt. Zur Sicherung günstiger Temperaturbereiche der Druckflüssigkeit werden Flüssigkeitskühler und Vorwärmer in den Kreislauf einbezogen.

Dieter Herschel

Kapitel 7. Funktionale Tests am Demonstrator

Zur Validierung der integrierten Funktionen wurden funktionale Tests an Komponenten des LeiFu-Unterbodens durchgeführt. Hierbei wurden exemplarisch das Crashverhalten, das NVH-Verhalten, die thermische Isolation bzw. Abstrahlung sowie integrierte elektrische als auch sensorische Funktionen experimentell validiert. Des Weiteren erfolgt in Kap. 8 die Analyse und Bewertung der Herstellungskosten des LeiFu-Bodenmoduls, anhand einer seriennahen Prozesskette.

Klaus Fürderer, Maximilian Hardt, Peter Middendorf

5. Technologieentwicklung

Im folgenden Kapitel wird die Tauglichkeitsbewertung der Einzeltechnologien besprochen, auf deren Basis die Eignung zur Integration in den Demonstrator beurteilt wurde.

Karim Bharoun

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

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 6. Zuverlässigkeit diskreter passiver Bauelemente

Die Zuverlässigkeit einer Komponente ist durch Material, Konstruktion und Herstellung gegeben. Sie ist auch stark davon abhängig, unter welchen Bedingungen die Komponente eingesetzt wird. Die „Badewannenkurve“ ist nicht immer zu beobachten. Wir diskutieren die Ausfallrisiken einiger repräsentativer Typen von diskreten passiven elektronischen Komponenten (Kondensatoren, Dioden und Steckverbinder). In Anbetracht dieser Risiken erklären wir die wichtigsten Eigenschaften des entsprechenden Bauelementes, die typischen Fehlerarten (das elektrische Verhalten der fehlerhaften Elemente) und die verwendeten Methoden der Fehleranalyse (FA) in den Zuverlässigkeitsstudien des Bauelementes. Wir identifizieren dann die Ausfallmechanismen (AM) (die physikalisch-chemischen Prozesse, die den Fehler erzeugen), bevor wir eine Verbesserung der Zuverlässigkeit mit Korrekturmaßnahmen empfehlen. Durch Betrachtung einer elektrostatischen Entladung (ESD), die in jeder elektronischen Komponente entsteht, schließen wir dann einen Ausfallmechanismus, um mögliche Verfahren zur ESD-Verhinderung zu untersuchen. Die Frühausfälle – verursacht in der Regel durch unsachgemäße Herstellung – sollten im Interesse des Herstellers und Anwenders von vornherein vermieden werden. Dieser Wunsch ist nicht immer hinreichend erfüllbar. Vor allem physikalische und chemische Vorgänge, die in ihrer Wirkung bisher unerkannt sind, können versteckte Fehler hervorrufen, die sich als Frühausfälle zeigen.

Titu-Marius I. Băjenescu

Kapitel 3. Halbleiterpackaging/Verpackungstechnologien und Zuverlässigkeit

Was die Zuverlässigkeit betrifft, ist das Gehäuse eines der wichtigsten Teile der elektronischen Komponente. Die Rolle von Epoxidmaterial (Abschn. 3.2.1), Gussmaterial (Abschn. 3.2.2), Klebstoff (Abschn. 3.2.3), Kunststoffverpackungen (Abschn. 3.2.4), Packagingentwicklung (Abschn. 3.2.5) und Umwelteinwirkungen (Abschn. 3.3) wird diskutiert. Environmental Stress Screening (ESS) – Abschn. 3.4 – ist der Prozess, bei dem ein neu hergestelltes Produkt Umweltbelastungen ausgesetzt wird, um versteckte Fehler, die während des Herstellungsprozesses auftreten, zu identifizieren und zu beseitigen. ESS wird zu 100 % an den hergestellten Artikeln durchgeführt, um die Kindersterblichkeitsdefekte zu eliminieren. Jeder IC ist in einem Kunststoff- oder Keramikgehäuse verkapselt. Er besteht aus einem Siliziumchip, auf dem durch Ätzen verschiedene mikroelektronische Bauelemente integriert sind. Da können Millionen dieser Bauelemente untergebracht sein (Abschn. 3.5). Es gibt viele Probleme mit der Zuverlässigkeit einzelner Gehäuse (Abschn. 3.6). Die Verpackung von MEMS – Abschn. 3.9 – ist eher eine Kunst als eine Wissenschaft, da Standards für MEMS-Verpackungen nicht existieren. Die Zuverlässigkeit von Nanobauelementen (NEMS) – Abschn. 3.9.3 – ist bei Weitem noch nicht perfekt. Abbau und Ausfallmechanismen in Mikrotechnologien (Stiction, Reibung, Haftreibung, Verschleiß) haben unterschiedliche physikalische Bedeutung auf atomarer und molekularer Ebene. Die modernsten Technologien – Abschn. 3.10 – öffnen ein weites Feld von Anwendungsgebieten.

Titu-Marius I. Băjenescu

Kapitel 7. Zuverlässigkeit von Leistungsbauelementen

Leistungshalbleiterbauelemente (Leistungs-MOSFET, Thyristor, und Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT)) werden als Schalter oder Gleichrichter in leistungselektronischen Schaltungen eingesetzt. Leistungsbauelemente führen eine größere Strommenge und sind typischerweise in der Lage, im ausgeschalteten Zustand eine größere Sperrvorspannung zu unterstützen. Sie werden nur im Kommutierungsbetrieb verwendet und dafür optimiert. Für bipolare Transistoren gibt es auch Grenzen für den Impulsbetrieb und für den zweiten Durchbruch. Heute sind die wesentlichsten Schwierigkeiten für Leistungstransistoren die schlechten Betriebsbedingungen wegen der hohen Energieniveaus. Bezüglich der Qualität von Leistungskomponenten in Anlagen und Systemen stellen die Betriebsbedingungen dieser Bauelemente die erste Priorität dar. Bei Stromüberlast kann für eine gegebene Überlasttemperatur der Stromfluss zu Alterungserscheinungen durch Elektronenwanderung führen. Ein repräsentativer Fehlermechanismus, basierend auf dem Transport von Material, ist die Elektromigration. Für Transistoren im Plastikgehäuse kennt man heute einige mögliche gegenseitige Beeinflussungen zwischen Chip und Epoxid, da die Transistoren warm ummantelt sind. IGBT ist eine Schaltvorrichtung, die das Hochgeschwindigkeitsschaltverhalten und die Gatespannungssteuerung eines Leistungs-MOSFETs aufweist. Der Thyristor wurde als Leistungsbauelement früher als der Transistor eingeführt, er ist einfacher herzustellen und hat keine feinen Strukturen.

Titu-Marius I. Băjenescu

Zuverlässigkeitstechnik bei Formgedächtnisaktoren: Entwicklung von Prüfstandstechnik und Erprobungsprogramm

Innerhalb der letzten Jahre wurde eine Vielzahl an verschiedenen Formgedächtnisaktoren (FG-Aktoren, smarte Aktoren) entwickelt und getestet. Diese smarten Aktoren weisen bei gleicher Funktionsumsetzung gegenüber konventionellen Aktoren nutzbare Vorteile wie verringerter Bauraum sowie verringertes Gewicht auf, arbeiten geräuschlos und können zusätzlich auch als Sensor eingesetzt werden. Einige entwickelte FG-Aktoren wurden bereits in hohen Stückzahlen für industrietaugliche Lösungen produziert, die Substitution findet jedoch bisher nur bedingt Anwendung. Die Ursache dafür ist die mangelnde Akzeptanz aufgrund einer nicht vorhandenen Normierung für Prüfstände, Prüfbedingungen und Prüfpläne. FG-Aktoren unterliegen vielen Einflussfaktoren wie beispielsweise dem nutzbaren Stellweg, der nutzbaren Stellkraft, elektrischer Aktivierungsleistung, thermischer und mechanischer Belastung, diverser Umgebungseinflüsse usw. Dabei steigt jedoch die Anzahl notwendiger Tests exponentiell mit der Anzahl der Einflussfaktoren. Hersteller von FGAktoren entwickeln individuelle und spezialisierte Versuchsstände, welche sich in Aufbau, Prüftechnik und möglichen Einflussgrößen unterscheiden, wodurch ein einheitlicher und reproduzierbarer Vergleich unterschiedlicher Messreihen derzeit nicht durchgeführt werden kann. Weiterhin benötigen Lebensdauerversuche von FG-Aktoren, die beispielhalber 250.000 Belastungszyklen ertragen sollen, mehrere Testmonate, wohingegen konventionelle Aktoren mit denselben Anforderungen in wenigen Tagen getestet werden können.Das Ziel des Beitrags ist es die Entwicklung von standardisierten Prüfständen und Prüfplänen für einheitliche Qualitäts-, Zuverlässigkeits- sowie Lebensdauertests voranzutreiben. Dazu zählt die Spezifizierung von kritischen Prüfkomponenten zur Konzipierung eines universellen Versuchsstandes für die Durchführung dieser Tests.In diesem Beitrag wird ein Technologievergleich zwischen konventionellen Aktoren und FG-Aktoren sowie mögliche Einsatzgebiete für smarte Aktoren dargestellt. Im Kontext dazu wird diskutiert, ob neue Erprobungsinhalte im Vergleich zu konventionellen Aktoren erforderlich sind und wie ein entsprechender, möglichst reduzierter Versuchsplan definiert sein kann. Es werden Konstruktion sowie Aufbau eines Prüfstandes und eine exemplarische Auswertung von Versuchsdaten in Form von Zeitreihen vorgestellt. Die Analyse derDaten erfolgt anhand statistischer Methoden (z. B. Korrelationsanalyse), wodurch Aussagen über die Lebensdauer und Zuverlässigkeit getroffen werden können. Weiterhin wird auf Basis der statistischen Auswertung geprüft, welche Prüfparameter einen signifikanten Einfluss auf das Prüfverfahren sowie den FG-Aktor haben. Die Auswertung der Messdaten ermöglicht es zudem Muster im Verlauf zu beschreiben.Die innerhalb dieses Beitrags vorgestellte, exemplarische Auswertung basiert auf Daten eines bereits existierenden Prüfstands für FG-Drähte. Die zukünftigen Prüfstände sind mit zusätzlicher Hardware, z. B. einer Klimakammer und Sensorik, ausgerüstet, um weitere Einfluss- und Prüfparameter zu ermöglichen und aufzuzeichnen.

Philipp Heß, Stefan Bracke

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. Kraftübertragung Power Transmission

Die Kraftquelle – Verbrennungs- oder Elektromotor – stellt die zum Überwinden der Fahrwiderstände nötige Kraft zur Verfügung. Diese Kraft muss jedoch vom Motorausgang zu den Antriebsrädern geleitet werden. Mitunter ist neben dem Überwinden einer räumlichen Distanz auch noch eine Anpassung an die Motorkennung erforderlich. Wie dies alles geschieht, darüber berichtet das folgende Kapitel.

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

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

Kapitel 10. Beispiele

Als Anwendungspartner im Konsortium JUMP 4.0 stellen sich an dieser Stelle die budatec GmbH, Maier Machines, die cirp GmbH und die KSB SE & Co. KGaA vor. Die budatec GmbH ist Anlagenhersteller für die Halbleiter- und Solarindustrie mit Sitz in Berlin. Hauptgeschäftsfelder sind thermische Systeme und Produkte rund um die Elektronikfertigung. Schwerpunkte dabei sind Vakuumlötsysteme. Maier Werkzeugmaschinenbau GmbH & Co. KG ist ein Maschinen- und Anlagenhersteller, der hauptsächlich im Bereich der Metallbe- und -verarbeitung tätig ist. Drehen, Fräsen, Schleifen und seit Neuestem die Laserbearbeitung gehören zu den Kernkompetenzen. Die cirp GmbH hat ihren Sitz in Heimsheim/Baden Württemberg im Raum Stuttgart/Pforzheim. Bekannt ist der Dienstleister für Prototypen- und Kleinserienfertigung vor allem durch die schnelle und qualitativ hochwertige Erzeugung von Modellen, Prototypen, Werkzeugen und Endprodukten in Kunststoff, gummiartigen Polymeren und Metall. Die KSB SE & Co. KGaA ist einer der führenden Hersteller im Pumpen- und Armaturenmarkt und Anbieter umfangreicher Serviceleistungen. Mit 33 Produktions- und Montagestandorten in 16 Ländern sowie einem engmaschigen Vertriebs- und Servicenetz sind KSB-Mitarbeiter in mehr als 100 Staaten aktiv.

Dirk Buße, Michael Maier, Thomas Lück, Andreas Kühl

2. Leiter und Metalle

Vergleicht man die unterschiedlichen Werkstoffe Metalle, Halbleiter und Isolatoren, fällt auf, dass die Leitfähigkeit eine Bandbreite aufweist, wie bei keiner anderen Materialeigenschaft über mehr als 20 Größenordnungen (vgl. Abb. 2.1). Der Ursprung begründet sich in der Bandstruktur der verschiedenen Materialien.

Peter Wellmann

Experimental Investigation of Inserts in SMC Foam Sandwich Structures for Aircraft Interior Applications

Experimentelle Untersuchung zur Integration von Inserts in SMC-Schaum-Sandwich-Strukturen für den Einsatz in der Flugzeugkabin

Sandwich structures made of fibre reinforced plastics offer a high potential for lightweight design and are widely used in aircraft cabin applications. To face the challenge of the increasing demand in new aircraft, a new manufacturing technology for sandwich structures based on Sheet Moulding Compound (SMC) in combination with a rigid foam core has been developed, allowing the efficient and low cost manufacturing of complex sandwich components in a compression moulding process. For the joining of sandwich components, a well-established method is the integration of threaded metallic inserts that enable a detachable join and thus a high efficiency with regard to assembly, repair and maintenance processes. In the conventional manufacturing of sandwich components, these inserts are usually integrated in a subsequent step after the actual manufacturing of the structure. This process is characterised by a large amount of manual work. The SMC Foam Sandwich technology, on the other hand, offers the potential for a direct integration by moulding in the inserts in the compression moulding process. In this paper an experimental investigation is presented comparing the two concepts for the SMC Foam Sandwich technology with regard to the cycle times as well as mechanical properties of the joins.

Jesper Buck, Marc Mayer, Marc Fette

26. Strukturakustik

Dünnwandige Blechstrukturen stellen in vielen Anwendungen die günstigste Konstruktionslösung dar. Oftmals treten jedoch Geräuschprobleme auf, die bei dem gewachsenen Umweltbewusstsein immer weniger toleriert werden. In immer stärkerem Maße werden daher lärmarme Konstruktionen verlangt, zumal nachträgliche Lärmminderungsmaßnahmen in der Regel sehr kostspielig und nicht immer erfolgreich sind.

Bernd Klein, Thomas Gänsicke

25. Strukturzuverlässigkeit

Die vorausgegangene Diskussion der Ermüdungsfestigkeit hebt auf die Analyse einer als schadenskritisch erkannten Stelle ab. Eine Leichtbaustruktur wird aber im Regelfall aus vielen Einzelteilen bestehen, sodass sich letztlich die Frage nach der Systemzuverlässigkeit stellt. Hiermit verbunden ist die Problematik der Zuverlässigkeitssimulation und -qualifizierung.

Bernd Klein, Thomas Gänsicke

12. Schubwandträger-Profile

Der Trend im Stahl- und Strukturleichtbau weist zu einer größeren Variabilität bei Profilträgern, die heute gerade oder gebogen sowie mit unterschiedlichen Flanschbreiten hergestellt werden. Diese Forderungen lassen sich mit der konventionellen Walztechnik nicht erfüllen, weshalb zunehmend zusammengesetzte Profile (Tailored Strips, DAVEX-Profile etc.) eingesetzt werden. Merkmale dieser Bauformen sind massive Flansche, dünne Stege und Werkstoffkombinationen, wofür der Begriff Schubwandträger geprägt wurde. Dies charakterisiert die Kraftverteilung in Schub und Zug/Druck.

Bernd Klein, Thomas Gänsicke

7. Gestaltungsprinzipien im Leichtbau

Die Natur bedient sich innerhalb der Schöpfung von Pflanzen und Lebewesen vielfältig innovativer Prinzipien. So ist nachweisbar, dass biologische Bauweisen stets mit möglichst geringster Energie hergestellt werden, stets massearm und langlebig sind. Dies ist auch insofern notwendig, da der Materialaufwand jeweils mit der Stoffwechselleistung produziert wird, für die erforderliche Beweglichkeit eine günstige Massenverteilung und abgestimmte Steifigkeiten anzustreben sind.

Bernd Klein, Thomas Gänsicke

Kapitel 6. Speicherung der elektrischen Energie

Die Speicherung der elektrischen Energie im Fahrzeug und ihre bedarfsabhängige Verfügbarkeit gehören neben den elektrischen Maschinen und der Leistungselektronik zu den Schlüsseltechnologien für die Elektrifizierung des Antriebstranges. Über Jahrzehnte wurden Alternativen zur konventionellen Bleibatterie mit einem Fokus zunächst auf Nickel-Cadmium und dann Nickel-Metall-Hydrid Batterie entwickelt. Die Lithium-Ionen-Batterietechnik ist heute die Basis für die meisten modernen Konzepte zur Elektrifizierung des Antriebsstrangs von Fahrzeugen aller Art. Aufgrund ihrer hohen Energie - und Leistungsdichte sowie ihrer hohen Zellspannung ist sie aktuell quasi die einzige Technologieklasse von Bedeutung. Alternativ zur Speicherung der elektrischen Energie in Batterien steht hierfür auch die Kondensatortechnologie zur Verfügung. Die Batteriesystemtechnik ist die Schnittstelle zwischen den Batteriezellen und dem Fahrzeug. Eine zuverlässige und leistungsfähige Batteriezelle ist eine notwendige jedoch nicht hinreichende Bedingung für ein sicheres und langlebiges Batteriesystem. Dazu gehören mechanische und thermische Anforderungen, elektrische Interaktionen mit dem Antriebsstrang sowie Kommunikationskonzepte und die funktionale Absicherung.

Dirk Uwe Sauer, Julia Kowal, Lisa Willenberg, Christiane Rahe, Moritz Teuber, Julia Drillkens, Florian Ringbeck, Christoph Schäper

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 6. Schiffsbetriebsanlagen/Hilfssysteme

Das Bild eines Maschinenraums im Schiff wird außer dem/den Antriebsmotor(en), der/den Antriebswelle(n) und ggf. den Getrieben auch von Rohrleitungen, Ventilen, Pumpen und anderen Aggregaten bestimmt. Als wesentliche Manövriereinrichtung ist die Ruderanlage zu nennen. Ferner gehören weitere zum Teil spezielle auf den Schiffstyp und auf sein Aufgabenspektrum bezogene Einrichtungen und Anlagen zum Betrieb des Schiffes.

Manfred Pfaff

Kapitel 2. Verbindungen

Fast alle Bauwerke setzen sich aus einer Vielzahl einzelner Bestandteile zusammen, die zu einem funktionsfähigen Ganzen zusammengefügt bzw. verbunden sind. Sowohl die Differenzierung in funktional unterschiedlich belegte Teile – wie Fenster und Mauer – als auch die bei der Herstellung zumeist unumgängliche Unterteilung der Baustruktur in kleinere gleichartige Segmente setzt ein Fügen bzw. Verbinden von Einzelteilen voraus. a b Anforderungen, die an das Gesamtbauwerk gestellt werden, gelten dabei ggf. auch für die einzelne Verbindung.

José Luis Moro

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 11. Entwicklung datenbasierter Dienstleistungen zur Umsetzung eines unternehmensübergreifenden C-Teile-Managements

Am Beispiel des Forschungsprojekts „DProdLog“

Obwohl C-Teile Charakteristika wie beispielsweise „standardisiert“, „leicht zu beschaffen“ und „günstiger Stückpreis“ aufweisen, ist das C-Teile-Management mit hohen Kosten verbunden. Im Zeitalter der Digitalisierung wird intelligenten Produkten ein Potenzial zugesprochen, die Prozesse der C-Teile-Versorgung mit datenbasierten Dienstleistungen zu unterstützen und somit den hohen Versorgungskosten entgegenzuwirken. Dieser Ansatz wird im Forschungsprojekt „DProdLog – Digitalisierung produktionslogistischer Dienstleistungen“, in dem ein unternehmensübergreifendes, dienstleistungsbasiertes C-Teile-Management entwickelt wird, verfolgt. Zur Erbringung der Dienstleistungen dienen intelligente Kleinladungsträger, die als wesentlicher Bestandteil von cyberphysischen Systemen agieren. Ziel dieses Beitrags ist es aufzuzeigen, nach welchem Vorgehen und mit welchen Methoden im Projekt „DProdLog“ datenbasierte Dienstleistungen rund um intelligente Kleinladungsträger entwickelt werden. Neben klassischen Methoden, wie Kreativitätstechniken in der Ideenphase für Dienstleistungen, wurde eine Methode der Dienstleistungsentwicklung, welche insbesondere die Anforderungen der Entwicklung datenbasierter Dienstleistungen erfüllt, angewendet. Anhand eines konkreten Beispiels wird in diesem Beitrag das Vorgehen der Dienstleistungsentwicklung im Projekt veranschaulicht.

