Bücher der Reihe Forschungsberichte Des Landes Nordrhein-Westfalen

Die vorliegende Arbeit entstand am Institut fUr Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen der Rheinisch­ Westf~lischen Technischen Hochschule Aachen. Die Anre­ gung zu diesen Untersuchungen gab der frUhere Leiter des Instituts, Herr Protessor Dr.-Ing. W. Dettmering. der auch spAter den weiteren Fort gang der Arbeiten mit Interesse vertolgt hat. Gegenstand dieser Untersuchungen ist die Entwicklung und Erprobung eines Berechnungsverfahrens zur LOsung der 1. Hauptautgabe (Entwurtsaufgabe) der Gittertheorie. Das Rechenvertahren beruht auf der iterativen LOsung einer Integralgleichung fUr die auf der Profilkontur verteilten SingularitAten. Die Untersuchungen wurden mit tinanzieller UnterstUtzung des Landesamtes fUr Forschung des Landes Nordrhein West­ talen durchlefUhrt, dem an dieser Stelle freundlich ge­ dankt Bel. - 11 - Obersicht FUr die LBsung der 2. Hauptaufgabe der Gittertheorie (Gittergeometrie gegeben, Stromungsgeschwindigkeiten gesucht), finden sich in der neueren Literatur 1ei­ stungsfahige und ausgereifte Rechenverfahren. Befrie­ digende Berechnungsverfahren ohne einschrankende Vor­ aussetzungen fUr die 1. Hauptaufgabe (Stromungsparame­ ter, Geschwindigkeitsvertei1ung gegeben, Profi1geome­ trie gesucht), stehen bisher noch kaum zur VerfUgung. Die bekannt gewordenen Verfahren, die auf der Anwen­ dung der Singu1aritatentheorie beruhen, benotigen zur Darste11ung des Gitters Wirbe1- und Que11-Senkenvertei- 1ungen.

die den Sollwert der Druck­ differenz vorgibt, verglichen.

Pneumatikzylinder sind wichtige Hilfsmittel zur Automatisie­ rung von Fertigungsanlagen. Man findet sie in fast allen Be­ reichen der Industrie zum Spannen, Halten, Zuftihren und Aus­ werfen, sowie ftir untergeordnete Stellaufgaben oder ahnliche Zwecke. Der Einsatz von Pneumatikzylindern wird haufig erschwert, da tiber ihre dynamischen Eigenschaften noch sehr wenig bekannt ist. Bei der Auslegung von pneumatischen Stellantrieben greift man deshalb meist auf Erfahrungswerte zurtick, oder man er­ stellt eine Anlage im Modell und klart anhand des Modells, ob das geforderte Verhalten ftir eine bestirnrnte Aufgabe mit Hilfe eines Pneumatikzylinders erreicht werden kann. Dieses Verfah­ ren ist einerseits sehr aufwendig und gibt andererseits auch keine Gewahr ftir eine optimale Auslegung des Antriebs. Deshalb werden oft andere Stellantriebe, deren Verhalten bes­ ser bekannt ist, gewahlt. Da Pneurnatikzylinder aber sehr ein­ fache, robuste und preiswerte Bauelemente sind, ist es zweck­ maBig, ihre Eigenschaften genau zu untersuchen, weil auf die­ se Weise ihre Einsatzmaglichkeiten und -grenzen besser abge­ schatzt werden kannen. Bisher sind noch relativ wenig Untersuchungen / 1-5 7 tiber die grundsatzlichen Zusarnrnenhange, die das Bewegungsverhalten von Pneumatikzylindern betreffen, veraffentlicht worden. Aus die­ sem Grunde sollte - ausgehend von den physikalischen Zusam­ menhangen - ein Gleichungssystem entwickelt werden, das die Nachbildung des Bewegungsverhaltens auf einem Analog- oder Digitalrechner gestattet. Parallel dazu wurde eine Uberprtifung des Rechenrnodells anhand von Versuchen durchgeftihrt.

Die Erwarmung von Kunststoffen durch Ultraschallenergie im 20 kHz-Bereich hat in jUngster Zeit auf zweierlei Weise Anwen­ dung gefunden, bei der Verarbeitung von Kunststoffen und bei der Ausmessung von Schallfel-ern durch Integralsonden [1]. In beiden Fallen wird die Umwandlung von Schallenergie in Warme ausgenutzt, die durch den Erhaltungssatz ~ (1) div J + Q = 0 ~ J Energiestromdichtevektor Q Warmeleistung/Volumeneinheit beschrieben wird. Die vorliegende Arbeit untersucht die Dissi­ pation von Ultraschallwellen in kugelformigen Absorbern, deren Abmessungen klein zur Wellenlange sind. Absorber dieser Art werden in den Integralsonden zur Messung der Energiedichte in FlUssigkeiten eingesetzt. Die durchgefUhrten Messungen sollen darUber Aufschlu~ geben, wieweit die absorbierte Energie von den Eigenschaften, der Vor­ geschichte und den Einsatzbedingungen der Absorber abhangt. Durch diese Untersuchungen werden die benotigten experimentellen Grundlagen fUr die Ultraschall-Me~technik gewonnen. - 3 - 2. Untersuchungen an Einzelabsorbern 2.1 Me~prinzip Der geplante Einsatz der Absorberkugeln - die Ausmessung von Schallfeldern in Flussigkeiten - legt es nahe, ihre Dissipation mit einem abgewandelten Nachhallverfahren zu bestimmen.

