Knut Großmann

New solutions for the manufacturing of spacer preforms for thermoplastic textile-reinforced lightweight structures

The novel woven spacer fabrics consist of upper and lower layers which are connected through internal crosslinks. The aim is to weave spacer fabrics with woven crosslinks in a single production step as near net shape sandwich preforms. By this way reproducible and automated manufacturing of sandwich preforms for composites are realized. The paper deals at first with the conception of a new weaving and take-up technology of complete spacer fabrics without subsequent textile assembly processes. Afterwards, the special technology is described, and finally the paper deals with a simulation model for the prediction of dynamic warp thread forces in order to minimize fiber damage during weaving process.

Reproduzierbare Fertigung in innovativen Prozessketten: Besonderheiten innovativer Prozessketten und methodische Ansätze für ihre Beschreibung, Analyse und Führung (Teil 1)

Kurzfassung Innovative Prozessketten sind vor allem dadurch gekennzeichnet, dass auf Grund der Neuartigkeit von Verfahren, Werkstoffen und Fertigungsmittel nicht ausreichend Erfahrungen vorliegen, um die Reproduzierbarkeit der Fertigung absichern zu können. Um dennoch kurze Inbetriebnahmezeiten bei innovativen Prozessen zu ermöglichen, werden neuartige Analysemethoden benötigt, mit denen hinreichend Prozesskenntnisse erlangt werden können. Der Beitrag charakterisiert in diesem ersten Teil der Publikationsreihe die Besonderheiten innovativer Prozessketten, definiert die Bedingungen für eine reproduzierbare Fertigung, leitet Anforderungen für die benötigten, neuen Analysemethoden ab und erläutert die zugrunde liegenden entwickelten Ansätze.

Challenges in the Development of a Generalized Approach for the Structure Model Based Correction

This paper gives a description of the challenges in the development of a generalized approach for the structure model based correction of thermoelastic errors of machine tools. The correction approach can be divided in modules. The challenges are described on the requirements of the modules.

Berechnung von Temperaturfeldern an Werkzeugmaschinen

Kurzfassung Das zeitlich veränderliche Temperaturfeld an Werkzeugmaschinen bedingt zeitabhängige Verformungen der Maschine und damit Verlagerungen an der Wirkstelle, welche die erreichbaren Werkstückgenauigkeiten begrenzen. Die Kenntnis dieses Temperaturfelds ist sowohl für die zielgerichtete Gestaltung und Variantenbewertung im Rahmen der Maschinenentwicklung als auch für die steuerungsintegrierten Ansätze zur Korrektur der thermisch bedingten Bewegungsfehler erforderlich. Insbesondere die Echtzeitkorrekturen setzen jedoch schnelle Berechnungsmethoden für das Temperaturfeld der Werkzeugmaschinen-Struktur und damit entsprechend kompakte Modelle voraus. In diesem Beitrag werden am Beispiel des Ständers einer Fräsmaschine ausgehend von der CAD-Geometrie, drei Wege zur Erzeugung kompakter Berechnungsmodelle für das Temperaturfeld vorgestellt und mit einer transienten thermischen FE-Rechnung einer geometrisch detailliert abgebildeten Ständerstruktur hinsichtlich Aufbereitungsaufwand, Modelldimension, Rechenzeit und Ergebnisqualität verglichen.

Analysis of servo-mechanic drive concepts for forming presses

Recent developments in press technology resulted in the invention of the servo-screw press. The still limited knowledge for presses using this new actuation system gives reason to analyze this machine concept. The article discusses the application of virtual analyzing methods applied to characterize these newer developments in metal forming press technology. The dynamic behavior of servo-screw presses is analyzed by means of single component models as well as models of the whole machine structure. Based on these simulations, application fields for this new generation of presses, are estimated. Furthermore, the suitability of static dimensioning methods for machines applied to high dynamic processes is investigated.