Elena Goldmann, Mario Graßy, Horst Neumann

12. Getriebesteuerung – Elektrik, Elektronik, Aktuatorik und Sensorik

Viele Innovationen im Bereich der Getriebe- und Antriebstechnik sind maßgeblich durch die Integration von Mechanik, Elektronik und Software sowie die Vernetzung von Steuergeräten bestimmt (Abschn. 12.1). Das Kapitel spannt den Bogen vom Aufbau von elektrohydraulischen Steuereinheiten, über das Zusammenspiel der Mechanik-, Hydraulik-/Pneumatik-, Elektronik- und Software-Komponenten, bis hin zur Vernetzung des Getriebesteuergeräts im Gesamtfahrzeug. Der Aufbau und die Funktionsweise der elektronischen Getriebesteuerung (TCU) als Hardware mit ihren Bestandteilen und den Schnittstellen werden beschrieben (Abschn. 12.2). Die gängigsten Sensoren eines Getriebes werden erläutert (Abschn. 12.4). Grundelemente der Funktions- und Softwareentwicklung sowie der Getriebeabstimmung (Calibration) werden vorgestellt (Abschn. 12.5). Fragestellungen zu Entwicklungsstandards wie „Automotive Spice“ und „Functional Safety“ werden behandelt (Abschn. 12.6). Neben dem Getriebesteuergerät werden bei Fahrantrieben mit Elektromotoren zusätzlich leistungsstarke Treiber für die Ansteuerung der elektrischen Maschinen benötigt. Daher wird ein Einblick in das Thema Leistungselektronik gegeben und Unterschiede der Bordnetzstrukturen von konventionellen gegenüber elektrifizierten Fahrzeugen aufgezeigt (Abschn. 12.7).

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

8. Schraubenverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

18. Elemente zur Führung von Fluiden (Rohrleitungen)

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

1. Allgemeine und konstruktive Grundlagen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

7. Nietverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

1. Technik und Mechatronik – eine Übersicht

Technik bezeichnet die Gesamtheit der von Menschen geschaffenen, nutzorientierten Gegenstände und Systeme sowie die zugehörige Forschung, Entwicklung, Herstellung und Anwendung. Technische Systeme haben die Aufgabe, Material, Energie und Information für Technik, Wirtschaft und Gesellschaft nutzbar zu machen. Technische Systeme sind nach der Systemtheorie durch ihre Funktion und die sie tragende Struktur gekennzeichnet, siehe Abb. 1.1.

Horst Czichos

Kapitel 10. Gerätetechnik

Die mechatronische Gerätetechnik hat sich aus der Feinwerktechnik entwickelt, die bereits vor Begründung der Mechatronik eine interdisziplinäre Ingenieurwissenschaft mit der Kombination Feinmechanik–Optik–Elektrik war. Als charakteristische mechatronische Geräte werden Fahrscheinautomaten, elektronische Waagen, Spiegelreflex- und Digitalkameras mit ihrem Aufbau und ihrer Funktion dargestellt. Außerdem werden die Prinzipien der Mikrosystemtechnik behandelt, die mit Bauteilabmessungen im mm/μm-Bereich Funktionalitäten aus Mikromechanik, Mikrofluidik, Mikrooptik, Mikromagnetik und Mikroelektronik gerätetechnisch vereint.

Horst Czichos

Holzbau

Die Tradition des Holzbaus reicht sehr weit bis zu den Ursprüngen der Menschheitsgeschichte zurück. Bemerkenswert ist das hohe Maß an holzbautechnischem Wissen, auf das man beim historischen Umgang mit Holz im Bauen stößt und das uns die noch heute vorhandene lange Erfahrung und Bautradition im Holzbau erahnen lässt. Das Wissen um diesen Baustoff ist bis heute in tradierter gebauter Form an den erhaltenen historischen Holzbauten ablesbar.

José Luis Moro

Produktmanagement: Positionierung, Kernkompetenzen und organisatorische Einbindung

Was zeichnet erfolgreiche Unternehmen aus? Sicherlich die Fähigkeit, Produkte zu entwickeln, sie erfolgreich am Markt einzuführen und den Produktlebenszyklus optimal zu gestalten. Um diese Fähigkeiten aufzubauen, nutzen Unternehmen viele Strategien, Konzepte und Programme. Doch all diese Vorgehensweisen bleiben weitgehend wirkungslos, wenn keine soliden organisatorischen Voraussetzungen geschaffen werden.

Klaus J. Aumayr

Kapitel 4. Konzept zur Betriebsfestigkeitsanalyse von Hochvoltspeichern

In diesem Kapitel wird die Entwicklung und Anwendung von Multilevel-Ansätzen zur Betriebsfestigkeitsanalyse von Hochvoltspeichern erläutert. Hochvoltspeicher gehören sicher zu den augenscheinlichsten Unterscheidungsmerkmalen in den Komponenten elektrifizierter Fahrzeuge gegenüber Fahrzeugen mit konventionellem Antrieb über Verbrennungsmotoren.

Dr.-Ing. habil. Andreas Dörnhöfer

Kapitel 3. Grundlagen

Zum besseren Verständnis werden die wissenschaftlichen und technischen Grundlagen behandelt. Zunächst wird auf die Betriebsfestigkeitsanalyse und die Festigkeitsabsicherung im Fahrzeugbau eingegangen. Daran schließt sich ein kurzer Überblick über die Elektrifizierung von Fahrzeugen und die dafür verwendeten Komponenten an. Das Kapitel schließt mit einer Einführung in Multilevel-Ansätze in der Materialwissenschaft und die Übertragung des Konzepts auf die Festigkeitsanalyse komplexer Strukturen im Fahrzeugbau.

Dr.-Ing. habil. Andreas Dörnhöfer

12. Lichtwellenleiter

Der Begriff Lichtwellenleiter ist in der DIN 47002 und VDE 0888 genormt und besagt, dass es sich um einen Leiter handelt, in dem moduliertes Licht übertragen wird. Glasfasern (optical fibers) werden aus Kunststoff oder Glas Glas hergestellt. Lichtwellenleiter (LWL) oder optische Fasern sind kaum teurer als Kupferleitungen und haben zudem, insbesondere auf längeren Übertragungsstrecken, erhebliche Vorteile.

Leonhard Stiny

Chapter 34. Metallic Interconnection Technologies for High Power Vertical Cavity Surface Emitting Lasers Modules

Highly reliable power VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers) array systems with an optimized optical output require a plan parallel assembly for a homogeneous radiation and an advanced packaging design to ensure good heat dissipation and an overall reliable performance. The aim of this study is to evaluate if metallic interconnection technologies like soldering and silver sintering can meet these requirements. Therefore, GaAs dies with VCSEL arrays of more than 2000 single lasers were mounted on substrates by soldering using AuSn20 and SnAg3 solder as well as by applying pressure assisted silver sintering. The samples were analyzed using ultrasonic microscopy (C-SAM), X-ray microscopy and 3D laser profilometry. Cross-sections of selected samples were made and analyzed using light- and scanning electron microscopy (SEM). Soldered and silver sintered samples were subjected to thermal cycling between -55°C and +125°C to validate the reliability of the metallic interconnects. Furthermore, it was tested, if it is possible to assemble a DCB onto a micro channel water cooler made of copper by pressure assisted silver sintering in order to enable an advanced heat transfer of the high power VCSEL module.

Constanze Weber, Lena Goullon, Matthias Hutter, Martin Schneider-Ramelow

8. Türen, Zargen und Schlösser

Türen trennen und verbinden Außen- und Innenraum sowie Räumlichkeiten mit unterschiedlicher Nutzung und Repräsentation. Dementsprechend unterscheidet man Außentüren, Innentüren und Schutztüren.1), 2)

Ulf Hestermann, Ludwig Rongen

6. Tragwerke und Aufbauten von Schienenfahrzeugen

Es werden die Anforderungen und Vorgaben zur Auslegung von Schienenfahrzeugtragwerken aus den verschiedenen Regelwerken dargestellt, sowohl für statische als auch für dynamische Belastungen. Auch die Anforderungen an die crashgerechte Auslegung und deren konstruktive Umsetzung werden besprochen. Anhand der geschichtlichen Entwicklung von Personenfahrzeugen der Eisenbahn werden die verschiedenen Bauweisen (insbesondere Differential- und Integralbauweise in Stahl bzw. Aluminium) durch zahlreiche Beispiele erläutert. Weitere Abschnitte dieses Kapitels beschäftigen sich mit den Tragwerken und Aufbauten von U-Bahn- und Straßenbahnfahrzeugen, Lokomotiven und Güterwagen. Schließlich werden noch die Auslegungskriterien für Drehgestelle aus den anzuwendenden Regelwerken dargestellt. Das Beispiel einer Finite-Elemente-Berechnung für ein Straßenbahndrehgestell beschließt das Kapitel.

Joachim Ihme

Kapitel 8. Wasserverteilung

Hauptbestandteile des Systems zur Wasserverteilung sind die Rohrleitungen. Sie werden entsprechend ihrem Zweck wie folgt unterschieden.

Joachim Rautenberg

Kapitel 13. Das Preisgericht als Poet

Das Geschehen in einem Preisgericht zeigt sich im vorangegangenen Kapitel als Spiel. In diesem bringen sich die Wettbewerbsentwürfe über die Beschreibungen der Juroren zur Ausführung. Mit Gadamer wird deutlich, dass es sich bei diesem Vorgang um eine Wahrheitsfindung handelt.

Marcus van Reimersdahl

4. Löten

Das Löten ist ein Fügeprozess, bei dem die zu verbindenden Grundwerkstoffe anders als beim Schweißen nicht aufgeschmolzen werden. Es entsteht ebenfalls eine unlösbare Verbindung durch das Aufschmelzen eines Zusatzes, dem Lot, ggf. mit Hilfe von Flussmitteln.

Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek

6. Fügen durch Umformen

Die mechanischen Fügetechniken finden überall dort Verwendung, wo es im Wesentlichen darauf ankommt, unterschiedliche Bauteilwerkstoffe zu verbinden, beschichtete Komponenten zu Baugruppen zusammenzufügen oder aber wo thermische Fügeverfahren den zu verbindenden Fügeteilwerkstoff unzulässig schädigen.

Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek

7. Kunststoffe schweißen

Kunststoffe, auch Polymerwerkstoffe genannt, engl. „plastics“, bestehen hauptsächlich aus synthetischen und organischen Polymeren. Organische Polymere sind umgewandelte Naturstoffe. Synthetische Polymere sind künstlich hergestellt durch:

Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek

13. Anwendungsgerechte Gestaltung von Schweißkonstruktionen

Die Normenreihe DIN 18800 war seit Jahrzehnten Basis für den Stahlbau in Deutschland. Im Zuge der Harmonisierung von Rechts- und Verwaltungsvorschriften wurde im Amtsblatt der Europäischen Union vom 17.12.2010 veröffentlicht, dass EN 1090 die gültige Norm zur Ausführung und EN 1993 für die Bemessung und Konstruktion von Stahltragwerken und Aluminiumtragwerken wird. Es begann eine Koexistenzperiode, in der die Normen DIN 18800, DIN EN 1993 und DIN EN 1090 gleichermaßen galten. Seit 2014 sind jedoch nur noch die maßgeblichen Normen im Stahlbau gültig:

Volkmar Schuler, Jürgen Twrdek

8. Selbstgeführte Wechselrichter mit eingeprägter Spannung (U–Wechselrichter)

In den vorigen Kapiteln dieses Bandes wurden die unterschiedlichsten leistungselektronischen Schaltungen vorgestellt, um drehzahl– und drehmoment–variable Antriebe zu realisieren. Anfangs standen als Bauelemente Dioden und Thyristoren zur Verfügung, so daß Schaltungsvarianten wie der Umkehrstromrichter (Gleichstrommaschine) bzw. der Direktumrichter (Drehfeldmaschine) oder der lastgeführte Wechselrichter (Stromrichtermotor) Varianten waren, die fremdgeführte Stellglieder nutzten. In der gleichen Linie — Verwendung von Dioden und Thyristoren — waren die Arbeiten für die selbstgeführten Wechselrichter einzuordnen, die zum I–Wechselrichter mit Phasenfolgelöschung oder zum Nullstromschalter für die Wechselrichter mit eingeprägter Spannung führten.

Dierk Schröder, Rainer Marquardt

11. Sondergebiete der Leistungselektronik

In den bisherigen Kapiteln wurden Stromrichterschaltungen vorwiegend aus der Sicht der Antriebstechnik dargestellt, die entweder die Energieumformung von einem Wechsel- bzw. Drehstromsystem zu einem Gleichstromsystem bzw. umgekehrt oder von einem Gleichstromsystem zu einem anderen Gleichstromsystem ermöglichen.

Dierk Schröder, Rainer Marquardt

AUDI A7 – das Türsystem der zweiten Generation

Andreas Ullrich

Automatisierte flexible Verbindungstechnik für thermoplastische und duroplastische Faserverbundwerkstoffe im Materialmischbau

Moderne Karosserien bestehen heute mehr denn je aus einer Vielzahl unterschiedlichster Werkstoffe. War in den frühen 1990er Jahren Stahl in seiner „altbekannten“ Ausführung noch der dominierende Werkstoff, so nahm die Stahlentwicklung in Richtung hoch- und höchstfester Güten mit Ende desselben Jahrzehnts auch im Karosseriebau Einzug (vgl. Abbildung 1.1).

Oğuzhan Eroğlu, Shahan Tutunjian, Thomas Forstner, Fabian Fischer

HOLZPRODUKTE

Ziel war, wie heute auch, teure und seltene Holzarten als Oberflächenbeschichtungen nur in sehr dünnen Lagen zu verarbeiten. Das erste Patent für eine Furnierschälmaschine wurde bereits 1818 vergeben. Erst 1870 wurde mit der industriellen Herstellung von Furnieren begonnen.

José Luis Moro

Stahl

Wie bei allen metallischen Stoffen, beruht der Stoffzusammenhalt bei Stahl auf der charakteristischen metallischen Atombindung, bei der die positiv geladenen Atomrümpfe ihre freien Elektronen abgeben, die sich dann in den Zwischenräumen des kristallinen Raumgitters frei bewegen (Elektronengas). Die ungerichtete Atombindung im Elektronengas erzeugt ein extrem dicht gepacktes Raumgitter, eine dichtestmögliche Kugelpackung, und ist die Ursache der hohen Festigkeit von Stahl, die von kaum einem anderen Werkstoff, und gewiss nicht von einem heute allgemein praxistauglichen, überboten wird. Die modellhafte Vorstellung des Elektronengases erklärt ihrerseits beim Stahl.

José Luis Moro

Recycling

Diese Variante des Recycling findet sich im Bauwesen (anders als bei anderen Industriesparten) eher selten. Dies mag mit dem betont prototypischen Charakter von Gebäuden zusammenhängen, die im Regelfall auf einen besonderen Einsatzfall maßgeschneidert sind.

José Luis Moro

1. Einleitung

In der Einleitung wird die Entwicklung der Mikroelektronik mit der Planartechnik als Grundlage vorgestellt. Ganzflächige Schichtabscheidungen lassen sich mithilfe der Fotolithografie und einer Ätztechnik in lokale Veränderungen der Oberfläche transformieren. Dabei wird auf die Bedeutung der im Folgenden behandelten Einzelprozesse hingewiesen.

Ulrich Hilleringmann

13. Montage integrierter Schaltungen

Zur Einhäusung der Chips müssen die Siliziumscheiben nach der Prozessierung vorbehandelt werden. Anschließend folgen das Zerlegen der Scheiben in Chips, das Einkleben ins Gehäuse sowie die Verdrahtung der Anschlüsse von den Pads auf dem Chip zum Gehäuseanschluss. Neben den Einzeldrahtverfahren werden Komplettkontaktierungsverfahren vorgestellt.

Ulrich Hilleringmann

6. Entwicklung von elektrofahrzeugspezifischen Systemen

Die Batterie ist eine der absolut zentralen Komponenten des Elektrofahrzeugs. Die serielle Entwicklung und Produktion dieser Batterien und die Verbesserung der Leistungen wird entscheidend für den Erfolg der Elektromobilität sein. Die Batterie ist jedoch nicht das einzige elektrofahrzeugspezifische System, das neu entwickelt, umkonzipiert oder verbessert werden muss. So sind ebenso die Entwicklung der neuen Fahrzeugstruktur sowie des elektrifizierten Antriebsstranges Teil dieses Kapitels. Weiterhin wird ein Blick auf das bedeutende Thema des Thermomanagements geworfen.

Thilo Röth, Achim Kampker, Christoph Deutskens, Kai Kreisköther, Heiner Hans Heimes, Bastian Schittny, Sebastian Ivanescu, Max Kleine Büning, Christian Reinders, Saskia Wessel, Andreas Haunreiter, Uwe Reisgen, Regina Thiele, Kay Hameyer, Rik W. De Doncker, Uwe Sauer, Hauke van Hoek, Mareike Hübner, Martin Hennen, Thilo Stolze, Andreas Vetter, Jürgen Hagedorn, Dirk Müller, Kai Rewitz, Mark Wesseling, Björn Flieger

Kapitel 1. Einführung

Globalisierung, demografischer Wandel und Ressourcenknappheit verändern unsere Lebens- und Arbeitsbedingungen und stellen hohe Anforderungen an die Innovationskraft der heimischen Industrie. Im Technologienetzwerk Intelligente Technische SystemeIntelligente Technische Systeme Systemintelligentes technisches OstWestfalenLippe – kurz it’s OWL – werden innovative Produkte und Dienstleistungen für die Märkte von morgen erarbeitet. Weltmarktführer und „Hidden Champions“ aus dem Maschinenbau, der Elektro- und Elektronikindustrie und dem Bereich der Automobilzulieferer arbeiten dabei eng mit Spitzenforschungseinrichtungen zusammen. Denn der Innovationserfolg stellt sich ein, wenn sich Market Pull und Science Push treffen. In 50 Projekten mit einem Gesamtvolumen von rund 100 Mio. EUR (Laufzeit von 2012 bis 2017) werden intelligente Produkte und Produktionssysteme entwickelt. Zielsetzung des Cluster-Querschnittsprojekt Selbstoptimierung ist ein Instrumentarium zur Planung und Entwicklung von selbstoptimierenden Produkten und Produktionssystemen. Das Instrumentarium soll die Entwickler (Im Folgenden wird in der maskulinen Form geschrieben und zwar ausschließlich wegen der einfachen Lesbarkeit. Wenn beispielsweise von Entwicklern, Entscheidungsträgern und Managern die Rede ist, sind selbstredend auch Entwicklerinnen, Entscheidungsträgerinnen und Managerinnen gemeint.) in den Unternehmen bei der Realisierung von Ansätzen der Selbstoptimierung praxisgerecht unterstützen. Vor diesem Hintergrund wird in diesem Kapitel zunächst der Spitzencluster it’s OWL vorgestellt. Nachfolgend wird gezeigt, wie das Cluster-Querschnittsprojekt Selbstoptimierung im Spitzencluster eingebettet ist und welche Schwerpunkte und Zielsetzungen im Fokus des Projekts stehen.

Roman Dumitrescu, Jürgen Gausemeier, Peter Iwanek, Christopher Lüke, Ansgar Trächtler

6. Elektrotechnik

Der Aufbau von Starkstromanlagen für Gebäude mit Versorgung aus Mittel- und Niederspannungsanlagen wird erläutert. Auch die Grundlagen von Eigenstromerzeugung mit Photovoltaik und Kleinwindkraftanlagen ist Bestandteil. Die Fernmelde- und Informationstechnik differenziert die zahlreichen Anwendungen für Telekommunikation, Elektroakustik, Fernseh- und Antennenanlagen, Gefahrenmelde- und Alarmanlagen und Datentechnik. Die Darstellung der Gebäudeautomation schließt das Kapitel ab.

Dirk Bohne

32. Verbindungen der Vakuumtechnik

Die Ansprüche an Vakuumverbindungen sind besonders hoch, müssen sie doch sicherstellen, dass Vakuumkomponenten leckdicht miteinander verbunden werden. Sowohl die zerstörungsfrei unlösbaren Verbindungstechniken, wie Löten, Schweißen und Kleben, als auch die lösbaren Verbindungen, insbesondere die genormten Flanschsysteme, werden im Detail erläutert. Zugleich wird auf die Bedeutung der Werkstoffauswahl eingegangen, die verschiedensten Anforderungen wie dem Druckbereich, dem Ausgasverhalten oder der Temperaturbeständigkeit entsprechen muss.

Ute Bergner

Kapitel 6. Abtragende Maschinen

In Kapitel 6 wird ein Überblick über abtragende Maschinen gegeben. Hier werden Formen von Werkzeugmaschinen beschrieben, mit denen Bearbeitungen durchgeführt werden, die den abtragenden Fertigungsverfahren nach DIN 8580 zugeordnet sind. Im Einzelnen wird eine kurze Einführung in chemische Ätzanlagen sowie Maschinen für die elektrochemische und funkenerosive Bearbeitung gegeben. Auch Anlagen zum Abtragen durch Elektronenstrahlen und zum thermisch-chemischen Entgraten werden vorgestellt.

