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Der hier vorliegende Beitrag beschreibt die mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) gewonnenen Untersuchungsergebnisse zur Bestimmung von Stützziffern und Kerbwirkungszahlen bei Getriebewellen. Es handelt sich dabei zum einen um die Kerbüberlagerung einer umlaufenden Halbkreisnut in Kombination mit überlagerter Querbohrung. Da zur Bestimmung der Stützwirkungszahlen die Berechnung der bezogenen Spannungsgradienten in Tiefenrichtung benötigt wird, wurden die Parameter der Kerbgeometrie (der Umlaufnutradius sowie der Querbohrungsdurchmesser) variiert. Als Ergebnis dieser Arbeit wurde festgehalten, dass sich die Formzahl infolge der Durchdringungskerbe im Vergleich zur Formzahl einer Einzelkerbe (z. B. Umlaufnut oder Querbohrung) erhöht und dementsprechend erhöht sich die Kerbwirkungszahl deutlich im Vergleich zu einer Einzelkerbe. Die numerisch erfassten Kerbwirkungszahlen
an den erforschten Durchdringungskerben wurden mit analytischen Ansätzen aus der Fachliteratur verglichen. Entsprechende Diagramme und Zahlenwerte werden zur Abschätzung der Kerbwirkungs- und Stützzahlen je nach Belastungsart Torsion, Biegung und Zug/Druck angegeben.
Viele hochbeanspruchte Bauteile müssen zur Erfüllung ihres konstruktiven Zwecks mit Durchdringungskerben versehen werden. Infolge der gegenseitigen Wechselwirkung gelten für die Kerbwirkung dieser Art von Mehrfachkerben andere Gesetzmäßigkeiten als bei Einzelkerben. Die Weiterentwicklung der Lehre von der Tragfähigkeitsberechnung höchstbeanspruchter Maschinenelemente macht es notwendig, sich mit der Durchdringungskerbwirkung eingehend zu befassen. Thum und Svenson [1] entwickelten im Jahr 1949 ein Näherungsverfahren zur Abschätzung der Formzahl an einem zugbelasteten Stab mit Durchdringungskerben. In vielen Lehrbüchern findet dieses Verfahren Anwendung. Aus heutiger Sicht erscheint die Eignung der aus diesem Ansatz erzielten Ergebnisse als dringend überprüfungswürdig. Das thum’sche Verfahren wird unter die Lupe genommen. Der hier vorliegende Beitrag präsentiert mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode (FEM) neue Untersuchungsergebnisse an zugbeanspruchten Stäben mit Halbkreisnut und überlagerter Querbohrung. Diese ergaben, dass die Berechnung nach [1] Lücken aufweist. Ihr Ansatz stellt für den heutigen Entwicklungsstand eine mit zu großen Abweichungen behaftete Näherungshypothese dar.
Die hochfrequente, feldnumerische Analyse mit der Finite-Differenzen Methode erfordert die Diskretisierung der zu untersuchenden Struktur in einem nichtäquidistanten Gitter. Vorschriften zur Diskretisierung kreiszylindrischer Strukturen wie sie z.B. bei Durchkontaktierungen auftreten, werden untersucht und eine optimierte Lösung vorgestellt.
Es wird der Einsatz von Doppelschichtkondensatoren mit Kapazitäten bis zu 1500 F für den Einsatz in der Kraftfahrzeugtechnik und der Umwelttechnik diskutiert. Dabei werden sowohl die Verwendung zur Entlastung der Batterie bei Stromspitzen wie auch die Einsatzmöglichkeiten in alltagstauglichen Hybridfahrzeugen beleuchtet. Voraussetzung ist die Kombination mit einer ausgereiften Leistungselektronik. Doppelschichtkondensatoren verfügen über eine Leistungsdichte von derzeit etwa 2 Wh/kg, wobei weitere Steigerungen zu erwarten sind. Damit sind sie als Ergänzung oder sogar als Ersatz für Akkumulatoren einsetzbar. Da die Spannung vom Ladezustand abhängig ist, muß eine genaue Überwachung und Regelung stattfinden, andererseits wird dadurch die Ladezustandsdiagnose erheblich vereinfacht. Durch Kondensatorpufferung mittels Stellglied kann die Batterie bei starken Lastwechseln entlastet werden. In Elektrofahrzeugen läßt sich so die hohe Beschleunigungsleistung erbringen, die Batterie kann dann schwächer ausgelegt werden. Auch kann sich die Bremsenergie durch Kondensatoren besser zurückgewonnen werden. Die Möglichkeit der Entladung bis auf 0 V eröffnet ein wesentlich größeres Spannungsfenster. Der Einsatz in Hybridfahrzeugen mit kombiniertem Elektroantrieb/Verbrennungsmotor wird noch untersucht. Zur Untersuchung der elektronischen Systeme wurde ein Simulationsprogramm entwickelt, mit dem u. a. die Abhängigkeit von Energiedichte und spezifischer Konstantleistung als Ragone-Diagramm dargestellt werden kann.
Zur Erkennung bestimmter Fehler, wie zum Beispiel Ätzfehler, Oberflächen-Fremdkörper, Verschmutzungen, bei der Leiterplattenherstellung ist eine Echtfarben-Bildverarbeitung notwendig, über die hier ein Überblick gegeben wird. Zur Farbsegmentierungs sind verschiedene Methoden geeignet, die einmal im Rot-Grün-Blau-Raum oder im HSI-Raum (Hue, Saturation, Intensity - Färbung, Sättigung, Intensität) untersucht und verglichen werden. Clusterfindungsverfahren und Lookup-Tabelle bereiten Schwierigkeiten bei der Erfassung der Farbkanten, zum Beispiel der Kante zwischen dem Kupfer und dem Beschichtungsmaterial. Hier hilft ein geeigneter Algorithmus, der mit Vorsegmentierung arbeitet. Eine Verfeinerung ist mit Hilfe von Kantenfiltern möglich, zum Beispiel das Color-Sobel-Magnitude-Filter.
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(2016)