Eccentric universal joints for parallel kinematic machine tools: variants and kinematic transformations

In the 1990’s enhanced capabilities of parallel kinematic machine tools (PKM) regarding stiffness, motion accuracy and dynamics have been announced generously. Extensive research and development has been done in this area to date. Regarding this, the application range of PKMs is still small. Looking for reasons often yields inadequate motion accuracy as well as insufficient workspace. In either case the passive joints of the kinematic chains pose essential weak points. This article is about eccentric universal joints as an alternative approach that can avoid drawbacks of conventional universal joints and finally enhance the application range of PKMs. However, one of the consequences is a more complex and no longer unique kinematic transformation. This is significant in a control context, where iterative calculations should be avoided when possible due to real-time demands and the uniqueness of the solution has to be guaranteed in any case. Though the general inverse kinematic problem of industrial robots is identical, no generic closed-form (non-iterative) solution is known so far. But often closed-form as well as unique solutions are possible yet by considering particular features of the kinematic chain. In this paper after an introduction types of joint eccentricity are discussed and corresponding inverse kinematic transformations are derived with control purposes in mind.

Kinematic calibration of a hexapod of simple design

To benefit from the advantages of parallel kinematic machines (PKM) in industrial applications an efficient kinematic calibration is of particular importance. In this paper a new approach for kinematic calibration of PKM is presented that has been developed and successfully tested on a hexapod at the IWM Dresden. The approach particularly respects the concept of simple design that aims at a cost-effective and economic over-all solution. Aspects of calibration that are in many cases not explicitly accounted for are considered. A simple and robust double-ball-bar (DBB) is used for data acquisition while continuously moving the platform on a specific trajectory in 6 degrees of freedom (dof). The measuring trajectory is optimized to ensure the identifiability of kinematic parameters, respecting their sensitivity and orthogonality in the workspace. Parameter identification is based on Genetic algorithms with customized genetic operators as well as real and simulated measurements. A significant rise of motion accuracy was obtained in the whole workspace.

Simulation des Blechumformprozesses

Kurzfassung Die FEM-Simulation des Umformprozesses ist ein in der industriellen Praxis eingeführtes Instrument zur Machbarkeitsanalyse und zur Methodenplanung des Herstellprozesses und bildet die Grundlage für die Werkzeugkonstruktion. Obwohl die Maschine den Umformprozess nachweislich sehr stark beeinflusst, bleiben ihre Einflüsse in der Umformprozesssimulation bisher unberücksichtigt. Resultat dieser möglicherweise zu starken Modellvereinfachung sind hohe Aufwendungen für die Einarbeitung der Werkzeuge sowohl beim Serienanlauf auf speziellen Einarbeitungspressen als auch beim Umsetzen der Werkzeuge auf Produktionspressen. Dieser Artikel demonstriert Möglichkeiten, Maschineneinflüsse auf den Umformprozess mit bereits verfügbaren Mitteln zu simulieren.

Dämpfungseffekte in Werkzeugmaschinen

Kurzfassung Dämpfungseffekte tragen einen entscheidenden Anteil zum dynamischen Verhalten von Werkzeugmaschinen bei. Nach derzeitigem Stand der Wissenschaft und Technik ist die simulationsunterstützte Abbildung und Prognose der Dämpfung für das Gesamtsystem Werkzeugmaschine jedoch nur punktuell möglich. Die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Forschergruppe „Dämpfungseffekte in Werkzeugmaschinen“ soll diese Defizite abbauen. Dazu werden die Dämpfungseinflüsse der einzelnen Maschinenkomponenten systematisch ermittelt und Simulationsmodelle für die Komponenten entwickelt. Anschließend können diese Komponentenmodelle in ein Gesamtmaschinenmodell integriert werden, um so die Dämpfung genauer und gesicherter als bisher abbilden zu können.

Innovative Simulation Technology for Real-Time Calculation of the Thermo-Elastic Behaviour of Machine Tools in Motion

Heat resulting from motors, moved contacts as well as cutting processes, causes time-dependent deformation of machine structures that reduces the precision of machine tools. For design optimization and especially for correction of thermal induced displacements, it is necessary to have compact models, which allow fast simulation of the thermo-elastic behaviour of the entire moving machine tool during the process. This paper presents an innovative simulation technology that permits, starting from CAD geometry through FE modelling, to come to a time-saving thermo-elastic calculation model of entire moved machine tools. Thereby, calculated temperature and deformation fields are of high geometrical resolution. Results and potentials of the new approach are demonstrated on example of a Hexapod machine tool.