Christian Brecher, Manfred Weck

3. Verbindungstechnik

Kapitel 3 beinhaltet die Beschreibung der Verfahren für die Verbindungen zwischen Kabel und Leiter.LötenCrimpenSchweißenDas Löten ist das Verbinden von Metallteilen durch eine Metalllegierung (das Lot) unter Einfluss von Wärme/Hitze. Die Schmelztemperatur des Lotes liegt unterhalb der anderen zu verbindenden Metalle. Ab einer bestimmten Temperatur fließt das geschmolzene Lot zwischen die beiden Metallteile. Unter günstigen Voraussetzungen kommt es zwischen dem Lot und den Metallen zu einer festen, dichten, korrosionsbeständigen, strom- und wärmeleitenden Verbindung.Crimpen ist die am meisten eingesetzte Verbindungstechnik in Bordnetzkabelsätzen. Crimpen ist das Verquetschen eines Kontaktteils mit einem litzenförmigen Leiter. Das Kontaktteil muss auf den Leiter abgestimmt sein und es muss ein definiertes Crimpwerkzeug verwendet werden, damit eine einwandfreie Kontaktierung entsteht.Beim Schweißen werden zwei Metallteile gasdicht verbunden. Die Festigkeit der Schweißstelle ist gleichhoch oder höher als die der beteiligten Metalle.

Gerhard Babiel

Fehlerfrei und doch mangelhaft – Hinzunehmende Unregelmäßigkeiten, hinnehmbarer oder zu beseitigender Mangel bei Dachabdichtungen

Das oberste Ziel einer Abdichtung ist das Erreichen der Dichtheit, damit in die weiteren Schichten eines Dach- oder Abdichtungsaufbaus keinerlei Niederschlagswasser eindringen kann. Das Erfordernis der Dichtheit ist die wichtigste Eigenschaft einer Abdichtung, unabhängig weiterer Parameter, die ebenso auf eine Abdichtung einwirken. Weitere Parameter, sprich Beanspruchungen, sind Feuchte sowie mechanische, thermische, biologische, chemische und sonstige Beanspruchungen. Die Beanspruchungen haben nicht nur Auswirkungen auf die Nutzungsdauer einer Abdichtung, sondern auch auf deren Überdeckungen, Nahtfügungen und Detailausbildungen. So sind beispielsweise durch Unebenheiten im Untergrund, aber auch bei den weiteren Dachschichten etc. Pfützenbildungen unvermeidbar.

Ludwig Held

Kapitel 5. Untersuchungen an Längsträgersystemen

Nachdem eine hohe Übereinstimmungsgüte auf Bauteilebene gesichert ist, werden in diesem Kapitel numerische und experimentelle Untersuchungen zu Abgleichzwecken an Längsträgersystemen vorgenommen. Damit bewegen sich die Untersuchungen auf der zweiten Ebene der Validierungshierarchie aus Abbildung 1.3 auf Seite 3 – der Komponentenebene. Der Komplexitätsgrad hinsichtlich der Geometrien, der Anzahl der Bauteile und der Fügetechnik steigt mit gleichzeitig wachsender Praxisrelevanz.

Philipp Wellkamp

6. Instandsetzung, Sanierung und nutzergerechte Verbesserung/Ertüchtigung

Um eine fachgerechte Instandsetzung und Sanierung realisieren zu können, ist eine detaillierte Planung durch erfahrene Fachleute unerlässlich. So sind neben differenzierten Kenntnissen zur Prüfung der Sanierungsbedürftigkeit Erfahrungen über rationelle Möglichkeiten zur Reparatur, Instandsetzung und Verstärkung von Konstruktionen für ein konzeptionelles und entscheidungsfreudiges Vorgehen erforderlich. Auch wird eine besondere Sorgfalt und Verantwortung bzw. Fachkenntnis verlangt, geht es doch um die Erhaltung unwiederbringlicher historischer Werte. Ungenügende Fachkenntnisse in der Planung und in der Qualität der Ausführung führen zur massiven Vernichtung historischer Bausubstanz.Die Sensibilität im Umgang mit den kulturgeschichtlichen Zeugnissen vergangener Epochen erkennt man in der Planung der einzelnen Bauabläufe. Sie zeigt sich aber auch in der organisatorischen Fähigkeit ihrer Realisierung und der Qualität der Bauüberwachung bzw. der ausgeführten Bauarbeiten. Geschuldet wird dem Bauherrn ein mängelfreies Werk, welches sich mit ausreichender Dauerhaftigkeit und Substanzverträglichkeit im vorgegebenen wirtschaftlichen Rahmen bewegt.

Karin Lißner, Wolfgang Rug

3. Historische Konstruktionen und Verbindungen

Seit den Anfängen des Holzbaus wurden die vielfältigsten Verbindungsarten entwickelt und ausgeführt. Schon vor unserer Zeitrechnung entwickelten Zimmerer Holzverbindungen, bei denen Holzstäbe mit gleichen oder verschiedenen Richtungen in Knotenpunkten zusammenstießen. Diese Verbindungen konnten keine nennenswerten Zugkräfte übertragen. Als älteste Verbindung ist die Verblattung bekannt; sie wurde ursprünglich mit Keilen gesichert. Später wurden die unterschiedlichsten Zapfenverbindungen entwickelt, anfangs ebenfallsverkeilt, dann mit Holznägeln gesichert.Der traditionelle Zimmermannsholzbau ist durch die Verbindungen geprägt, mit denen Holzstäbe (Balken, Sparren, Pfetten, Schwellen usw. aus Kant- oder Rundhölzern) zum Tragwerk „verbunden“ wurden. Diese Verbindungen waren „Stoßverbindungen“, bei denen die aufzunehmenden Kräfte nur durch Druckkontakt und gegebenenfalls durch Reibung übertragen werden.

Karin Lißner, Wolfgang Rug

4. Aufgabenstellung

Als Voraussetzung für eine erfolgreiche Konstruktionstätigkeit gilt die präzise formulierte und schriftlich festgelegte Aufgabenstellung. Um diese formulieren zu können, ist es aber erforderlich, vorher eine systematische Produktplanung durchzuführen. Da es hierfür natürlich auch Methoden gibt, die der Konstrukteur kennen sollte, wird auf die wichtigsten in diesem Kapitel eingegangen. Es handelt sich um die ABC-Analyse, die Wertanalyse (WA), die auch zur Produktoptimierung geeignet ist und das Benchmarking.Für alle Beteiligten an der Produktentwicklung ist schließlich die Anforderungsliste das wichtigste Dokument, auf das sie sich im Endeffekt beziehen müssen. Es wird erläutert, wie sie zustande kommt und welche Randbedingungen und Einschränkungen (Restriktionen) zu beachten sind.

Paul Naefe

Kapitel 18. Erfolgreiche Unternehmensführung in sich verändernder Zeit

Ein Beitrag der Adolf Würth GmbH & Co. KG

Our social, economic and management frameworks are changing rapidly. There-fore, companies have to react very quickly in order to survive. In the last 50 years the living together of human beings has strongly changed and companies have the duty to break new ground in managing employees.

Reinhold Würth

E4. Kunststoffe

Kunststoffe sind organische, hochmolekulare Werkstoffe, die überwiegend synthetisch hergestellt werden. Sie werden als Polymere (deshalb auch Polymerwerkstoffe genannt) aus Monomeren hergestellt durch Polymerisation, Polykondensation oder Polyaddition. Monomere sind Substanzen, die Kohlenstoff C, Wasserstoff H, Sauerstoff O sowie Stickstoff N, Chlor Cl, Schwefel S und Fluor F enthalten. Je nach Art der entstehenden Polymere unterscheidet sich dann das Verhalten:Lineare Polymere sind Thermoplaste; vernetzte Polymere sind Duroplaste und mehr oder weniger weitmaschig vernetzte Polymere sind elastische Kunststoffe, auch Elastomere genannt.Biopolymere werden teilweise oder vollständig aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt. Kunststoffe die biologisch abbaubar sind, werden häufig ebenfalls als Biopolymere bezeichnet, unabhänig davon ob diese aus petrochemischen oder nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wurden.

Dr.-Ing. Michael Kübler, Dr.-Ing. Andreas K. Müller, Prof. Dr.-Ing. Helmut Schürmann

S5. Sonderverfahren

Die Gewindefertigung umfasst sämtliche Verfahren die zur Herstellung von Gewinden verwendet werden. Die Unterteilung kann in Anlehnung an die DIN 8580 ff. erfolgen (Bild 1). Die Verfahrensauswahl erfolgt unter Berücksichtigung der Gewindefunktion, der Anforderungen an das Gewinde und unter Beachtung wirtschaftlicher Gesichtspunkte. Durch die verfahrenscharakteristische Kinematik wird die Eignung zur Herstellung von Innen‐ und/oder Außengewinden limitiert.Die Herstellung von Gewinden durch Druckgießen ist dem Urformen zuzuordnen. Das Verfahren hat nur eine geringe Bedeutung. Der Gewindefertigung mittels trennender Verfahren ist die größte Verfahrensvielfalt zuzuordnen. Die Vielfalt ist dabei nicht gleichbedeutend mit dem Marktanteil der Verfahren. Innerhalb des Trennens werden die Verfahren gemäß DIN 8580 ff. weiter unterteilt. So werden das Gewindeschneiden und Gewindebohren der Gruppe Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide zugeordnet, während beispielsweise das Gewindeerodieren in die Gruppe Abtragen einzugliedern ist. Weitere Verfahren wie das Gewindewalzen oder Gewindedrücken werden dem Umformen zugewiesen.

Prof. Dr. rer. nat. Andreas Dietzel, N. Troß, C. Löpenhaus, Prof. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann, Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher, Prof. Dr. rer. nat. Stephanus Büttgenbach, Prof. Dr.-Ing. Berend Denkena, Prof. Dr.-Ing. Manfred Weck

1. Fahrzeugelektronik

In diesem Kapitel wird eine Einführung in die Fahrzeugelektronik im Sinne der Hardware und Steuergeräte gegeben. Diese mindestens notwendigen Grundlagen der Thematik sind die Basis für das Verständnis der Zusammenhänge, um das Vorgehen in der Fahrzeuginformatik zu vermitteln.

Prof. Dr.-Ing. Fabian Wolf

Kapitel 28. Geschäftsmodelle für ein unternehmensübergreifendes und plattformbasiertes C-Teile Management

Geschäftsmodellentwicklung am Beispiel des Forschungsprojektes „DProdLog“

Der Beitrag beschreibt am Beispiel des Forschungsprojektes „DProdLog – Digitalisierung produktionslogistischer Dienstleistungen“ (gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung) wie auf Basis intelligenter Behälter und datenbasierter Dienstleistungen innovative Geschäftsmodelle entwickelt werden können, die ein unternehmensübergreifendes und plattformbasiertes C-Teile Management ermöglichen. Es wird auf fünf Phasen der Geschäftsmodellentwicklung im Projekt, der Generierung einer Geschäftsmodellidee, der Analyse der Ist-Prozesse bei der C-Teile Versorgung, der Generierung und Auswahl von Dienstleistungsideen sowie der detaillierten Entwicklung und Beschreibung der Dienstleistungen eingegangen. Darauf aufbauend, werden die Ergebnisse aggregiert und das Geschäftsmodell in der fünften Phase finalisiert. Dabei werden unterschiedliche Perspektiven der an der C-Teile Versorgung beteiligter Akteure eingenommen.

Elena Goldmann, Mario Graßy, Horst Neumann

3. Vollkostenrechnung

In diesem Kapitel lernen Sie die einzelnen Elemente eines Vollkostensystems näher kennen.zu unterscheiden, welche Kostenarten in einem Unternehmen von Bedeutung sind.die Bildung von Kostenstellen kennen. Sie wissen, wie Kostenarten auf Kostenstellen verrechnet werden können, wie eine innerbetriebliche Leistungsverrechnung erfolgt und können abschließend Zuschlagsätze für die Kalkulation ermitteln.wie die Selbstkosten von Produkten bzw. Aufträgen ermittelt werden. Sie können beurteilen, welches Verfahren der Kalkulation für eine konkrete betriebliche Situation angewendet werden sollte und können darüber hinaus die Qualität der gefundenen Lösungen einschätzen.die Vorgehensweise zur Ermittlung des betrieblichen Erfolges kennen.die Durchführung von Abweichungsanalysen. Sie können anschließend beurteilen, warum und in welcher Höhe Plankosten und Istkosten voneinander abweichen.

Prof. Dr. Jürgen Horsch

Kapitel 8. Intelligente (smarte) Robotik

Die Evolution in der Robotertechnologie hat in den letzten Jahren das Produktionsumfeld stark verändert. Vom Industrieroboter in der hoch automatisierten Fertigung bis hin zu Leichtbaurobotern in der Montage und autonomen Transportfahrzeugen in der Intra-Logistik werden anhand von einigen aktuellen Beispielen Möglichkeiten des Einsatzes in der heutigen Fertigung praxisnah dargestellt.

Uwe Müller, Edwin Lotter

Kapitel 12. Leistungsmanagement: Das Ganze im Blick

Beim Leistungsmanagement geht es darum, durch eine Kombination von Ausrichtungs-, Vergütungs- und Feedback-Instrumenten Mitarbeiter dazu zu motivieren, das für das Unternehmen optimale Leistungsverhalten zu zeigen. In der Praxis steht das Unternehmen immer wieder vor Problemen, die etwas mit den Instrumenten, aber auch mit deren Anwendung zu tun haben. Hier gilt es, gerade auch angesichts der Veränderungen in der Arbeitswelt, die Instrumente des Leistungsmanagements neu zu konfigurieren. Das hat auch die Phoenix Contact GmbH & Co. KG gemacht.

Sascha Armutat

Kapitel 4. Grundlagen der Organisationslehre

Neben der effizienten Bearbeitung einzelwirtschaftlicher Aufgaben, beispielsweise der Auswahl von Handlungsalternativen, ist vor allem die Gestaltung der Organisation ein wichtiger Erfolgsfaktor für wirtschaftliches Behördenhandeln. Dabei ist Organisation sehr umfassend und vielschichtig: Eine wichtige Organisationsaufgabe im Rahmen der Aufbauorganisation ist die Arbeitsteilung, d. h. das Verteilen der Aufgaben einer Behörde auf verschiedene menschliche Bearbeiter. Die wichtigsten Spezialisierungsformen sowie – als Alternative – die Mengenteilung werden anhand von Beispielen vorgestellt. – Gegenpol zur Aufbauorganisation ist die Ablauforganisation, deren Ziel die Optimierung sämtlicher Arbeitsabläufe bzw. Arbeitsprozesse ist.

Andreas Lamers

CSR zwischen Freiwilligkeit und Regulierung – Erfahrungen aus der HARTING Technologiegruppe

Verantwortliches Handeln ist ein elementarer Bestandteil des Unternehmertums. Nur so gelingt es, Kunden und Mitarbeitende zu begeistern sowie Geschäftspartner und Lieferanten zu gewinnen und an sich zu binden. Doch nicht immer handeln Unternehmen entsprechend. Bedacht auf den eigenen, wenn oftmals auch kurzfristigen, Vorteil, werden die guten Geschäftssitten, Gesetze und Vorschriften wissentlich nicht eingehalten oder gebrochen. Um dieser Entwicklung Einhalt zu gebieten, wird als opportune Antwort insb. vonseiten einiger Nichtregierungsorganisationen (NGOs) eine stärkere Regulierung ins Feld geführt, ohne ausreichend über die Wirkungen zu diskutieren die damit auch auf die Unternehmen ausgehen, die schon heute der Wahrnehmung ihrer gesellschaftlichen Verantwortung nachkommen, wie der deutsche Mittelstand. In diesem Spannungsfeld zwischen freiwilligen Engagement und zunehmender Regulierung befindet sich auch das Familienunternehmen HARTING. Um zeitgleich den berechtigten Erwartungen der Stakeholder, insb. den Kunden, und zunehmenden Regulierungsansätzen gerecht zu werden, hat sich die Technologiegruppe für die externe Zertifizierung ihres CSR-Managementsystems, welches nach dem internationalen Leitfaden zur Wahrnehmung gesellschaftlicher Verantwortung ISO 26000 aufgebaut ist, entschieden. Dieser Weg erlaubt dem Unternehmen, zugleich Dritten Auskunft über ihre CSR-Aktivitäten zu geben und zeitgleich die eigene Handlungsfreiheit weiter im Sinne des Unternehmertums zu nutzen.

Gisela Eickhoff

5. Fügen

Beim Fügen wird der Stoffzusammenhalt vermehrt (ebenso beim Beschichten). Die Werkstücke werden also miteinander verbunden (oder erhalten eine fest anhaftende Oberflächenschicht). In der Hauptgruppe 4 Fügen nach DIN 8580 sind die wichtigsten Fügeverfahren das Schweißen, Löten und Kleben. Beim Schmelzschweißen werden die Fügeflächen angeschmolzen. Meist wird mit einem Schweißzusatz gearbeitet, eine äußere Kraft wird nicht angewendet. Beim Pressschweißen dagegen wirkt eine äußere Kraft und es findet eine plastische Verformung statt. Dabei wird ohne Schweißzusatz gearbeitet. Das Löten ist ein Fügeprozess, bei dem die zu verbindenden Teile nicht aufgeschmolzen werden. Es entsteht (wie beim Schweißen) eine nicht lösbare Verbindung durch das Aufschmelzen des Lotes als Zusatzwerkstoff. Beim Kleben wird die Verbindung von Fügeteilen durch eine dünne Klebstoffschicht erreicht. Die Festigkeit hängt von der Eigenfestigkeit der Klebstoffe ab (Kohäsion) sowie von den Bindekräften zwischen Klebstoffschicht und Fügeteiloberfläche (Adhäsion).Die Schweißverfahren wurden gestrafft und aktualisiert. Neu hinzugekommen ist das Fügen durch Umformen (Nieten, Bördeln, Clinchen). Diese Verfahren spielen eine wichtige Rolle für die Kfz-Fertigung.

Prof. Dr.-Ing. Alfred Herbert Fritz

4. Transistoren

Zu Beginn der Entwicklung abschaltbarer Halbleiter-Bauelemente wurde der Bipolar-Transistor für den unteren und mittleren Leistungsbereich eingesetzt. Heute sind diese Bauelemente aus vielen Anwendungen verschwunden, ihre Funktion wurde vielfach durch MOSFETs und IGBTs ersetzt. Trotzdem bildet die bipolare Transistorstruktur weiterhin den Kern vieler modernen Bauelemente, so dass ihre Kenntnis für das Verständnis der Wirkungsweise moderner Leistungsbauelemente wie z. B. GTO-Thyristoren oder IGBTs nach wie vor von großer Wichtigkeit ist. Im Folgenden Kapitel wird daher zunächst der Bipolartransistor für kleine Leistungen (Signaltransistor) vorgestellt. Dabei geht es um den Aufbau, die Wirkungsweise und Transistor-Kennwerte speziell für den Schalterbetrieb. Aufbauend auf der bipolaren Transistorstruktur wird der Leistungs-Bipolartransistor und der Thyristor vorgestellt. Nach Einführung des unipolaren MOSFET-Leistungstransistors folgt schließlich der IGBT, das heutige „Arbeitspferd“ der Leistungselektronik. Im IGBT sind die Vorzüge bipolarer Transistoren (Leistung) mit denen des MOSFET (Ansteuerung) vereint. Mit dem IGBT lassen sich derzeit Spannungen bis über 6 kV bzw. Ströme über 3 kA mit einem vergleichsweise geringen Steueraufwand beherrschen.

Joachim Specovius

Kapitel 5. Entwicklung der Methodik: Ausdetaillieren des Prozesses

In diesem Kapitel wird der grundsätzlich erarbeitete Prozess der Methodik aus Kapitel 3.3 detailliert. Denn nun liegt das erforderliche Wissen erhoben, analysiert und strukturiert vor, siehe Kapitel 4. Die Detaillierung des Prozesses entspricht der Workflowabgrenzung in der Prozessintegration. Anschließend kann somit die Umsetzung des Prozesses in Anwendungen durchgeführt werden, vgl. Desktopintegration und Systemintegration. Abbildung 5.1 zeigt das Vorgehen in der Entwicklungsphase und ordnet es im Zusammenhang ein.

Jan Hasenpusch

4. Schneidstoffe und Werkzeuge

Werkzeugwechselzeiten und damit sowohl Fertigungszeiten als auch Werkzeug-, Maschinen- und Lohnkosten werden über den Verschleiß von den Eigenschaften der Schneidstoffe beeinflusst. Die Entwicklung auf dem Schneidstoffsektor ist deshalb keineswegs abgeschlossen, sondern von dem ständigen Bestreben gekennzeichnet, sowohl bereits etablierte Schneidstoffe zu verbessern als auch neuartige Materialien zur Herstellung von Zerspanwerkzeugen zu verwenden.

Fritz Klocke

Kapitel 2. Entwicklungsmethodik und Entwurfswerkzeuge

Eingeführt wird in die Entwicklungs- und Analysemethodik von analogen und gemischt analog/digitalen Funktionsschaltkreisen für Elektroniksysteme auf Transistorebene. Wichtig dabei ist die Kenntnis des allgemeinen Entwicklungsprozesses und der dafür eingesetzten Methoden zur Beschreibung von Schaltungen und deren Verifikation.

Johann Siegl, Edgar Zocher

15. Pilot- und Transferprojekte

Mit Projektbeginn wurde hoher Wert auf die Validierung der Ergebnisse in den einzelnen Projektphasen gelegt. Um dies zu gewährleisten wurden für jeden Zielmarkt zwei Pilotpartner gewonnen, die über die Nutzung der in den Workshops inhaltlich erarbeiteten Ergebnisse in den Workshops hinaus, ihre Bereitschaft zur Anwendung, d. h. zur Umsetzung in einen Vorausschau-Prozess signalisiert haben. Für den Maschinen- und Anlagenbau sind dies die Cluster-Unternehmen Lenze und helectronics, für den Zielmarkt Energietechnik MSF-Vathauer und Weidmüller sowie für die Fahrzeugtechnik die Unternehmen Hella und Turck. Mit diesen Unternehmen konnten sehr unterschiedliche Partner gewonnen werden, was auch eine heterogene Anwendung bei der Umsetzung gewährleistete. Zu guter Letzt wurden Transferprojekte durchgeführt, die dazu dienten, die Erkenntnisse aus den Pilotprojekten zu vertiefen und weitere Anwendungsfälle zu gestalten.

Andreas Siebe, Christian Michl, Maximilian Frank, Benedikt Echterhoff, Kristin Korsmeier, Jens Schmidt

6. Die Zukunft des Maschinen- und Anlagenbaus

Der deutsche Maschinen- und Anlagenbau gilt als führende Export- und Innovationsbranche, weshalb ihm – so der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau, kurz VDMA – eine „Schlüsselstellung in der deutschen Wirtschaft“ zukommt. In den letzten zehn Jahren beschäftigte die Branche in Deutschland zwischen 900.000 und eine Million Personen. Der Branchenumsatz liegt seit 2011 über 200 Milliarden Euro. Wichtigster Sektor innerhalb des Maschinenbaus ist dabei der Werkzeugmaschinenbau. Weitere bedeutende Teilbereiche sind zum Beispiel die Antriebstechnik, der Landmaschinenbau, der Textilmaschinenbau, der Bergbau, – Bau- und Baustoffmaschinenbau oder die Fördertechnik.

Andreas Siebe, Christian Michl

3. Porösizierte Glaskeramik-Substrate für die Radarsensorik

Für Komfortfunktionen und aktive Sicherheitsfunktionen werden in modernen Fahrzeugen Radarsensoren im freigegebenen Frequenzband zwischen 77 GHz und 79 GHz benötigt. Um einen langzeitstabilen Betrieb bei gleichzeitig geringer Baugröße der Radarsensoren zu gewährleisten, müssen robuste Materialsysteme mit geeigneten dielektrischen Eigenschaften im Bereich der Aufbau- und Verbindungstechnik verwendet werden. Kommerzielle LTCC (engl.: low temperature cofired ceramics) Glaskeramiksubstrate ermöglichen einen dreidimensionalen Aufbau bei hervorragenden Hochfrequenzeigenschaften. Um die Antennencharakteristik zu optimieren, wird ein Porösizier-Verfahren vorgestellt, um eine lokal reduzierte Permittivität zu erreichen. Dabei wird nasschemisch das Glaskeramikmaterial porösiziert, um oberflächennah eine Schicht mit reduzierter dielektrischer Konstante zu erzielen. Diese wird durch den Vergleich von Hochfrequenzmessungen mit numerischen Simulationsergebnissen bestimmt.

Armin Talai, Alexander Kölpin, Achim Bittner, Frank Steinhäußer, Ulrich Schmid

14. Sensorik für intelligente Steckverbinder im Automobil

Steckverbinder und elektrische Anschlusstechnologien spielen eine zentrale Rolle in vielen Bereichen der industriellen Anwendung. Im Automobil sind diese für sichere Daten- und zuverlässige Leistungsübertragung unerläßlich. In der Vernetzung der Produktion von morgen ist die Anschlusstechnik die Hauptschnittstelle zwischen Maschinen, Steuerungen und Datenverarbeitungsanlagen. Zuverlässige Steckverbinder in Automobil und Industrie bilden somit die Grundlage für Funktionalität, einfache Handhabung und Zuverlässigkeit der zu erfüllenden Aufgaben. Die Integration innovativer Funktionen in diese Verbindungstechnik ermöglicht wesentliche Effizienzsteigerungen bei der Installation und Inbetriebnahme sowie beim zuverlässigen Betrieb von Maschinen und Anlagen. Darüber hinaus wird eine optimale Verfügbarkeit und Stabilität der Funktionen Datenübertragung und Bereitstellung elektrischer Leistung im Automobil, z.B. für das vollautomatisierte Fahren, gewährleistet.Diese Schnittstellen und Anwendungen für intelligente Steckverbinder werden aufgezeigt und es wird die dafür erforderliche Packaging-Technologie ausführlich diskutiert. Es werden verschiedene Sensorprinzipien und Sensortechnologien beleuchtet, die für die durchgängige Verfügbarkeit von Prozessinformationen, Zustandsdiagnose und Energiemanagement, als wichtigen Teil der Bordnetzverbindungstechnik im Automobil, erforderlich sind.

Frank Ansorge, Christian Baar, Ixchen Elias Ilosvay, Christof Landesberger, Christoph Kutter

7. Hoch integrierte Strom- und Positionssensoren für elektrische Antriebssysteme

Durch den signifikanten Anstieg der Penetrationsrate von hoch elektrifizierten beziehungsweise rein elektrischen Fahrzeugantrieben steigen sowohl die Anforderungen an die Systemkosten, die Schlüssel-Parameter und nicht zuletzt die funktionale Sicherheit elektrischer Antriebe. Dabei kommt der Sensorik eine besondere Bedeutung zu. Im Beitrag werden hoch performante magnetische Sensoren für Rotorlage- und Stromsensorik vorgestellt, die neben den bekannten Unterscheidungskriterien auch noch wesentliche Vorteile bei der Systemintegration bieten.

Leo Aichriedler, Peter Slama

2. Einwirkung von Herstellung und Weiterverarbeitung auf die Eigenschaften von Metallen

Die metallkundlichen Grundlagen werden überwiegend anhand theoretisch idealisierter Vorgänge beschrieben. Das gilt insbesondere für die Legierungskunde. Die Zustandsschaubilder gelten streng genommen nur für das thermodynamische Gleichgewicht. Letzteres ist aber, wie bereits bei der Beschreibung der Gitterbaufehler und bei den thermisch aktivierbaren Prozessen angedeutet, nur in Ausnahmefällen gegeben. In der Praxis ergeben sich bei den technischen Prozessen der Herstellung der Werkstoffe und der Weiterverarbeitung bis zum fertigen Werkstück mehr oder weniger starke Abweichungen von den theoretischen Verhältnissen. So steht z. B. für die Werkstoffherstellung nie die theoretisch unendlich lange Diffusionszeit bis zum Erreichen eines vollkommenen Gleichgewichts zur Verfügung.

Hans-Jürgen Bargel, Günter Schulze

4. Eisenwerkstoffe

Reines Eisen ist sehr weich. Abgesehen von den hohen Herstellkosten wird es wegen seiner geringen Festigkeit nicht als Konstruktionswerkstoff verwendet. Die große magnetische Permeabilität und niedrige Koerzitivfeldstärke machen es aber zum wichtigen Werkstoff in der Elektrotechnik, Tab. 4.1.

Günter Schulze, Hans-Jürgen Bargel

15. Erdverlegung von Rohrleitungen

Das vorliegende Kapitel befasst sich mit dem Einbau und der Verlegung von Rohrleitungsbauwerken, insbesondere am Beispiel von Abwasser- aber auch Druckwasserleitungen. Es wird ein Überblick über die relevanten Regelwerke gegeben. Zudem erfolgt eine genaue Beschreibung der Herstellung von Rohrleitungen in offener Bauweise, den automatisierten Verlegeverfahren Pflug und Fräse sowie der geschlossenen Bauweise, welche in Abhängigkeit der äußeren Randbedingungen, wie anstehender Bodenart und Siedlungsdichte, eingesetzt werden. Darüber hinaus wird auf die Verwendung von zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen, sog. Flüssigböden, eingegangen. Aufgrund der besonderen Anforderungen erfolgt die Abhandlung der Erdverlegung von Fernwärmeleitungen in einem eigenen Abschnitt.Sämtliche relevanten Regel- und Normenwerke sind aufgeführt.

Frank Wolfgang Günthert, Simon Faltermaier, Ingo Weidlich

5. Schiffsbetriebsanlagen/Hilfssysteme

Das Bild eines Maschinenraums im Schiff wird außer dem/den Antriebsmotor(en), der/den Antriebswelle(n) und ggf. den Getrieben auch von Rohrleitungen, Ventilen, Pumpen und anderen Aggregaten bestimmt. Als wesentliche Manövriereinrichtung ist die Ruderanlage zu nennen. Ferner gehören weitere zum Teil spezielle auf den Schiffstyp und auf sein Aufgabenspektrum bezogene Einrichtungen und Anlagen zum Betrieb des Schiffes.Die wichtigsten Hilfssysteme und Betriebsanlagen werden in den folgenden Abschnitten beschrieben.

Dr. Manfred Pfaff

10. Planung, Bau und Betrieb von Erdgasleitungen

Ein wesentliches Element der kommunalen Energieversorgung ist seit vielen Jahrzehnten die leitungsgebundene Versorgung mit brennbarem Gas. War es anfänglich das lokal erzeugte Stadtgas, ist es heute vor allem Erdgas, welches von der Stelle des Vorkommens über Hochdruck-Transportleitungen mit Hilfe von Gasdruckregelanlagen und Verteilerleitungen zu den Verbrauchern gelangt. Die wichtigsten Faktoren bei der Planung und der Errichtung sind der Leitungsdurchmesser und der maximale Betriebsdruck. Im Rahmen der Planung von Erdgasleitungen müssen entsprechend den rechtlichen und technischen Rahmenbedingungen die technisch-konstruktiven Anforderungen an die Leitungen entsprechend dem zukünftigen Betrieb festgelegt und die erforderlichen Projekt- und Bauunterlagen erstellt werden. Grundsätzlich sind folgende Tätigkeiten für Erdgasleitungen zu erbringen: Projektierung, Detailplanung, Einholung von Genehmigungen, Bauvorbereitung, Baudurchführung, Inbetriebnahme und Instandhaltung. Im nachfolgenden Beitrag sind die wesentlichen Punkte für Planung, Bau, Betrieb und Instandhaltung von Erdgasleitungen zusammengestellt und erläutert.

Gerhard Kiesselbach

Chapter 4. Methoden und Modelle in der Digitalen Fabrik

Das Kapitel 4 greift zunächst die diesem Buch zugrunde liegende Definition der Digitalen Fabrik als „den Oberbegriff für ein umfassendes Netzwerk von digitalen Modellen, Methoden und Werkzeugen – u. a. der Simulation und dreidimensionalen Visualisierung –, die durch ein durchgängiges Datenmanagement integriert werden“ (VDI 4499 Blatt 1 2008, S. 3) auf. Zur Verwendung dieser Definition erfolgt die Präzisierung der Begriffe Modell, Methode und Werkzeug. Im Anschluss werden die typischerweise einzusetzenden Methodenklassen benannt und erläutert. Einige dieser Methoden spielen auch im Kontext von Industrie 4.0 eine wichtige Rolle. So liefern die Simulation und Visualisierung eine wesentliche Grundlage für die Verbindung von Realität und Virtualität und die Schaffung eines sogenannten Digitaler ZwillingDigitaler ZwillingZwillingdigital, während beispielsweise das Monitoring die aktuellen Betriebsdaten im Sinne des Digitaler SchattenDigitaler SchattenSchattendigitaldem Anwender verdeutlicht. Den Abschluss dieses Kapitels bildet eine Beschreibung der für den EDV–Einsatz dieser Methoden notwendigen technischen Ausstattung.

Uwe Bracht, Dieter Geckler, Sigrid Wenzel

Chapter 7. Anwendungen der Digitalen Fabrik

In der praktischen Anwendung der DF kommen meist unterschiedliche Methoden und Werkzeuge in branchenspezifischen Kombinationen mit jeweils besonderen Anforderungen zum Einsatz. Das Kapitel 7 stellt hierzu einige typische Anwendungen ganzheitlicher Lösungen vor. Zunächst wird der Industriebau als Beispiel angeführt, dessen digitale Modelle – insbesondere auch der BIM-Ansatz – die Grundlage für die Integration weiterer Gewerke bilden. Es folgt die Darstellung der Gesamtfabrik unter Einschluss des Gebäudes, der Logistik und der geplanten Fertigungsanlagen. Als weiteres Querschnittsthema für alle Fabrikplanungen wird die Logistikplanung vorgestellt. Sie bildet den Abschluss der allgemeinen Beispiele, die anhand der Automobilbranche vorgestellt werden, aber grundsätzlich für alle Industriebranchen gültig sind. Im Anschluss folgen Beispiele für typische Nutzungen der Methoden und Werkzeuge der DF in der Automobilindustrie. Hier werden die Besonderheiten der einzelnen Fertigungsgewerke vom Presswerk bis zur Fahrzeugendmontage sowie dem Anlagenbau vertieft. Ausgangsbasis ist dabei jeweils die Aufgabe, ein neues Fahrzeug in die bestehende Fertigung einzuplanen. Ausführlich wird im Abschnitt 7.4.9 auf die Planung einer energieeffizienten Produktion eingegangen. Einen anderen Schwerpunkt setzt Abschnitt 7.6. In diesem wird aufgezeigt, wie die Werkzeuge und Methoden bei der Konzeption neuer Fertigungstechnologien eingesetzt werden können, um die Einführung der Technologie ganzheitlich abzusichern. Der Einsatz der DF bei KMU ist das Thema von Abschnitt 7.7. In diesem werden die Methoden und Organisationsformen dargestellt, die besonders für diese Unternehmensgröße geeignet sind. Es folgt der Blick in weitere Industriebranchen, bei dem anhand des Schiffbaus sowie der Getränkeindustrie spezifische Einsätze der c Abschnitt 7.10 wird ausführlich der Einsatz mobiler Endgeräte für die Fabrikplanung vorgestellt und diskutiert. Smarte Datenaufnahmeassistenten und spezifische Anwendungssoftware (sogenannte Apps) können dem Planer die Arbeit erleichtern. VR- und AR-Einsätze unterstützt von Quadrokoptern bilden ein Highlight. Abschließend wird die Vision einer Digital Lean Factory 4.0 auf Basis einer Delphi-Umfrage vorgestellt.

Uwe Bracht, Dieter Geckler, Sigrid Wenzel

Kapitel 9. Zusammenfassung und Ausblick

Dieses Buch gibt einen Überblick über mikrofluidische Separationstechniken und deren Anwendungen in mikrofluidischen Systemen. Nach einer Einführung in die Lab-on-a-Chip-Thematik und der Vermittlung von Grundlagen der Strömungsmechanik in Mikrodimensionen in den Kapiteln 1 und 2 betrachten Kapitel 3 und 4 elektrohydrodynamische und magnetohydrodynamische Prozesse. Der Fokus liegt dabei auf der magnetischen Separation mit Magnetic beads. Kapitel 5 stellt für die Fertigung von mikrofluidischen Systemen verfügbare Technologien und Materialien vor. Kapitel 6 behandelt die Funktionalisierung von Oberflächen im Hinblick auf eine spezifische Probenbindung. Als Anwendungsbeispiel wird die Bindung metallischer Nanopartikel der Platingruppe an Magnetic beads beschrieben. Die Inhalte von Kapitel 7 umfassen neben feldbasierten Separationsverfahren zusätzlich geometrische und hydrodynamische Prozesse. In Kapitel 8 sind der Entwurf, die Fertigung und die Evaluation eines mikrofluidischen Systems zur Bindung von Biomolekülen in einem Magnetic bead basierten Immunassay dargestellt. Dieses Buch schließt mit der Vorstellung einer Auswahl verfügbarer kommerzieller mikrofluidischer Systeme, denen Partikelseparationsprozesse zugrunde liegen. Dabei sind zwei Trends identifiziert: die Entwicklung von Systemen, die Analysen mit tragbaren Geräten wie dem Mobiltelefon oder dem Smartphone ermöglichen, und Systeme für Point-of-Care-Anwendungen.

Christine Ruffert

Kapitel 6. Oberflächenfunktionalisierung

Mit der Nanotechnologie eröffnen sich neue Möglichkeiten in der medizinischen Diagnostik und Therapie. Speziell die Synthese und Funktionalisierung anorganischer Nanopartikel für biomedizinische Anwendungen stehen im Fokus aktueller Forschung mit dem Ziel der Entwicklung multifunktionaler „theranostischer“ (d. h. zugleich therapeutischer und diagnostischer) Nanopartikel, die in der Lage sind, Krankheitszustände zu erkennen und gleichzeitig eine Heilwirkung auszuüben. Eine Voraussetzung ist eine entsprechende organische Beschichtung der Oberfläche dieser Nanopartikel, um funktionelle Gruppen an der Oberfläche bereitzustellen. Dies umfasst einerseits Farbstoffe oder fluoreszierende Marker für die spätere optische Erfassung und andererseits Liganden, die auf die Bindung an das Zielgewebe oder die Zellen spezifisch abgestimmt sind. Darüber hinaus muss die Beschichtung eine Agglomeration der Nanopartikel unterbinden und in den meisten Fällen biokompatibel sein. In diesem Kapitel werden Methoden der Oberflächenmodifikation vorgestellt und als konkretes Anwendungsbeispiel die Bindung von Platin- und Palladiumnanopartikeln an Magnetic beads beschrieben. Dies umfasst die Charakterisierung des gebundenen Komplexes sowie anschließende Separationsversuche im Hinblick auf eine mögliche Wiederverwendung der Nanopartikel.

Christine Ruffert

Kapitel 5. Technologien und Materialien für mikrofluidische Systeme

Bei der Erschließung neuer Gebiete greift man gern auf Bekanntes und Bewährtes zurück. So wurden erste mikrofluidische Systeme in klassischer Dünnfilmtechnik gefertigt – ähnlich wie beim Aufkommen der Mikrosystemtechnik Prozesse der Halbleitertechnologie adaptiert wurden. Dieser konventionelle dünnfilmtechnische Fertigungsansatz zeichnet sich durch eine hohe Präzision sowie eine exzellente Reproduzierbarkeit aus. Die in der Mikrofluidik genutzten Fertigungsverfahren fasst man unter dem Begriff Softlithografie zusammen, da man zur Herstellung von Replika der Ursprungsform elastomerartige Masterformen und Stempel in Verbindung mit Fotomasken wie bei der konventionellen Fotolithografie nutzt. Replikationsverfahren zur Herstellung fluidischer Mikrostrukturen umfassen Abformen, Heißprägen und Spritzgießen. Daneben sind verschiedene Drucktechniken verfügbar wie Mikrokontaktdrucken, Nanoimprint und Schablonenlithografie. Dieses Kapitel erläutert Technologien und nennt Materialien zur Fertigung mikrofluidischer Systeme.

Christine Ruffert

26. Oberflächennahe Geothermie in der Schweiz

Die Oberflächennahe Geothermie in der Schweiz ist eine Erfolgsgeschichte mit bis zu zweistelligen Wachstumsraten. Die größten Einschränkungen bewirken Grundwasservorkommen als Trinkwasserreservoire. Verschiedene Vollzugshilfen und technische Normen unterstützen die fachgerechte Ausführung beim Bau von Anlagen. Die Qualitätssicherung hat einen enormen Stellenwert in der Schweiz. Prüf- und Anlaufstellen sowie verschiedene Zertifikate bzw. Gütesiegel sind die wichtigsten Qualitätssicherungsmaßnahmen. Die Schweizer Geothermiebranche verfolgt unter dem Dachverband Geothermie-Schweiz verschiedenste Projekte zur Förderung der Geothermie. Forschungsinnovationen werden vorangetrieben und auch die Nachhaltigkeit im urbanen Bereich ist jüngst in den Fokus der Schweizer Geothermiebranche gerückt. Die Oberflächennahe Geothermie wird in der Schweiz auch zukünftig eine wichtige Rolle bei der Gebäudeklimatisierung spielen. Dies beruht insbesondere auf hohem Umweltbewusstsein, verbreitetem Wissen über die Systeme sowie hoher Motivation und Innovationsfreudigkeit von Bauherren, Unternehmen und Interessenverbänden.

Katharina Link, Roland Wyss

3. Geometrische Größen

In den folgenden Abschnitten werden Weg- und Abstandsensoren mit verschiedenen physikalischen Wirkprinzipien vorgestellt. Wegsensoren unterscheiden sich von Abstandsensoren dadurch, dass sie ein positionsgebendes Element besitzen. Dies kann beispielsweise ein Magnet sein, der fest mit dem bewegten Teil verbunden ist und dessen lineare Verschiebung gemessen werden soll. Abstandsensoren dagegen messen die Entfernung zwischen der aktiven Fläche des Sensors und einem Target, das mit gewissen Einschränkungen beliebiger Natur sein kann. Man spricht hier von einem nicht kooperativen Target. Beispiele finden sich im Werkstück- Handling durch Roboter. Durch eine Abstandsmessung auf das zu greifende Teil können Zykluszeiten drastisch gesenkt werden. Die genaue Kenntnis des Abstands erlaubt ein Anfahren mit Maximalgeschwindigkeit und ein gezieltes Abbremsen kurz vor dem Teil.

Prof. Dr. Ekbert Hering, Dr. Gert Schönfelder

8. Entwurf elektromagnetischer Antriebe

Der konstruktive Entwicklungsprozess ist der Teil der Produktionsvorbereitung, der alle zur Vorausbestimmung eines technischen Gebildes notwendigen gedanklichen, manuellen und maschinellen Operationen enthält, um von einer konstruktiven Aufgabenstellung zu einer für Herstellung und Einsatz hinreichenden Beschreibung des technischen Gebildes zu gelangen [8.8]. Hierbei werden ca. 75% der Teilekosten festgelegt, so dass ein methodisches Vorgehen zwingend ist. In Bild 8.1 wird die Grundstruktur des konstruktiven Entwicklungsprozesses am Beispiel einer Relaisentwicklung wiedergegeben.

Eberhard Kallenbach, Rüdiger Eick, Tom Ströhla, Karsten Feindt, Matthias Kallenbach, Oliver Radler

Kapitel 5. Beschreibung und Einordnung ausgewählter Fallstudien

Die grundlegende Idee des vorliegenden Falls befasste sich mit der Entwicklung einer elektrisch sehr gut leitfähigen, bedruckbaren Materialformulierung („Drucktinte“), die auf flexible Substrate aufgebracht werden kann. Somit können günstig herstellbare Komponenten für tragbare, flexible bedruckte Elektronikanwendungen zugänglich gemacht werden. Die Hauptfragestellung war, eine Alternative für die sehr gut elektrisch leitfähigen, jedoch sehr teuren Materiallösungen, die auf Au-, Ag- oder Cu-Kolloidsysteme basieren, zu entwickeln.

Sebastian Gramlich, Emanuel Ionescu, Eckhard Kirchner, Karsten Schäfer, Stefan Schork

13. Darstellung und Angaben über Wärmebehandlungen und Beschichtungen

Die Zeichnung muss, außer dem Werkstoff, den Einbau- oder Endzustand des Teiles beschreiben und die notwendigen Angaben für die Härte und die Härtetiefe enthalten. Für Angaben wie dieser Zustand erreicht wird, sind ergänzende Fertigungsunterlagen, wie Wärmebehandlungsanweisungen (HTO) bzw. Wärmebehandlungspläne (HTS) in die Zeichnung aufzunehmen. Werden wärmebehandelte Teile nachträglich noch bearbeitet, muss ein entsprechendes Bearbeitungsaufmaß berücksichtigt werden. Durch geeignete Hinweise, wie Vorbearbeitungsmaße (in [ ]), zusätzliche Darstellungen (Einbauzustand oder Zustand nach der Wärmebehandlung) oder zusätzliche Wortangaben, wie z. B. „nach dem Schleifen“ ist zu verdeutlichen, auf welchen Zustand sich die Zeichnungsangaben beziehen.

U. Kurz, H. Wittel

7. Körperschall

Körperschall sind Schwingungen, die sich in elastischen Festkörpern ausbreiten. Der relevante Frequenzbereich geht weit über den taktil wahrnehmbaren Bereich der Strukturschwingungen hinaus. Im Kraftfahrzeug wird Körperschall immer dann zum Problem, wenn durch diesen fühlbare Schwingungen oder sekundärer Luftschall im hörbaren Frequenzbereich angeregt wird. Im Gegensatz zu Gasen und Flüssigkeiten, in denen sich Schwingungen nur in Form von Longitudinalwellen (Druckwellen) ausbreiten können, treten aufgrund der Tatsache, dass feste Körper auch Schubkräfte aufnehmen können, weiterer Wellenarten auf. Wegen der begrenzten Abmessungen der übertragenden Strukturen bilden sich in der Regel Schwingungsmoden aus, d. h. stehende Wellen mit ausgeprägten Resonanzen und Antiresonanzen. Die Schwierigkeiten, welche mit der Ausbreitung des Körperschalls verbunden sind, haben ihre Ursache auch in der sehr geringen Entfernungsabhängigkeit bei der Wellenausbreitung in den zumeist schwach gedämpften Strukturen eines Fahrzeugs. Erst geeignete Diskontinuitäten führen daher zu einer merklichen Abnahme des Körperschalls. Nachstehend werden neben den allgemeinen Mechanismen der Ausbreitung von Körperschall und der Abstrahlung von sekundärem Luftschall insbesondere die Behinderung der Einleitung durch geeignete technische Maßnahmen betrachtet.

Prof. Dr.-Ing. Peter Zeller

5. Schwingungsphänomene im Kraftfahrzeug

Der vom Fahrzeuginsassen subjektiv empfundene Fahrkomfort eines Automobils setzt sich aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Sinneseindrücken zusammen. Dabei spielen neben den Handlingeigenschaften und den Schallimmissionen insbesondere die Schwingungseigenschaften des Fahrzeugs eine erhebliche Rolle. Die Komforteigenschaften eines Fahrzeugs stellen nicht nur ein wichtiges subjektives Beurteilungskriterium für potentielle Käufer dar. Darüber hinaus ist der Fahrkomfort auch objektiv direkt mit der Fahrsicherheit verkoppelt, da Diskomfort bei längeren Autofahrten zu Ermüdung und Konzentrationseinschränkungen führen kann und damit zu erhöhter Unfallgefahr beiträgt.

Prof. Dr.-Ing. Peter Zeller

Akquisitionsfinanzierung

Die Transaktionsvolumina von getätigten Akquisitionen sind seit 2007 im globalen und im schweizerischen Umfeld kontinuierlich angestiegen. 2016 erreichten in der Schweiz die Anzahl Transaktionen und das Volumen ihre zweithöchsten Werte in der erwähnten Zeitreihe. Die erhöhte Nachfrage nach Technologie einerseits und die Notwendigkeit zur weiteren Internationalisierung andererseits treiben diese Entwicklung voran.

Adrian Schmidlin

Kapitel 3. Externe Unternehmenskommunikation: Lost in Transformation

Der Fokus in diesem Kapitel liegt auf den Auswirkungen der digitalen Transformation auf die Unternehmenskommunikation und deren Kommunikatoren. Grundlegende Fragestellungen und kulturelle Reflexionsprozesse aus Sicht von Unternehmen zur Entwicklung von Digital-Strategien werden erörtert. Auf Basis dessen wird beispielhaft eine „Umbrella Social Media Strategy“ für ein fiktives Unternehmen entwickelt und kommentiert. Zukünftige Herausforderungen der digitalen Transformation der Kommunikation werden dargestellt und gedeutet sowie die Relevanz von strategischem Vorgehen von Unternehmen in diesem Zusammenhang beleuchtet.

Souren Schömburg

8. Transportwesen und allgemeine Industrieanwendungen

Im Automobilbau werden komplette CFK-Strukturen im Rahmen einer Serienfertigung ohne Einsatz zusätzlicher mechanischer Fügelemente geklebt. Die Herausforderungen an die Klebstoffsysteme variieren hierbei aufgrund der verschiedenen Anforderungsprofile, vor allem in Hinblick auf die Klebstoffeigenschaften und ihren Verarbeitungsprozess.Gewichtsreduzierung und Downsizing sind seit einigen Jahren Schlagwörter, wenn es um neue Motorenkonzepte im Pkw-Bereich geht. Hier bieten faserverstärkte Kunststoffe und insbesondere glasfaserverstärkte Thermoplaste ein hohes Potenzial. Wegen der Kriechproblematik unter Belastung stellt sich beim Dichten von Motoranbauteilen aus Kunststoffen die Frage nach der Wirtschaftlichkeit. Im Vergleich zu aufwändigen Formdichtungen und Distanzhülsen beim Schrauben ist das Dichtkleben eine interessante Alternative.Leichtbau im Automobilbau ist gleichbedeutend mit Materialmix, der die Befestigungstechnologie vor immer größere Herausforderungen stellt. Bei Aluminium- sowie hochfesten Stahlblechen mit reduzierten Wandstärken und faserverstärkten Kunststoffen geraten die bislang eingesetzten Fügeverfahren an ihre Grenzen. Auch hier spielt die Klebtechnik ihre Vorteile aus.Lichthärtende Klebsysteme gelten als die wahren „Sekundenklebstoffe“. Aushärtezeiten von weniger als einer Sekunde sind prozesssicher möglich. Dabei lassen sich ihre mechanischen Eigenschaften über einen weiten Bereich variieren. Dank ihrer geringen Oberflächenspannung benetzen sie die meisten Kunststoffe ohne spezielle Vorbehandlung und sorgen für hochtransparente strukturelle Klebungen.Ein gelungenes Beispiel für den Serieneinsatz des Leichtbau-Verbundwerkstoffes CFK (Kohlefaserverstärkte Kunststoffe) ist das Dach des BMW M3 CSL in Sichtoptik. CFK bietet sowohl hohe Gewichtsvorteile als auch gute Crasheigenschaften. Die Fügetechnologie Kleben leistet einen wesentlichen Beitrag zur Realisierung dieses Sondermodells von BMW.Thermoplastische Kunststoffe gewinnen im Automobilbau zunehmend an Bedeutung. Welche Maßnahmen sind zu ergreifen, um in der Automobilproduktion langzeitbeständige Klebverbindungen unter Beachtung wirtschaftlicher Aspekte herzustellen? Und welche Beispiele gibt es bereits?Im Betrieb von Luftfahrzeugen kommt es unweigerlich zu Beschädigungen, die am Luftfahrzeug repariert werden müssen. Mit dem Einsatz der modernen Klebtechnik können dauerhafte Reparaturen wirtschaftlich durchgeführt werden.

M.Sc. Tobias Reincke, M.Sc. David Blass, Dr.-Ing. Stefan Kreling, Prof. Dr.-Ing. Klaus Dilger, Prof. Dr.-Ing. Henning Gleich, Dipl.-Ing. Manfred Peschka, Prof. Dr. Andreas Hartwig, Dr. Matthias Popp, Dipl.-Ing. Andreas Lühring, Dr.-Ing. Sascha Gramsch-Kempkes, Dipl.-Ing. Christian Walther, Dipl.-Ing. Robert Hailer, Hermann Sedlmaier, Dipl.-Ing. Roland Schumacher, Dr. Hartwig Lohse, Dr.-Ing. Jens Holtmannspötter, Dipl-Ing. Florian Feucht, Dipl-Ing. Jean Christjan Meyer, Jens Freese, Prof. Dr. phil. Jürgen von Czarnecki

9. Bauwesen

Faserverbundwerkstoffe gewinnen auch im Bauwesen zunehmend an Bedeutung. Aus Kostengründen werden vorzugsweise gasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) verwendet. Für die Verbindung einzelner GFK-Bauteile zu kompletten Tragwerken kommen mechanische Methoden zum Einsatz, aber auch das Kleben.Geklebte Brücken aus Faserverbundwerkstoffen zeigen zum Beispiel eine im Vergleich zu solchen aus Stahl oder Beton deutlich höhere Lebenserwartung. Klebstoffe helfen bei der Restaurierung von maroden Gebäudeteilen und vereinen als Fassadenelemente die Vorteile der klassischen Fassaden in einem System. Zudem ermöglichen sie, neue architektonische Wege zu gehen.

Dr. Till Vallée, M.Sc. Simon Fecht, Dipl.-Ing. Cordula Grunwald, Michael Adam, Dr. Hartwig Lohse

24. Elektronische Steuerung von Dieselmotoren

DieseleinspritzsystemeDieseleinspritzsysteme für Pkw und Nfz sind heute weitgehend elektronisch geregelte Systeme. Ihre Funktion sowie ihr schaltungstechnischer Aufbau und die zu erfüllenden SystemanforderungenSystemanforderungen werden beschrieben. Details zur Aufbau- und VerbindungstechnikAufbau- und Verbindungstechnik, zum digitalen Rechnerkern sowie zu Eingangs- und Ausgangsschaltung sind die Inhalte der darauf folgenden Abschnitte.

Helmut Randoll

Das Beste aus der MRA- Architektur

Die neue E-Klasse bietet alles, was Fahrer von einer modernen Business-Limousine erwarten: höchsten Fahrkomfort, beste Innenraumakustik und Fahrdynamik. Dazu tragen zahlreiche Innovationen bei, unter anderem die neu entwickelte Vierlenker-Vorderachse und das Mehrkammer-Luftfederfahrwerk, das eine hohe Spreizung zwischen komfortablem und sportlichem Fahren ermöglicht, was in dieser Klasse einzigartig ist.

Stylianos Kirtzakis, Torge Johanns, Harald Colmsee, Alex Bolgert

6. Fügen durch Umformen

Verbindungen zwischen mehreren dünnwandigen Bauteilen können umformtechnisch hergestellt werden. Mit solchen umformenden Fügeverfahren befasst sich das Kapitel Fügen durch Umformen. Die so hergestellten Verbindungen können lokal und punktförmig sein, wie etwa beim Stanznieten oder Durchsetzfügen, aber auch linienförmig, wie etwa beim Bördeln und Falzen.

Fritz Klocke

1. Allgemeine und konstruktive Grundlagen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

8. Schraubenverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

7. Nietverbindungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

3. Betrieb von Systemen

Bei der Analyse des Betriebsverhaltens auf der Ebene der Steuer-Kreise wurden die beiden Verkettungsarten Starr und Hand-Shake beschrieben. Beide Verkettungsarten definieren den fest organisierten Zusammenhalt der Funktionalität, wobei Elemente, Komponenten, Steuer-Zellen und Steuer-Kreise in der Regel über eine gemeinsame SPS verwaltet und zu einem sinnvollen Ablauf mit gezielter Wertschöpfung gesteuert werden.

Detlef Habenicht

3. Definition und Diskussion der Kennzahlen und Kennzahlenanalysen zur Geschäftsprozeßoptimierung in produzierenden Unternehmen

Unternehmen und vor allem das Management müssen sich schnell und sicher aufgrund von wenigen, instruktiven Informationen über das inner- und außerbetriebliche Geschehen orientieren kónnen. Informationen über Kostenstrukturen, Kapazitätsauslastungen, Produktionsprogramme, Auftragsbestände, Ertragslage und Liquidität sind überlebensnotwendig. Die Stärken und Schwächen des Unternehmens im Vergleich zu Mitbewerbern der gleichen Branche sind herauszukristallisieren. Das Instrumentarium zur schnellen Beantwortung dieser differenzierten Fragen liefern gut durchdachte und sorgfaltig ausgewertete betriebswirtschaftliche Kennzahlen203. Die wichtigste Form der Verdichtung von Informationen stellt die Bildung von Kennzahlen dar204.

Christian Aichele

10. Produktentstehungsprozess

Ein Automobiluntemehmen, das zukünftig wettbewerbsfähig sein will, muss sicherstellen, dass es auf allen Märkten präsent ist. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen die Anforderungen der Märkte genau analysiert und diese mit Produkten, die den jeweiligen Kundenwünschen entsprechen, beliefert werden. Um möglichst nicht am tatsächlichen Kundenwunsch vorbeizuzielen, sollte sich das Bestreben jeder Entwicklungsabteilung darauf richten, die Entwicklungszeiten zu verkürzen. Der traditionelle Entwicklungsprozess zeichnet sich dadurch aus, dass alle Entwicklungsschritte seriell ausgeführt werden, und es somit zu einer entsprechend langen Entwicklungszeit von fünf Jahren und mehr kommt. Großes Potential zur Verkürzung bietet stattdessen der simultane Prozessablauf — Simultaneous Engineering. Simultan heißt, dass alle Einzelschritte in der Vor- und Serienentwicklung zum frühestmöglichen Zeitpunkt begonnen und soweit wie möglich parallel — also simultan — ausgeführt werden (Bild 10.1-1).

Prof. Dr. Dr. E.h. Hans-Hermann Braess, Prof. Dr. Ulrich Seiffert

Die Entwicklung der Karosserie des Audi Q2 – eine deutsch-italienische Geschichte

Der anhaltende Erfolg der Audi Q-Reihe, Q3, Q5, Q7 sowie das weiter wachsende Segment der „Sport Utility Vehicles“ (SUV) sowie der „Sport Activity Vehicles“ (SAV) bewog Audi dazu diese Erfolgsgeschichte in der Klasse A0 unterhalb der Golf-Klasse fortzuschreiben.

Wilhelm Lohmar, Alessandro Marangon

F. 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

B. Fahrzeugkonzept und Entwurf Vehicle Concept

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

E. Kraftübertragung Power Transmission

Die Kraftquelle – Verbrennungs- oder Elektromotor – stellt die zum Überwinden der Fahrwiderstände nötige Kraft zur Verfügung. Diese Kraft muss jedoch vom Motorausgang zu den Antriebsrädern geleitet werden. Mitunter ist neben dem Überwinden einer räumlichen Distanz auch noch eine Anpassung an die Motorkennung erforderlich. Wie dies alles geschieht, darüber berichtet das folgende Kapitel.

Michael Trzesniowski

17. WAGO – Employer Branding und Social Media

Die Fallstudie WAGO zeigt die Notwendigkeit für Unternehmen auf, sich sozialer Medien in der Kommunikation mit potenziellen Mitarbeitern, vor allem dem Nachwuchs für Ausbildungsberufe und duales Studium, zu bedienen. Je nach Zielgruppe stehen unterschiedliche soziale Medien im Fokus. Eine abteilungsübergreifende Zusammenarbeit, wie sie bei WAGO praktiziert wird, ist dabei Voraussetzung für einen Erfolg der Kommunikationsmaßnahmen.

Andrea Rumler

2. Industrielle Dienstleistung und die neue Produktivitätskultur

Der vorliegende Beitrag stellt die Frage nach der Bedeutung industrieller Dienstleistungen. Unter industriellen Dienstleistungen ist eine ganze Palette an Vorkehrungen zu verstehen, die das Unternehmen benötigt, um seine Produkte erfolgreich herzustellen und zu vermarkten.

Heiko Breit

2. Chemie

Im Gegensatz zu ehemals wird die Chemie heute aus der Atomistik heraus entwickelt und dadurch verständlich. Das wird deutlich, wenn die verschiedenen Arten einer chemischen Verbindung erklärt werden. – Aus dem Bereich der anorganischen Chemie wird in dem Kapitel die Speicherung elektrischer Energie in Batterien und Akkus behandelt, anschließend die Stoffkunde mineralischer und metallischer Werkstoffe. – In der organischen Chemie spielen die Kohlenstoffverbindungen die zentrale Rolle, einschließlich jener mit eingebautem Wasserstoff und Sauerstoff. Sie bestimmen den Aufbau aller lebenden Substanz und demgemäß auch jener Produkte, die aus Erdöl und Erdgas gewonnenen werden, aus denen wiederum von der Chemischen Industrie fossile Brennstoffe, Kunststoffe und viele weitere Produkte, wie Kunstdünger, Pharmaartikel und Pestizide aller Art hergestellt werden.

Christian Petersen

3. Bauelemente der Elektronik

In diesem Kapitel lernen Sie, – die passiven Bauelemente Widerstand, Kondensator und Spule mit ihren Eigenschaften kennen, – die aktiven Bauelemente Diode, Transistor und integrierte Schaltungen kennen, – den Aufbau von Platinen und wie elektronische Bauelemente mit Platinen verbunden werden.

Marco Winzker

16. Elektronik und Mechanik für Motor- und Getriebesteuerung

Die Umweltanforderungen an Motor- und Getriebesteuerungen werden hauptsächlich durch folgende Parameter bestimmt:Temperatur,Vibration,Schutz gegen Medien (Gase, Flüssigkeiten drucklos, unter Druck, Feststoffe …).

Dr. rer. Nat.-Phys. Thomas Riepl, Dipl.-Ing. Karl Smirra, Dr.-Ing. Andreas Plach, Prof. Dr. rer. Nat.-Phys. Matthias Wieczorek, Dipl.-Ing. Gerwin Höreth, Dipl.-Ing. Rainer Riecke, Dipl.-Ing. Alexander Sedlmeier, Dipl.-Ing. Martin Götzenberger, Dipl.-Ing. Gerhard Wirrer, Dipl.-Ing. Thomas Vogt, Dipl.-Ing. Alfred Brandl, Dipl.-Ing. Martin Jehle, Dipl.-Ing. Peter Bertelshofer

12. Gemischbildungsverfahren und -systeme

Die Verbrennung, chemisch betrachtet eine Oxidation der Kraftstoffmoleküle, setzt voraus, dass eine hinreichende Zugänglichkeit des Oxidators Sauerstoff an das Kraftstoffmolekül vorliegt. Daher ist es notwendig, Kraftstoff aufzubereiten, das heißt in eine gasförmige Phase zu überführen und mit Luft zu vermischen. Das geschieht üblicherweise mit Gemischbildungssystemen. Man unterscheidet beim motorischen Betrieb dabei zwischen der inneren und äußeren Gemischbildung.

Prof. Dr.-Ing. Fred Schäfer, Dr. Erwin Achleitner, Dr.-Ing. Harald Bäcker, Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Helmut Tschöke, Dipl.-Ing. Wolfgang Bloching, Dr.-Ing. Klaus Wenzlawski, Dr.-Ing. Thomas Zapp, Dipl.-Ing. Holger Dilchert, Dipl.-Ing. Bernd Jäger, Dipl.-Ing. Frank Kühnel, Dipl.-Ing. Ralph Schröder, Dipl.-Ing. Knut Schröter

10. Ladungswechsel

Unter dem Begriff Ladungswechsel ist hier der Austausch der Zylinderfüllung zu verstehen. Maßgeblichen Einfluss darauf hat neben den im Zylinderkopf befindlichen Steuerorganen das daran angeschlossene Ansaug- beziehungsweise Abgassystem. Durch sie wird die Qualität der Frischgaszuführung und der Abgasentfernung realisiert.

Prof. Dr.-Ing. Ulrich Spicher, Dr.-Ing. Uwe Meinig, Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Wilhelm Hannibal, Dipl.-Ing. Andreas Knecht, Dipl.-Ing. Wolfgang Stephan, Prof. Dr.-Ing. Rudolf Flierl

Chapter 9. Zusammenfassung

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Modelle zur echtzeitfähigen beobachterbasierten Temperaturüberwachung von Wechselrichtern für Elektround Hybridfahrzeuge entwickelt. Die Aufgabenstellung resultiert aus dem Anspruch, die Komponente gegenüber kritischen Überlastungen zu schützen und ihre Funktionalität über die Lebensdauer des Fahrzeugs hinweg zu gewährleisten.

Manuel Warwel

Chapter 2. Grundlagen

Die Grundlagen für die weitere Arbeit umfassen eine kurze Einführung in die Funktionsweise eines Pulswechselrichters, die im Betrieb anfallenden Verlustleistungen und die daraus resultierende Notwendigkeit der Temperaturüberwachung. Hierfür werden auch alternative Methoden kurz erläutert und die in dieser Arbeit zentrale Methode, die beobachterbasierte Temperaturüberwachung, im Detail eingeführt. Abgeschlossen wird dieses Kapitel mit der Beschreibung des Versuchsträgers, der für die Durchführung der Experimente verwendet wurde.

Manuel Warwel

Zukunftsaspekte der additiven Fertigung für Produktinnovation sowie Besonderheiten von Schraubenverbindungen bei additiv gefertigten metallischen Bauteilen

Dieser Beitrag entstand aus einer Untersuchung zum schraubenspezifischen Verhalten von additiv gefertigten Bauteilen aus Aluminium, da diese immer häufiger zum Einsatz kommen; derzeit befindet sich die Technologie der additiven Bauteilfertigung durch intensives Engagement von Wissenschaft und Anwendern auf dem Weg von der Machbarkeit im Labor in die allgemeine industrielle Anwendungspraxis.Zu Beginn werden zur Technologiebewertung die wichtigen Zukunftsaspekte aus Produktinnovationssicht erörtert, da diese im Moment für die weitere Etablierung fokussiert werden müssen. Danach schließt sich die Analyse der Verschraubungseignung an, da auch additiv gefertigte Bauteile befestigt werden müssen.Daher ist zu klären, ob und wie sich das Montage- und Betriebsverhalten von Verschraubungen mit additiv- und herkömmlich gefertigten Bauteilen unterscheidet. Dazu werden Testmontagen und Relaxationsmessungen an verschraubten, additiv gefertigten und herkömmlich gefertigten Probekörpern durchgeführt. Im Ergebnis zeigt sich, dass das Montageverhalten abhängig von der Lagenorientierung bei der Fertigung ist, das Relaxationsverhalten durch die Druckrichtung sowie -dichte beeinflusst wird und die Kurzzeit-Tragfähigkeit weitgehend unabhängig von der Beschaffenheit der Proben ist.

Christoph Friedrich, Dino Guggolz, Jens Peth

SAM - Ultraschallmikroskopie

Die Ultraschallmikroskopie ist ein bildgebendes und zerstörungsfreies Verfahren, welches mit Ultraschall im Frequenzbereich von 1 MHz bis 2 GHz arbeitet. Mit einem piezoelektrischen Schallkopf wird ein kurzer Ultraschallimpuls in die Probe geschickt. An Inhomogenitäten, Einschlüssen oder Grenzflächen kann die Ultraschallwelle absorbiert, gestreut oder reflektiert werden. Ein Teil des reflektierten Signals gelangt zum Transducer zurück, welcher jetzt umgeschaltet wird und als Detektor fungiert. Charakteristisch für die Probe sind die Amplitude, Phase und Laufzeit des reflektierten Signals, welche in der elektronischen Verstärker- und Auswerteeinheit sehr präzise erfasst und mit einem PC geeignet dargestellt werden.

Jürgen Bauch, Rüdiger Rosenkranz

Chapter 12. Turm und Fundament

Der Turm ist ein wesentlicher Bestandteil einer Horizontalachsen-Windkraftanlage. Nachteilig sind natürlich die Kosten, die einen beträchtlichen Teil der Gesamtkosten einer Windkraftanlage ausmachen können. Auf der anderen Seite steigt die spezifische Energielieferung des Rotors mit zunehmender Turmhöhe an. Die Bandbreite der Ausführungen reicht von Gitterkonstruktionen über Stahlrohrtürme mit und ohne Seilabspannung bis zu massiven Betonbauten. Die vom Gesamtsystem gestellten technischen Anforderungen sind mit fast jeder Variante erfüllbar, das wirtschaftliche Optimum wird jedoch nur mit einer sinnvollen Zuordnung der gewählten Turmbauweise zu den gestellten Anforderungen erreicht Die Standsicherheit der Windkraftanlage wird selbstverständlich auch durch die Gründung des Turmes im Boden bestimmt. Die Bauart des Fundamentes wird mehr noch als der Turm von den örtlichen Bedingungen bestimmt. Dennoch haben sich einige Standardbauweisen herauskristallisiert, die für die meisten Standorte anwendbar sind.

Erich Hau

7. Werkstoff- und Halbzeugtechnologien für Leichtbau-Anwendungen

Eine Einteilung der Fertigungsverfahren ist in der DIN 8580 allgemeingültig beschrieben. Fertigungsverfahren werden in sechs Hauptgruppen eingeteilt. Jede Hauptgruppe basiert auf spezifischen Merkmalen. Im Falle einer Änderung der Form wird der Stoffzusammenhalt beibehalten, vermindert oder vermehrt (vgl. Tab. 7.1). Die in folgenden Abschnitten beschriebenen Fertigungsverfahren finden sich zum Beispiel in den Hauptgruppen1 Urformen – 1.1 Urformen aus dem flüssigen Zustand – 1.1.2 Druckgießen1 Urformen – 1.2 Urformen aus dem plastischen Zustand – 1.1.4 Strangpressen (Extrudieren)beziehungsweise2 Umformen (DIN 8582) – 2.2 Zugdruckumformen (DIN 8581-1) – 2.2.2 Tiefziehen (DIN8584-3)2 Umformen (DIN 8582) – 2.4 Biegeumformen (DIN 8586) – 2.4.2 Biegen mit drehender Werkzeugbewegung – 2.4.2.1 – Walzbiegen – 2.4.2.1.4 WalzprofilierenAndere Verfahren wie z. B. wirkmedienbasierte Umformverfahren, Schmieden, Kaltfließpressen, Semi-Solid-Gussverfahren (Thixomolding), Thixoschmieden usw. können je nach Belastungs- bzw. Verfahrensweise eingeordnet werden.Das gebräuchlichste Verfahren zur Herstellung flächiger Blechformteile ist das Tiefziehen. Der reale Umformvorgang ist aber in der Regel kein reines Tiefziehen, sondern eine Kombination mit Streckziehen und lokalen Biege- bzw. Stauchprozessen.Das Tiefziehen definiert sich als Prozess, in dem ein Blechzuschnitt zu einem Hohlkörper (Erstzug) oder ein Hohlkörper in einen anderen Hohlkörper mit geringerem Umfang (Weiterzug) umgeformt wird. Eine Veränderung der Blechdicke ist nicht beabsichtigt [1].

Dr. Peter Furrer, Andreas Müller, T. Reier, Dr. Stefan Mütze, Uwe Eggers, Ansgar Geffert, Dr.-Ing. Gerhard Kopp, Prof. Dr. Rodolfo Schöneburg, Dr. Dietrich Scherzer, Prof. Dr.-Ing. Ortwin Hahn, Vitalij Janzen, Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut, Dr.-Ing. Thomas Olfermann, Dr.-Ing. Sebastian Süllentrop, Prof. Dr. Dr. h. c. mult. Rainer Gadow, Prof. Dr. Lothar Gaul, Dr.-Ing. André Kröff, Klaus Decking, Thomas Eichenseer, Gerald Widegger

6. Die Leichtbauwerkstoffe für den Fahrzeugbau

Der Werkstoff Stahl hat sich bei der Konstruktion von Automobilen insbesondere aufgrund seiner hervorragenden Kombination von Festigkeit und Duktilität in Verbindung mit einer hohen Verfügbarkeit und relativ günstigen Herstellungskosten bewährt. Jedoch sind die Anforderungen an die Auslegung von Automobilen hinsichtlich Leichtbau, Sicherheit und Umweltschutz in den letzten Jahren stetig gestiegen, wovon auch der Werkstoff Stahl betroffen ist. Impulse hierfür gaben vor allem veränderte gesetzliche Rahmenbedingungen wie die Auflagen zur Reduzierung der CO2-Emissionen, erhöhte Energiekosten und damit eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs genauso wie die Erhöhung der Recyclingraten für einen nachhaltigen Ressourceneinsatz. Darüber hinaus stiegen die Komfortansprüche des Kunden genauso wie die Ansprüche an einen hohen Sicherheitsstandard. Diese zum Teil widersprüchlichen Anforderungen können nur über den Lösungsansatz Leichtbaukonzepte erfüllt werden. Eine zentrale Rolle für den wirtschaftlichen Automobilleichtbau spielen dabei insbesondere die höher- bis höchstfesten Stähle.Aus diesem Grund konzentrierte sich seit Mitte der 90er die Entwicklung auf neue Stahlgüten mit gesteigerter Festigkeit und verbesserter Umformbarkeit (Bake-Hardening-Stähle, höherfeste IF-Stähle, Mehrphasenstähle), welche inzwischen im Automobilbau etabliert sind. Andere Entwicklungen wie HSD®-Stähle (siehe Abschn. 6.1.9) stehen kurz vor dem Einsatz.

Dr. Thomas Evertz, Dr. Volker Flaxa, Zacharias Georgeou, Dr. Rudolf-Hermann Gronebaum, Norbert Kwiaton, Dr. Christian Lesch, Dr. Manuel Otto, Dr. Joachim Schöttler, Thomas Schulz, Dr. Bianca Springub, Dr. Peter Furrer, Andreas Müller, Gerald Widegger, Dr. Hajo Dieringa, Prof. Dr. Karl Ulrich Kainer, Prof. Dr. Christoph Leyens, Dr. Manfred Peters, Prof. Dr. Dr. h. c. mult. Rainer Gadow, Prof. Dr. Klaus Drechsler, Prof. Dr.-Ing. Gerhard Ziegmann

4. Anforderungen an den Leichtbau im Fahrzeug

Im übergeordneten Sinn ist unter dem Begriff „Betriebsfestigkeit“ die Eigenschaft eines Bauteils oder Produktes zu verstehen, alle innerhalb der geplanten Lebensdauer auftretenden Beanspruchungen schadensfrei zu ertragen. Zur Dimensionierung von Bauteilen oder Produkten muss also immer eine Gegenüberstellung von Beanspruchung durch äußere Lasten und Beanspruchbarkeit des Bauteils erfolgen.Auf der Beanspruchungsseite kann es sich hierbei sowohl um statische, dauerhafte Ereignisse, um quasistatisch oder dynamisch auftretende Einzelereignisse wie auch um schwingende Beanspruchungen handeln.Auf Seite der Beanspruchbarkeit ist fallweise zu unterscheiden, ob Risse als Schaden bzw. Ausfall zu interpretieren sind oder ob gegebenenfalls Risswachstum mit Methoden der Bruchmechanik zu beurteilen ist. So werden häufig bei sicherheitskritischen Bauteilen technische Anrisse bereits vermieden (‚safe life‘ Auslegung), während in anderen Fällen auch deutlich erkennbare Risse akzeptiert werden können, solange sichergestellt ist, dass es nicht zu kritischem Risswachstum kommt (‚fail safe‘ Auslegung).Für die Entwicklung von Kraftfahrzeugen stellt dies eine enorme Herausforderung dar, da allen komplexen Belastungssituationen, beginnend bei der Produktentstehung in der Fabrik bis hin zu den verschiedensten sinnvollen und teilweise auch nicht sinnvoll erscheinenden Nutzungssituationen im Produktbetrieb, Rechnung zu tragen ist.

Univ. Prof. Dr. Dr.h.c. Wilfried Eichlseder, Prof. Dr. Rodolfo Schöneburg

1. Leichtbau als Treiber von Innovationen

Mobilität ist ein Grundbedürfnis der Menschheit. Dies gilt seit dem Beginn der Menschwerdung in Afrika und der kulturellen Entwicklung in allen Erdteilen und setzt sich kontinuierlich fort.Weltweit stehen wir allerdings vor Herausforderungen, deren erfolgreiche Bewältigung die Voraussetzung für das zukünftige Wohlergehen der Menschen sein wird. Durch die wachsende Weltbevölkerung und den im Mittel steigenden Wohlstand entsteht ein deutlicher Bedarf an mehr Mobilitätsleistung und neuen Mobilitätsmustern. Die absehbare Endlichkeit der fossilen Energien, wie sie derzeit noch einen Großteil unserer Verkehrsleistungen ermöglichen, zwingt zu neuen Lösungen bei den Fahrzeugkonzepten, ihren Antrieben und Energieträgern. Darüber hinaus besteht heute weitgehend Konsens, dass die Freisetzung der sogenannten Treibhausgase – insbesondere das bei Verbrennungsprozessen entstehende CO2 – zu den beobachteten Klimaveränderungen in der Erdatmosphäre beiträgt. Leichtbau bietet dafür Lösungsstrategien!

Prof. Dr.-Ing. Horst E. Friedrich, Dr. Sivakumara K. Krishnamoorthy

1. Hygienisch-mikrobiologische Trinkwassergüte in der Trinkwasser-Installation

Dieses Kapitel behandelt die Arbeit der Trinkwasser-Hygieniker, die wissenschaftliche Erkenntnisse und Verfahren für die Sicherstellung der Trinkwasserqualität nutzbar machen.

Th. Kistemann

2. Planungspraxis für Trinkwassergüte in Gebäuden

In diesem Buchkapitel wird mit »10 Fragen vor der Planung« die Bedeutung einer bedarfsgerechten Grundlagenermittlung für die Trinkwassergüte erläutert. Zahlreiche Verweise auf europäische und nationale Regelwerke stellen dabei wichtige normative Bezüge für eine hygienebewusste Planung her.

W. Schulte

6. Anwendungsorientierte Funktionswerkstoffe mittels Walzplattieren

Obwohl walzplattierte Werkstoffe in der allgemeinen Öffentlichkeit nur wenig beachtet und behandelt werden, besitzen sie bereits heute eine hohe Bedeutung, um unterschiedliche Güter des täglichen Bedarfs realisieren und produzieren zu können. Durch eine hohe Produktivität und ein umfangreiches technologisches Wissen lassen sich bereits heute sehr anspruchsvolle und aufwändige Funktionswerkstoffe mittels Plattierverfahren herstellen, die maßgeschneiderte Produkteigenschaften für viele Halbzeuge und Fertigprodukte garantieren. Bedingt durch die konstruktiven Trends im Bereich von Automotive, Luft- und Raumfahrt sowie dem allgemeinen konstruktiven und materiellem Leichtbau ist davon auszugehen, dass die Bedeutung maßgeschneiderter Funktionswerkstoffe für spezifische Anwendungsfelder in naher Zukunft weiter wachsen und die Bedeutung einzelner Plattierverfahren für eine wirtschaftliche Produktionskette verschiedener Produkte wachsen wird.

Dipl.-Ing. Stephan Reichelt, J.-F. Schmidt, M. Neubauer, A. Schade, G. Andler, G. Buerkle, H. Hansen, L. Hofmann, J. Stiehler, S.D. Janisch

4. Transistoren

Zu Beginn der Entwicklung abschaltbarer Halbleiter-Bauelemente wurde der Bipolar-Transistor für den unteren und mittleren Leistungsbereich eingesetzt. Heute sind diese Bauelemente aus vielen Anwendungen verschwunden, ihre Funktion wurde vielfach durch MOSFETs und IGBTs ersetzt. Trotzdem bildet die bipolare Transistorstruktur weiterhin den Kern vieler modernen Bauelemente, so dass ihre Kenntnis für das Verständnis der Wirkungsweise moderner Leistungsbauelemente wie z. B. GTO-Thyristoren oder IGBTs nach wie vor von großer Wichtigkeit ist. Im Folgenden Kapitel wird daher zunächst der Bipolartransistor für kleine Leistungen (Signaltransistor) vorgestellt. Dabei geht es um den Aufbau, die Wirkungsweise und Transistor-Kennwerte speziell für den Schalterbetrieb. Aufbauend auf der bipolaren Transistorstruktur wird der Leistungs-Bipolartransistor und der Thyristor vorgestellt. Nach Einführung des unipolaren MOSFET-Leistungstransistors folgt schließlich der IGBT, das heutige „Arbeitspferd“ der Leistungselektronik. Im IGBT sind die Vorzüge bipolarer Transistoren (Leistung) mit denen des MOSFET (Ansteuerung) vereint. Mit dem IGBT lassen sich derzeit Spannungen bis über 6 kV bzw. Ströme über 3 kA mit einem vergleichsweise geringen Steueraufwand beherrschen.

Joachim Specovius

Chapter 5. Solarthermie

Die Solarthermie umfasst alle Aspekte der thermischen Nutzung von solarer Strahlung. Das Anwendungsspektrum reicht von der einfachen Absorbermatte aus Kunststoff zur Erwärmung des Beckenwassers eines Schwimmbads über die solare Trinkwassererwärmung, Heizungsunterstützung und Prozesswärmebereitstellung bis hin zu den großen solarthermischen Kraftwerken im Megawatt- Leistungsbereich. Diese gewinnen mit Hilfe eines thermodynamischen Kreisprozesses mechanische Energie und über einen nachgeschalteten Generator elektrischen Strom.

Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer

Chapter 4. Handlungsempfehlungen für Unternehmen

In den letzten Jahren konnte beobachtet werden, wie Unternehmen mit Hilfe von Creative Communities, die in verschiedenen Branchen und Geschäftsbereichen eingesetzt werden, Produkt-, Dienstleistungs- und Geschäftsmodellinnovationen hervorbringen. Das Einbinden von CCs ermöglicht neue Dimensionen des Dienstleistungs- und Produktlebenszyklusmanagements von Innovationen und liefert enorme Potenziale für Start-ups, kleine und mittlere Unternehmen, aber auch für große Unternehmen.

Christa Seja, Jessica Narten

13. Herstellungs- und verarbeitungstechnische Verfahren

In diesem Kapitel, dem längsten des ganzen Buches, geht es einerseits um die Erzeugung der Werkstoffe. Die Stahlherstellung im Hochofen wird besprochen, genauso wie die Schmelzflusselektrolyse von Aluminium oder die Herstellung keramischer Werkstoffe.In einem zweiten Teil steht die Herstellung von Werkstücken aus den Werkstoffen im Vordergrund. Wir folgen dabei der in der Fertigungstechnik üblichen Einteilung in Verfahrensgruppen, also Urformen, Umformen, Trennen, Fügen, Beschichten und Stoffeigenschaft ändern.Die Fertigungstechnik wird hier unter dem Blickpunkt der Werkstoffwissenschaften behandelt. Dies bedeutet, es stehen Materialaspekte im Vordergrund, also Gießbarkeit, Umformbarkeit, Eignung für Pulvermetallurgie, etc. Die unterschiedlichen Gefüge, die Folge der Verarbeitungsfahren sind, werden ausführlich diskutiert. Von besonderem Interesse ist der materialübergreifende Aspekt, also beispielsweise die Unterschiede in der Kunststoff- und Metallverarbeitung.

Bernhard Ilschner, Robert F. Singer

55. Datenkommunikation

Behandelt werden folgende Themen:Sinn der Datenkommunikation; Geschichte der Datenkommunikation; Einteilung von Netzwerken: Ausdehnung, Dienstarten und Verbindungen; Basisband - Breitband, FDM - DWDM - TDM; Netzwerk-Topologien (Stern-, Bus-, Ring-, Baum-Netz, Mischformen); Das OSI-Referenzmodell: Schicht 0-Übertragungsmedien (Kabel, Stecker), Schicht 1-Bitübertragung (Bit/s, Baud, Bitkodierungen); Schicht 2-Datensicherung (IEEE 803.3 - CSMA/CD, IEEE 802.5 - Token Ring), Schicht 3-Vermittlung (Internet Protokoll IP, IP-Adressen, IP-Adressklassen, Network Address Translation, IPv4, IPv6), Schicht 4-Transport (TCP/IP), Aufgaben der Schichten 5 bis 7 (DNS, DHCP); Industrial Ethernet. Datentabellen und Ablaufdiagramme im Text erläutern die Sachverhalte zusätzlich.

Prof. Dr. Ulrich Lindemann

Verantwortung ernst nehmen, Stakeholder einbinden, Innovation stärken

Wie die NORMA Group über einen Stakeholder-Roundtable ihr CR-Programm 2018 optimiert und die Innovationskultur stärkt

Anhand eines international tätigen B2B-Unternehmens zeigen Taubken, Mitchell und Recker den Zusammenhang zwischen Stakeholder-Einbindung, Verantwortungsübernahme und Innovationskultur. Anlass für die Involvierung von Anspruchsgruppen war die Entwicklung einer neuen CR-Roadmap für die NORMA Group. Innovationsförderung erfolgte bei diesem Anbieter von Verbindungstechnologie auf mehreren Ebenen. Auf der einen Seite kann die strategische Einbindung von Anspruchsgruppen selbst als ein innovatives Vorgehen für die NORMA Group gesehen werden. Bei der Entscheidung für ein Roundtable-Format und bei seiner Ausgestaltung wurden die Erwartungen von Rahmenwerken zur Nachhaltigkeitsberichterstattung wie die Richtlinien der Global Reporting Initiative und der Deutsche Nachhaltigkeitskodex berücksichtigt. Auf der anderen Seite führen die Anregungen aus dem Austausch mit Stakeholder-Gruppen zu neuen Ideen für die Akzentuierung der CR-Schwerpunkte. Dabei wurde durch die externen Stakeholder auch die Erwartung geäußert, dass die Unternehmensgruppe Maßnahmen und Strukturen zur Stärkung der Innovationskultur vorantreibt.

Norbert Taubken, Marion Mitchell, Daphne Recker

Typha-Natur – Bau-Technik

Seit einigen Jahren ist ein Baumaterial in Anwendung, das den Anforderungen an Baudenkmale bzgl. Energieeffizienz, Nachhaltigkeit und Nutzerkomfort in völlig neuer Weise technisch gerecht werden kann. Dieses kennzeichnet die Verwendung von Makropartikeln aus der Blattmasse von Rohrkolben (lat. Typha) mit einer mineralischen, bei der Kompostierung inerten oder bioabbaubaren Verklebung.

Dipl.-Ing. Alexandra Fritsch, Dipl.-Ing. Werner Theuerkorn

2. Leiter und Metalle

Vergleicht man die unterschiedlichen Werkstoffe Metalle, Halbleiter und Isolatoren, fällt auf, dass die Leitfähigkeit eine Bandbreite aufweist, wie bei keiner anderen Materialeigenschaft über mehr als 20 Größenordnungen (vgl. Abbildung 2-1). Der Ursprung begründet sich in der Bandstruktur der verschiedenen Materialien.

Peter Wellmann

1. Einleitung

Stephanus Büttgenbach

Ressourceneffiziente Herstellung mechanischer Verbindungselemente

Bedingt durch den stetig wachsenden Kostendruck sowie durch die strikter werdenden Randbedingungen bezüglich Material- und Energieeffizienz ist das Ziel aktueller Entwicklungsprojekte bei der HEWI G. Winker GmbH & Co. KG eine umweltfreundliche und ressourcenschonende Fertigung von innovativen Komponenten. Mit massivumgeformten Komponenten, u. a. aus Stahl, sind signifikante Gewichtseinsparungen im Automobilsowie Maschinenbau möglich.

Prof. Dr. Mario Schmidt, Dr. Hannes Spieth, Dr. Joa Bauer, Dr. Christian Haubach

Optimierte Energie- und Datenübertragung über Schleifringe

Hirschmann MCS ist Spezialist für Automatisierungs- und Netzwerktechnologie und stellt Bauteile für Netzwerkinfrastruktur, Verbindungstechnik, mobile Steuerungen und Sensorik her. Die gefertigten Produkte kommen in der Fabrikautomatisierung, der Prozesssteuerung sowie im Transport und Maschinenbau zum Einsatz.

Prof. Dr. Mario Schmidt, Dr. Hannes Spieth, Dr. Joa Bauer, Dr. Christian Haubach

I. Alphabetische Begriffszusammenstellung

Dieser Abschnitt stellt den Hauptteil des Werks dar. Hier werden Erkenntnisse, Taktiken und Strategien ergänzt um weitere wichtige Grundbegriffe in alphabetischer Reihenfolge erörtert.

Stefanie Jung, Peter Krebs

Chapter 2. Management einzelner Automotive-Projekte („Single-PM“)

Projektmanagement in der Automobilindustrie basiert in erster Linie auf einer Vielzahl von Projekten und Programmen, die professionell geführt werden wollen. Erst auf dieser Grundlage lassen sich weitere Überlegungen in Richtung Multiprojektmanagement (Kap. 3) und Management von unternehmensübergreifenden Projekten (Kap. 4) anstellen.

Gerhard Hab, Reinhard Wagner

Chapter 7. Konstruktive Durchbildung von Details

Generell gilt für die konstruktive Durchbildung von Details im Glasbau, dass die Besonderheiten des spröden Werkstoffs zu berücksichtigen sind. Im Gegensatz zu Stahl verfügt der ideal-elastische Werkstoff Glas auf makroskopischer Ebene über keine plastischen Eigenschaften, sodass insbesondere Spannungsspitzen bzw. -konzentrationen, wie sie beispielsweise bei lokalem Kontakt mit einem harten Gegenstand auftreten, durch lokales Plastizieren nicht kompensiert werden können. Ein Kontakt von Glas mitWerkstoffen, deren Oberflächenhärte höher als die des Glases ist, muss daher dauerhaft ausgeschlossen werden, um Oberflächenschädigungen bzw. Bauteilversagen zu vermeiden.

Jens Schneider, Johann-Dietrich Wörner, Frank Schneider, Sebastian Schula, Johannes Kuntsche

11. Einsatzgebiete und technische Regelwerke von Gussrohrleitungen

Beim Aufbau der städtischen Versorgungsinfrastruktur für Trinkwasser und Gas vor 150 Jahren standen fast nur Gussrohre zur Verfügung. Die vor etwa 50 Jahren eingeführten duktilen Gussrohre dienen heute hauptsächlich der Trinkwasserversorgung und der Abwasserentsorgung. Duktiles Gusseisen verfügt jedoch über Werkstoffeigenschaften, die den zusätzlichen Einsatz der Rohre zum Bau von Feuerlöschleitungen, Triebwasserleitungen für Wasserkraftwerke und für Schneekanonen erlauben. Die leistungsfähigen längskraftschlüssigen Verbindungen bieten die Voraussetzung für die Anwendung duktiler Gussrohre bei den grabenlosen Einbau- und Erneuerungsverfahren.

Jürgen Rammelsberg

29. Glasfaserverstärkte Kunststoffrohre (GFK)

Werkstoff und Rohrherstellung

Rohrleitungssysteme aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) zählen zu den am vielfältigsten eingesetzten Rohrwerkstoffen. Aufgrund der Vorteile der Faserverbundtechnologie, der Material- und Designmöglichkeiten werden die Rohre in der Ver- und Entsorgung, der chemische Industrie, der verarbeitenden Industrie, der Erdöl- und Gasindustrie und vielen weiteren Anwendungsbereichen verwendet. Beginnend seit Ende der 1950er-Jahre hat sich ein breites Normenwerk entwickelt, welches die vielfältigen Herstellungsmöglichkeiten und Materialeigenschaften widerspiegelt. Neben den Standardanwendungen werden GFK-Rohre insbesondere für außergewöhnliche Belastungen bei Betrieb und Einbau verwendet. Ein besonderer Vorzug ist die hohe chemische Beständigkeit, welche in Abhängigkeit von der Werkstoffauswahl und weiterer Faktoren auch extremen Anforderungen angepasst werden kann.

Wilfried Sieweke

11. Produktentstehungsprozess

In ihrem Vorwort charakterisieren die Herausgeber die Produktentstehung sehr treffend als einen hochkomplexen Prozess, dessen Gestaltung und Optimierung immer größere Bedeutung gewinnt. Letztendlich muss dieser Prozess termingerecht zu einem Fahrzeug führen, das für die Zielkunden so attraktiv ist, dass sie es zu einem Preis erwerben wollen, der mit den Renditevorstellungen des Automobilunternehmens im Einklang steht und damit dessen Wettbewerbsfähigkeit sichert Abb. 11.1 umreißt einen Produktentstehungsprozess schematisch.

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Hans-Hermann Braess, Prof. Dr.-Ing. Thomas Breitling, Jürgen Weissinger, Dipl.-Ing. Norbert Grawunder, Dr.-Ing. Ulrich Hackenberg, Prof. Dr.-Ing. Volker Liskowsky, Dr.-Ing. Ulrich Widmann

6. Aufbau

In der Anfangszeit des Automobils wurde die Karosserie – dem Beispiel des Kutschenbaus folgend – auf einem Rahmengestell befestigt. Diese Bauweise findet man heute nur noch bei Lastkraftwagen und großen Off-Road-Fahrzeugen. Im Bereich der Personenwagen hat sich die selbsttragende Karosserie durchgesetzt. Sie wurde 1935 von Opel erstmalig mit dem Modell Olympia in der Großserie eingeführt. Die Innovation bestand darin, dass die Karosserie für sich komplett vorgefertigt wurde. Anschließend wurden die restlichen Komponenten wie Motor, Kupplung, Getriebe, Vorder- und Hinterachse sowie der Auspuffanlage direkt an der Karosserie befestigt und zum Fahrzeug komplettiert. Damit ist die selbstragende Karosserie der wichtigste Aggregateträger, die zudem noch vielen Anforderungen gerecht werden muss [1]. Sie reichen von konsequentem Leichtbau über wirksamen Insassen- und Fußgängerschutz bis hinzu attraktivem Aussehen.

Univ.-Prof.i.R. Dr.rer.nat. habil. Heiner Bubb, Dipl.-Ing. Helmut Goßmann, Dr.-Ing. René Konorsa, Dipl.-Ing. (FH) Walter Pecho, Dr. Armin Plath, Jochen Reichhold, Prof. Dr. Rudolf Stauber, Dipl.-Ing. Lothar Teske, Dr. Klaus Werner Thomer, Dipl.-Ing. Heinrich Timm, Dr. Hans-Jörg Vögel, Dr. Markus Wawzyniak

5. Antriebe

In den über 100 Jahren des Gebrauchs von Kraftfahrzeugen hat sich der Hubkolben-Verbrennungsmotor mit einem Drehzahl-/Drehmomentwandler und einer Anfahr-/Schaltkupplung als bevorzugtes Antriebskonzept durchgesetzt und behauptet. Der Antrieb hat eine Reihe von Aufgaben zu erfüllen, von denen die wichtigsten nachfolgend aufgelistet sind: - Das Fahrzeug muss aus dem Stillstand anfahren und bis zur Höchstgeschwindigkeit jede beliebige Geschwindigkeit darstellen können.- Antriebsdrehmoment und -drehzahl müssen schnell regelbar sein, um dynamische Fahrvorgänge zu ermöglichen.- Der Energieträger muss auf kleinem Raum bei geringem Gewicht einen hohen Energieinhalt aufweisen. Ohne große Nutzlast- und Raumverluste soll eine möglichst hohe Reichweite ohne Unterbrechung oder Wiederbetankung möglich sein.- Die Masse und das Bauvolumen sind möglichst klein zu halten.- Das gesamte System muss Erschütterungen und Bewegungen standhalten können.- Der Antrieb soll kurzfristig (auch bei niedrigen und hohen Temperaturen) betriebsbereit sein.

Prof. Dr.-Ing. Roland Baar, Dr.-Ing. Henning Baumgarten, Dipl.-Ing. Markus Beck, M.Sc. Marius Böhmer, Dr. Dennis Bönnen, Dipl.-Ing. Richard Dorenkamp, Dr. Thorsten Düsterdiek, Georg Eichner, Dr. Jürgen Greiner, Dr.-Ing. Gerhard Gumpoltsberger, Dr.-Ing. Jan Hentschel, Dipl.-Ing. Michael Hinz, Dipl.-Ing. Emmanuel Jean, Hugo Kroiss, Gerhard Kurz, Dipl.-Ing. Roman Lahmeyer, Dipl.-Ing. Heribert Lanzer, Dr.-Ing. Martin Nijs, Ing. Hermann Pecnik, Dipl.-Ing. MSc Bert Pingen, Prof. Dr. Dr. E.h. Franz Pischinger, Dr. Christoph Sasse, Dr. Klaus-Peter Schindler, Dr. Torsten Schütte, Dipl.-Ing. Mike Souren, Dipl.-Ing. Klaus Spindler, Dipl.-Ing. Klaus Steinel, Dr.-Ing. Matthias Thewes, Michael Zeiser

8. Elektrik/Elektronik/Software

Steigende Anforderungen hinsichtlich Sicherheit, Umweltschutz und Komfort führten in den vergangenen Jahren zu einem starken Anstieg der Funktionen im Fahrzeug. Wesentliche Treiber dafür waren die gestiegenen Komfortansprüche, die Vernetzung der Fahrzeuge aber auch ganz wesentlich verschärfte Abgas- und Sicherheitsbestimmungen. So kamen in den letzten Jahren komplexe Infotainment und Assistenzsysteme hinzu, die nur durch ein Zusammenwirken vieler Steuergeräte realisiert werden konnten. Deren intuitive Bedienung sowie Personalisierung der Funktionen erforderte eine systemübergreifende Mensch-Maschine-Schnittstelle. Durch die massiv gestiegene Anzahl an elektrischen Verbrauchern nahm auch der Energiebedarf deutlich zu, sodass über elektronische Energiemanagementsysteme ein optimierter Energiehaushalt sichergestellt werden musste.

Dr. Heinz-Bernhard Abel, Dr. Heinrich-Jochen Blume, Prof. Dr. rer. nat. Ludwig Brabetz, Prof. Dr. Dr. h.c. Manfred Broy, Dipl.-Ing. Simon Fürst, Dr. Lothar Ganzelmeier, Dr. Jörg Helbig, Dipl.-Ing. Gerhard Heyen, Dr. rer. soc. Meike Jipp, Dipl.-Ing. Günther Kasties, Prof. Dr.-Ing. Peter Knoll, Dr.-Ing. Olaf Krieger, Prof. Dr.-Ing. Roland Lachmayer, Prof. Dr.-Ing. Karsten Lemmer, Dr. Wolfgang Pfaff, Dr.-Ing. Thomas Scharnhorst, Dr.-Ing. Guido Schneider

10. Werkstoffe und Fertigungsverfahren

Die Werkstoffe und Technologien, die in den Automobilen zum Einsatz kommen, spiegeln den jeweils vorhandenen Stand der Technik wider. Der für die gegebenen Anforderungen bestgeeignete Werkstoff bzw. das bestgeeignete Fertigungsverfahren kommt zum Einsatz. Somit ist ein Exkurs in die Werkstoffe der frühen Automobile zugleich ein Blick zurück in die Werkstofftechnik der damaligen Zeit, siehe auch Tab. 10.1 und Tab. 10.2.

Dr. Ludwig Hamm, Berthold Krautkrämer, Reinhart Malik, Dipl.-Ing. Volker Peitz, Dr.-Ing. Robert Plank, Dr. Peter Solfrank

15. Industrial Connectivity und Industrial Analytics, Kernbausteine der Fabrik der Zukunft

Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick zum Themenfeld der Industrie 4.0 und intelligenter technischer Systeme in der Produktion. Er startet bei der Motivation, Industrie 4.0 zu realisieren und zu nutzen – den Herausforderungen, mit denen sich produzierende Unternehmen konfrontiert sehen. Auf dieser Grundlage werden die wesentlichen Aspekte der Industrie 4.0 und intelligenter technischer Systeme beschrieben. Der Beitrag schließt mit konkreten Ansatzpunkten für die Umsetzung sowie einigen Praxisbeispielen und deckt dabei die Spanne von der Infrastruktur für die Digitalisierung bis hin zur konsequenten Nutzung der erzeugten Daten zur Optimierung der Produktion.

Dr.-Ing. Jan Stefan Michels

4. Nutzfahrzeug-Fahrgestell

Während die Fahrzeughersteller Sattelzugmaschinen oft bereits fertig nutzbar mit Sattelkupplung anbieten, werden Lastkraftwagenfahrgestelle für den Solo- oder Anhängerbetrieb im Allgemeinen nicht nur von einem OEM komplett fertiggestellt. Der Hersteller bietet meist nur das Fahrgestell ohne Aufbau an. Dabei handelt es sich um ein industriell produziertes und fahrbereites Fahrzeug, welches anschließend in zum Teil handwerklich strukturierten Aufbaubetrieben durch einen zur vorgesehenen Nutzung passenden Aufbau veredelt wird. Bei den großen Omnibussen gibt es dagegen Komplettfahrzeuge ab Herstellerwerk. Nur Mini- und Midibusse werden in Europa noch auf tragenden Fahrgestellen aufgebaut.Primäre Kriterien zur Auswahl eines Fahrgestells wie auch der Sattelzugmaschine sind das Gesamtgewicht, die Achsformel, die Motorisierung, die Fahrerhausabmessung und die Fahrwerkbauart. Bei den für einen Aufbau vorgesehenen Fahrgestellen ist darüber hinaus der passende Radstand und die geeignete Rahmenhöhe interessant. Individuelle Ausstattungsoptionen betreffen unter Anderem Fahrerhaus, Nebenantriebe, Räder/Bereifung, Getriebe und Fahrwerk.Aufbauhersteller übernehmen oft eine große technische Verantwortung. So werden Rahmen inklusive Gelenkwellen gekürzt oder verlängert, Anbauteile wie Tanks oder Abgasanlagen verlegt und sogar zusätzliche Achsen eingebaut. Die Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs – maßgeblich durch den Aufbau bestimmt – entscheidet wesentlich über das Fahrverhalten, so dass beispielsweise auch Fahrstabilitäts-Regelsysteme individuell anzupassen sind.

Dipl.-Ing. Bernd Rhein

6. Tragwerke und Aufbauten von Schienenfahrzeugen

Es werden die Anforderungen und Vorgaben zur Auslegung von Schienenfahrzeugtragwerken aus den verschiedenen Regelwerken dargestellt, sowohl für statische als auch für dynamische Belastungen. Auch die Anforderungen an die crashgerechte Auslegung und deren konstruktive Umsetzung werden besprochen. Anhand der geschichtlichen Entwicklung von Personenfahrzeugen der Eisenbahn werden die verschiedenen Bauweisen (insbesondere Differential- und Integralbauweise in Stahl bzw. Aluminium) durch zahlreiche Beispiele erläutert. Weitere Abschnitte dieses Kapitels beschäftigen sich mit den Tragwerken und Aufbauten von U-Bahn- und Straßenbahnfahrzeugen, Lokomotiven und Güterwagen. Schließlich werden noch die Auslegungskriterien für Drehgestelle aus den anzuwendenden Regelwerken dargestellt. Das Beispiel einer Finite-Elemente-Berechnung für ein Straßenbahndrehgestell beschließt das Kapitel.

Joachim Ihme

3. Wickeltechnik

Ziel dieses Kapitels ist es, dem Leser Wissen über die zentralen Wickelprozesse und die dazugehörige Maschinentechnik zu vermitteln. Durch den gezielten Aufbau von Wicklungsschemata der Spulen ergeben sich entsprechende produktionstechnische Herausforderungen. Speziell für diese Herausforderungen sollen Hilfen zur Auslegung der Prozesse und der Maschinentechnik vorgestellt werden.

Jürgen Hagedorn, Florian Sell-Le Blanc, Jürgen Fleischer

3. Sensorische Funktionsprinzipien

Wie für viele andere Messaufgaben auch, stehen für die Winkelmessungen mehrere sensorische Funktionsprinzipien zur Verfügung. Bei der Winkelmessung ist die Vielfalt aber besonders groß, insbesondere, da einige der Funktionsprinzipien auch mit unterschiedlichen Varianten realisiert werden können. Es werden die optischen, magnetischen, induktiven, kapazitiven und resistiv-potentiometrischen Ausprägungen detailliert, die in Drehgebern zum Einsatz kommen. Dabei werden nicht nur die eigentlichen Prinzipien erläutert sondern auch Wert auf technisch-praktische Aspekte gelegt.

Stefan Basler

Chapter 7. Rechnernetze

Rechnernetze sind allgegenwärtig: Jedes Smartphone ist meistens mit dem Internet verbunden. Viele Haushalte verfügen über ein eigenes WLAN über das die Tablet-Computer, Fernseher und andere Unterhaltungselektronik untereinander und mit dem Internet kommunizieren. Jedes größere technische Gerät enthält ein oder mehrere Rechnernetze über welche die verbauten Steuergeräte kommunizieren. Ein modernes Auto enthält Bussysteme wie MOST, FlexRay oder verschiedene Varianten des CAN-Busses [Zim10], auch über Ethernet wird dort nachgedacht. In Gebäuden sind Bussysteme wie KNX oder DALI verbaut und erlauben intelligente Gebäudetechnik.

Hartmut Ernst, Jochen Schmidt, Gerd Beneken

3. Von der Idee zum fertigen Produkt

Am Anfang des Kapitels stehen eine vereinfachte Erläuterung des komplexen und vielschichtigen Prozesses der Produktentstehung und eine an die VDI-Richtlinie 2221 angelehnte Beschreibung dieses Prozesses. Dadurch wird eine praxistaugliche, nicht zu theoretische Darstellung erreicht, die dem Studierenden, aber auch dem Praktiker eine wirkliche Hilfestellung anbietet.Der Hauptprozess der Produktentstehung wird durch Begleitprozesse unterstützt. Wegen seiner Bedeutung wird an erster Stelle das Projektmanagement erläutert. Es wird aufgrund der in ihm enthaltenen allgemeingültigen Regeln und Methoden, die auch außerhalb der Konstruktionstätigkeit anwendbar sind, ausführlicher behandelt. Hinzu kommen Kosten-, Qualitäts- und Risikomanagement sowie eine kurze Beschreibung der Bedeutung von Normen und Schutzrechten. Abschließend wird das Änderungsmanagement und die Beschaffungs- und Fertigungsplanung erörtert.

Paul Naefe, Jörg Luderich

7. Wasserverteilung

Hauptbestandteile des Systems zur Wasserverteilung sind die Rohrleitungen. Sie werden entsprechend ihrem Zweck wie folgt unterschieden: — Zubringerleitungen verbinden Wassergewinnungsanlagen, Aufbereitungsanlagen, Wasserbehälter und/oder Versorgungsgebiete ohne direkte Verbindungen zum Verbraucher.— Fernleitungen sind Zubringerleitungen über große Entfernungen, die in der Regel Gemeindegrenzen überschreiten.— Hauptleitungen haben eine Hauptverteilungsfunktion innerhalb von großen Versorgungsgebieten (Großstädten) und in der Regel keine direkte Verbindung zum Verbraucher.— Versorgungsleitungen verteilen das Wasser im Versorgungsgebiet, von ihnen zweigen die Anschlussleitungen zu den Verbrauchern ab.— Anschlussleitungen beginnen an der Abzweigstelle von der Versorgungsleitung und enden mit der Hauptabsperreinrichtung des Verbrauchers (in der Regel im Anschlussraum des Gebäudes).

Dipl.-Ing. Joachim Rautenberg

8. Wasserverteilung

Die Begriffe wurden entsprechend DIN 4046 gewählt.

Chapter 1. Konstruktionsgrundlagen

Tragwerke des Stahl- und Verbundbaus müssen die auftretenden Beanspruchungen mit ausreichender Sicherheit aufnehmen. Neben der Tragsicherheit sind die Lagesicherheit und die Gebrauchstauglichkeit für das Tragwerk, seine Bauteile und Verbindungen sowie seine Lager nachzuweisen.

Manuel Krahwinkel, Rolf Kindmann

12. Umweltaspekte im Bereich der elektrischen Kontakte

V. BehrensZunehmende Erkenntnisse und wachsendes Bewusstsein über die Problematik umweltrelevanter, gesundheitsschädlicher Stoffe in industriellen Gütern und Konsumprodukten führen weiterhin zu Diskussionen und Einschränkungen bei der Verwendung bestimmter Substanzen. Für den Bereich der elektrischen Kontakte wird ein Überblick über die relevanten gesetzlichen Regelungen vor allem in der EU und freiwilligen Selbstkontrollen der Industrie gegeben. Es wird auf die Schadstoffe, Cadmium, Quecksilber, Blei, Chrom, Beryllium, Nickel, Schwefelhexafluorid sowie die Kunststoffe PBB und PBDE eingegangen und auf umweltfreundliche Alternativlösungen hingewiesen. Ausführlich wird die Problemstellung bei den Kontaktwerkstoffen Silber-Nickel und Silber-Cadmiumoxid beschrieben. Letzterer Kontaktwerkstoff hat sich über viele Jahrzehnte vor allem in Schaltgeräten der Niederspannungstechnik bewährt und wird derzeit weiter in einer Reihe von Ländern außerhalb der EU eingesetzt.

Dr. rer.nat. Volker Behrens

11. Kontaktträger- und Leiterwerkstoffe

Kontaktträgerwerkstoffe haben auf die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Kontaktsystemen in Schaltgeräten sowie elektromechanischen und elektronischen Bauelementen einen maßgeblichen Einfluss. Von den Kontaktträgerwerkstoffen werden je nach Anwendung neben einer hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit gute Festigkeitseigenschaften auch bei erhöhter Umgebungstemperatur verlangt. Beim Einsatz als Kontaktfedern muss der Werkstoff gute Federeigenschaften aufweisen. Daneben sind auch technologische Eigenschaften, wie Schweiß- und Lötbarkeit u.a. zu nennen. Große Bedeutung haben dabei Kupferlegierungen. Durch die fortschreitende Miniaturisierung der Bauelemente sind die Anforderungen an diese Werkstoffe weiter gestiegen. Um diesem Trend gerecht zu werden, wurden eine Reihe neuer Mehrstoff-Kupferlegierungen entwickelt, deren Eigenschaften beschrieben werden. Die reinen Leiterwerkstoffe übernehmen hauptsächlich die Stromleitung oder dienen z.B. als Plattierungspartner in Halbzeugen, die zur Herstellung von Bondverbindungen im Rahmen der Aufbau- und Verbindungstechnik eingesetzt werden.

Dr. techn. Eduard Vinaricky, Dr.- Ing. Isabell Buresch, Dr. rer. nat. Peter Schuler

19. Schaltgeräte, elektromechanische Bauelemente und Sicherungen

Die Aufgaben, Beanspruchungen und Bauweisen der in der Hoch- und Mittelspannungstechnik eingesetzten Schalter sind außerordentlich mannigfaltig. Es ist deshalb notwendig, sie nach mehreren Kriterien zu kennzeichnen, insbesondere hinsichtlich

Prof. Dr.-Ing. Manfred Lindmayer, Dr. Eduard Vinaricky, Prof. Dr.-Ing. Frank Berger, Dipl.-Ing. Guenter Baujan, Dipl.-Ing. Ralph Kriechel, Dr. Johann Wolf, Dipl.-Ing. (FH) Günter Schreiner, Dipl.-Ing. Gerhard Schröther, Dipl.-Ing. Uwe Maute, Dipl.-Ing. Hartmut Linnemann, Ralph Thar, Dr. rer. nat. Josef Weiser, Wolfgang Möller, Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Schröder, †Werner Rieder, Jan Kaminski, Heinz-Erich Popa, Karl-Heinz Schneider, †Albert Keil, Jakob Bolz, L. Vermij

18. Dauerhafte Verbindungen, Steckverbindungen und Gleitkontaktsysteme

Diese Thematik wurde von Faas und Swozil ausführlich dargestellt, so dass hier nur auf einige Verbinsdungstechniken eingegangen werden soll, die jedoch große praktische Bedeutung haben.

Joachim Ganz, Dr. Isabell Buresch, Dr. techn. Eduard Vinaricky, Dr. rer. nat. Jochen Horn, Albert †Keil, Franz Kaspar

20. Schaltgerätetechnik für den Einsatz in regenerativen Elektroenergieerzeugungsanlagen

Die Entwicklung des weltweiten Verbrauchs an Primärenergie (Kohle, Erdgas, Erdöl, Gas, Holz) hat sich in den letzten 40 Jahren mehr als verdoppelt. Der Grund für diesen Anstieg liegt u. a. in einer wachsenden Weltbevölkerung und einem steigenden Pro-Kopf-Verbrauch an Elektroenergie. Darüber hinaus müssen Probleme, wie die Verknappung der natürlichen Ressourcen (Erdöl, Erdgas und Kohle), der Klimawandel (Zunahme des CO2-Gehaltes, Treibhauseffekt, Temperaturanstieg), die Gefährdung und Entsorgung, welche durch Radioaktivität bzw. radioaktiven Abfall (Endlager) bestehen, für die Menschheit generell gelöst werden. Ein Lösungsansatz dafür liegt in der verstärkten Nutzung von regenerativen Energiequellen für die Erzeugung von Elektroenergie.

Prof. Dr.-Ing. Frank Berger

26. Ausfallursachen lichtbogenbeanspruchter Kontaktstücke

Kontaktstücke in der Energietechnik werden beim Ein- und Ausschalten von Lichtbögen beansprucht, die je nach Belastung und Umfeld zusammen mit der Stromerwärmung im geschlossenen Zustand zur thermischen Zerstörung des Schaltgerätes führen können. Derartige schwerwiegende Fehler können ihre Ursache schon in der Auswahl der Kontakt- und Trägerwerkstoffe sowie in der Wahl der Werkstoffe für das Gehäuse und anderer Teile des Schaltgerätes haben. Hinzu können fertigungsbedingte Fehler im Werkstoffgefüge sowie fehlerhaftes Schweißen, Löten oder mechanisches Befestigen beim Verbinden vom Kontaktwerkstoff mit dem Kontaktstückträger kommen. Neben diesen „inneren“ Einflüssen treten „äußere“ Einflüsse hinzu, wie korrosive Umgebungsmedien, Stäube, Flitter oder Kunststoffpartikel, die den Kontaktwiderstand stark ansteigen lassen. Sofortige Geräteausfälle werden durch Verschweißen der Kontaktstücke, langsame Ausfälle durch Überhitzung und zu geringe Lebensdauer deutlich.

Dr. rer. nat. Volker Behrens

26. Kristronics – Wissensmanagement als Kompass in stürmischer See

Die Kristronics GmbH bietet Entwicklungs-, Produktions- und Logistikdienstleistungen in den Segmenten Mobile Power Electronics, Industry Applications and Power Electronics, Medical and Life Science Solutions sowie Smart Sensing/Safety Technology an. Kristronics versteht sich als Anbieter von Engineering Electronic Manufacturing Services (E2MS). Als Premiumpartner unserer namhaften Kunden pflegen wir höchste Qualitätsstandards und legen besonderen Wert auf Innovation. Dank erweiterter Entwicklungskapazitäten bieten wir einen umfassenden „One-Stop-Service“ von der Produktidee bis zur Realisierung und helfen unseren Kunden, in ihren Märkten schneller erfolgreich zu sein.

Bernd Molter, Stefan Voigt

32. Würth Elektronik ICS – Wiki-Lösungen: Wer die Wahl hat, hat die Qual

Die Würth Elektronik Intelligent Connecting Systems GmbH & Co. KG, im weiteren Würth Elektronik ICS genannt, ist führender Anbieter von elektromechanischen und elektronischen Systemlösungen in Einpresstechnik. Würth Elektronik ICS bietet leiterplattenbasierte Systemlösungen für Stromverteiler, Anzeige- und Bedienfelder und elektronische Steuerungen (ICCS) an.

Sven Wartenberg, Stefan Voigt

VII. Digitale Revolution und Globalisierung: Der Industrieverband Klebstoffe e. V. seit 1992

Wer erwartet hatte, dass nach dem turbulenten Zusammenbruch des Sozialismus und dem Ende des Kalten Krieges ruhige Zeiten anbrechen würden, sah sich schon bald eines Besseren belehrt. Selten wohl in der Geschichte hat technischer Fortschritt so grundlegend Wirtschaft und Gesellschaft verändert, wie in den vergangenen 25 Jahren. Die bereits seit geraumer Zeit voranschreitende digitale Revolution nahm zu Beginn der 1990er Jahre mächtig Fahrt auf und eröffnete in atemberaubender Geschwindigkeit neue Horizonte.

Industrieverband Klebstoffe e. V.

3. Manuelle und mechanische Verfahrenstechniken zur Aufbereitung von Abfällen und zur Schadstoffentfrachtung

In diesem Kapitel werden die Grundlagen der eingesetzten Prozesse zur Schadstoffentfrachtung, Demontage und Aufbereitung behandelt. Die Verfahren der mechanischen Aufbereitung haben sich weitgehend aus den Verfahren für die Aufbereitung fester mineralischer Primärrohstoffe entwickelt und werden hier gemäß der klassischen Abfolge:- Zerkleinerung- Klassierung- Sortierung- Kompaktierung sowie- Feststoff-Fluid-Trennungbeschrieben. Auf eine Beschreibung der begleitenden Grundoperationen Homogenisierung, Probenahme, Qualitätskontrolle und Lagerung wird im Rahmen dieses Buches verzichtet. Eine weitere Vertiefung findet sich in der umfangreichen Spezialliteratur zur Aufbereitungstechnik und zur Mechanischen Verfahrenstechnik sowie zu Aufbereitungsprozessen im Recycling. Im vorliegenden Lehrbuch werden besonders die für den Recyclingbereich relevanten Anwendungen und Neuentwicklungen dargestellt.

Hans Martens, Daniel Goldmann

12. Recycling von Altfahrzeugen

Auf Grund der international ständig steigenden Anzahl an produzierten und betriebenen Kraftfahrzeugen und des deshalb steigenden Anfalls an stillgelegten Fahrzeugen ergibt sich in allen Ländern ein erheblicher Handlungsbedarf zur Nutzung der Materialressource Altfahrzeug und zur Neutralisation des enthaltenen Schadstoffpotentials. Weltweit wurden 2014 fast 68 Millionen PKW produziert, in Deutschland 5,6 Millionen. In Deutschland fahren z. Zt. etwa 40 Millionen PKW, davon wurden 2012 rund 3,2 Mio. abgemeldet. Die Nutzungsdauer der abgemeldeten PKW beträgt im Durchschnitt 12 Jahre. In einigen anderen Industriestaaten sind die Verhältnisse analog (EU, Japan). Von den in Deutschland 2012 stillgelegten 3,2 Mio. PKW gelangten nur 0,48 Mio. als Altfahrzeuge zu einer inländischen Verwertung. 1,35 Mio. PKW wurden als Gebrauchtfahrzeuge exportiert und der Verbleib der restlichen 1,38 Mio. PKW ist ungeklärt (Diebstahl, nicht öffentliche Nutzung, illegaler Export) [12.2, 12.5]. Der Export von Altautos bedeutet allerdings für die Industrieländer einen erheblichen Verlust an Sekundärrohstoffen, der oft auch ein globaler Verlust ist, da in der Dritten Welt häufig keinerlei Recycling stattfindet. Die Ausfuhr unbehandelter Fahrzeuge ist zwar rechtlich unzulässig, da aber die Abgrenzung zwischen älterem Gebrauchtfahrzeug und Altfahrzeug nicht sauber festzulegen ist, wurde bis jetzt kein Lösungsansatz für diese Problematik gefunden. Bei einem weltweiten Durchschnittsalter für die Verschrottung von PKW von etwa 15 Jahren spiegelt der derzeitige globale Anfall an Altfahrzeugen die Ausschleusequote für die Baujahre rund um die Jahrtausendwende wieder. Der weltweite Bestand lag zu der Zeit bei knapp 800 Mio. Fahrzeugen. Diese Zahl wird sich nach verschiedenen Quellen bis zum Jahr 2030 etwa verdoppelt haben. Damit verdoppeln sich auch die Altfahrzeugströme, wobei in gesättigten Märkten wie Deutschland kein Zuwachs mehr zu erwarten ist. Was das für einen Einfluss auf die Exportströme haben wird, lässt sich heute noch nicht abschätzen.

Hans Martens, Daniel Goldmann

16. Recyclinggerechte und umweltgerechte Gestaltung von Produkten

Die recyclingorientierte Gestaltung von Produkten wird von Politik, Gesellschaft und einigen handelnden Akteuren aus der Wirtschaft seit langem eingefordert. Hierzu sind vier grundsätzliche Anmerkungen voraus zu schicken.Die erste Anmerkung betrifft Zielkonflikte bei der Gestaltung von Produkten. Kein Produkt wird primär zum Zwecke des Recyclings geschaffen sondern im Hinblick auf seine Nutzung. Jeder Konstrukteur hat daher bereits zu Beginn bei der Auswahl von Material und Strukturen Fragen von Funktionalität, Sicherheit, Preis, anderen ökologischen Herausforderungen und vieles mehr zu beachten. Die Umsetzung einer recyclinggerechten Konstruktion stößt z. B. an Grenzen, wo sie mit anderen, zum Teil auch ökologischen Anforderungen in Zielkonflikt gerät. Ein klassisches Beispiel ist der Zielkonflikt Leichtbau im Fahrzeugsektor versus recyclinggerechter Konstruktion. In der Tat sind die Verringerung des Fahrzeuggewichts und damit die Reduktion des Kraftstoffverbrauchs über die Nutzungsphase von ökologisch größerer Bedeutung. Bei der Bewertung eines gesamtheitlich ökologisch optimierten Systems ist neben der Recyclingfreundlichkeit deshalb auch der Aufwand im Bereich Produktion und Nutzung einzubeziehen. Von dem her lassen sich nur Konzepte verlässlich vergleichen, die den gesamten Lebenszyklus umfassen. Hierfür wird das Verfahren des vergleichenden Life-Cycle-Assessments verwendet, welches u. a. auf Ökobilanzen beruht. Am Ende zählt aber nicht nur das gesamtökologisch freundlichste Produkt sondern das ökologisch günstigste, das sich auch am Markt durchsetzen kann. Letzteres hängt dann wesentlich von anderen Eigenschaften ab.

Hans Martens, Daniel Goldmann

Kapitel 13. Hochintegrierte Rotorlage-Sensoren für Elektro-Motoren

Durch gesetzliche Bestimmungen zur Limitierung der CO2-Emission für Kraftfahrzeuge in den kommenden Jahren wird die Hybridisierung der Antriebe durch den Einsatz von E-Motoren vorangetrieben. Die effiziente Regelung von deren Drehmoment und Drehgeschwindigkeit erfordern hochgenaue Rotorlagegeber, die sich in vielfältiger Technologie entwickelt haben. In diesem Artikel werden die Hauptformen der Rotorlagegeber in Technologie und Performance verglichen sowie eine neue hochintegrierte Lösung auf Basis der Magneto-Resistiven (MR)-Sensoren vorgestellt. Dabei werden neben den Eigenschaften der Messprinzipien, die Integration, die Robustheit, die Kosten und nicht zuletzt die Performance durch applikationsnahe Vergleichstests bis 15.000 U/ min gegenübergestellt.

Marco Wolf, Michael Ludwig

Kapitel 16. Induktiver Drehzahlsensor für Turbolader

Es wird ein kompakter, induktiv messender Sensor zur Erfassung der Turboladerdrehzahl vorgestellt. Der Sensor wird direkt am Verdichtergehäuse angebracht und kann durch das geschlossene Gehäuse hindurchmessen. Dadurch werden Leckagen oder Luftverwirbelungen vermieden. Die Signalverarbeitung erfolgt direkt im Sensor in einem ASIC. Mit Hilfe des Sensors ist es möglich, den Betriebsbereich des Turboladers voll aus zuschöpfen und damit u.a. Downsizing bzw. alternative Brennverfahren wie Miller-/ Atkinson-Verfahren zur CO2-Reduktion effektiv zu unterstützen.

Sebastian Paul Wenzel, André Yashan, Thomas Graf, Martin Brandt, Peter Traub, Andreas Hoelscher

15. Erfolgreiche Unternehmensführung in sich verändernder Zeit

Ein Beitrag der Adolf Würth GmbH & Co. KG

Zu Beginn meiner Ausführungen möchte ich eine Einschränkung treffen: Natürlich kann ich als Unternehmer keine allgemein gültigen Vorschläge machen, wie man in der heutigen Zeit globalisierter Märkte sein Unternehmen erfolgreich führen kann.

Prof. Dr. h. c. mult. Reinhold von Würth

Kapitel 8. Verbindungselemente und -verfahren

VerbindungselementeVerbindungselemente und die zugehörigen Verfahren zur Herstellung einer Verbindung dienen zur Herstellung von Konstruktionselementen und technischen Systemen durch zusammenfügen aus einzelnen Elementen bzw. Bauteilen. Die Verbindungselemente lassen sich gemäß Abb. 8.1 hinsichtlich des Wirkprinzips in Form-, Kraft- und Stoffschlussverbindungen sowie Verbindungen, bei denen Kraft- und Formschluss kombiniert in Anwendung sind, systematisch ordnen. Zur letzten Gruppe zählen z. B. die Niet- und die Schraubenverbindungen. Bei der Auswahl und insbesondere bei der Auslegung der Verbindungselemente ist zu beachten, dass es hierzu in vielen Branchen besondere Vorschriften gibt, die zu berücksichtigen sind, beispielsweise die AD-Blätter für den Druckkesselbau.

Jörg Feldhusen
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