In der spanenden Fertigung haben sich bei groP.,en Serien WerkstiickmeBsteuerungen als Mittel zur Automation bewiihrt. Sie ermoglichen die Erfassung und Ausregelung des bei del.' Bearbeitung unvermeidbar auftretenden Summenfehlers durch direkte Erfassung dos tatsachlichen WerkstiickmaBes. Hierdurch kann iiber lange Zeit eine gleichJ!\aP.,ig hohe Fertigungsgenauig­ keit eingehalten werden. Zusatzlich ergibt sich eine starke Verkiirzung del' Ncbenzeiten, die der durch eine numerische Steuerung des Arbeilsprozesses erziclbaren Verkiirzung ver­ gleichbar ist. Fiir die Kleinserion- und Einzelfertigung konnen hlcBsteuerungen iihnliche Vorteile bringen, da in diesem Fertigungsbereich die MeP.,zeiten einen bedeutenden Teil der Nebenzeiten ausmachen. Ihr Einsat7. scheiterte jedoch bisher an zwei Problemen, die sich aus del· kleinen LosgroP.,e ei·geben. Da das Werkstiick im Grenz­ fall der Einzelfertigung nul' einmal auf einer Maschine bear­ beitet wird, rouP., zum einen die Messung am Werkstiick wahrend der Bearbeitung erfolgen. Zum anderen ergibt sich aus dem groP.,en Werkstuckspektrum die Forderung nach einem MeBverlahren, das dem jeweiligen SollmaP., flexibel angepaBt werden kann,also nach absolu tel' IIlessllng in einem groP.,en Bereich. Dabei muP., jedoch eine MeP.,genauigkeit erzielt werden, die der mit relativ arboitenden Verfahren bei der GroBserienfertigung erreichbaren Genauigkeit entspricht. Wiihrend fUl' MeP.,steucrungen, die das IstmaB durch cine einmalige Messung ~~ch der Bcarbeitung erfassen, auch beriihrende Antast­ verfahren eingesetzt werden konnen, liiP.,t sich eine konstante Genauigkeit bei einer Messung wah rend der Bearbeitung nul' mit beriihrungslosen Gebern erzielen, da diese sich standig im Eingriff befinden mussen.

1m Schrifttum wird zwischen physikalischer und technischer Harte IItter­ schieden. Der physikal ische Hartebegriff geht auf H. Hertz 1) 2) IXld F. Auerbach 3) zUrUck, wonach Harte diejenige Belastung ist, bei der eine eben sichtbare Deformation an dem zu prUfenden Kerper erkennbar wird. Hingegen bedient man sich in der Technik der Definition der Harte nal~h A. Martens 4) , derzufolge man unter Harte den Widerstand versteht, de'l ein Kerper dem Eindringen eines anderen Kerpers unter meBbarer plastischer Verformung entgegensetzt. Diese Definition ist genau gerlOmmen unzulanglich, wenn man beri. icksich­ tigt, daB der Eindringwiderstand eines Werkstoffes von verschiedenen anderen Werkstoffeigenschaften wie Elastizitat, Plastizitat und Visko- tat mitbeeinfluBt wird. Die technische Harte ist somit keine physikalisch eindeutig definierte Werkstoffeigenschaft 5)6)7) ¿ Dennoch weist die bei ferritischem Stahl empirisch gefundene Proportionalitat zwischen der Harte nach dem Brinellschen Verfahren und der Zugfestigkeit auf eine Vergleich­ barkeit der FI iel3vorgange bei beiden PrQfverfahren hin, also auf die Meg­ lichkeit eines zahienmaBigen Bildes des Formanderungswiderstandes eines Werkstoffes 8) ¿ Demzufolge sind al Ie Verfahren zur Bestimmung der Festig­ keit gleichzeitig auch geeignet, Vergleichswerte fur die mittlere Harte zu liefern, da sie nicht nur die Oberflachenharte erfassen, sondern auch die Harte im Inneren des Werkstoffs. Von diesem Standpunkt aus kann etas Spannung-Dehnung-Schaubild, das man bei einem Zugversuch erhalt, auch als Vergleichskurve fur die Harte herangezogen werden.

Li teraturverzeichnis ..................¿................... 34 Abbildungen .............................................. . 35 4 1. Ei"nlei tung Das Gebrauchsverhalten eines WerkstUckes wird maBgeblich von der Form- und MaBgenauigkeit der bearbeiteten Flachen sowie von deren Oberflachenbeschaffenheit bestimmt. Die zunehmenden Anfor­ derungen an die Gebrauchseigenschaften der Maschinenelemente und damit an die Qualitat der bearbeiteten WerkstUcke konnen nur durch geeignete Feinbearbeitungsverfahren erfUllt werden. Das Kurzhubhonverfahren zeichnet sich dadurch aus, daB die Ober­ flachengUte vorbearbeiteter WerkstUcke in relativ kurzer Zeit wesentlich verbessert werden kann, wobei sich gleichzeitig die Formfehler verringern lassen. Eingehende Untersuchungen des Honverfahrens von Ledergerber (1) und Derenthal (2) haben gezeigt, daB bei richtiger Anwendung des Verfahrens weitere wesentliche Vorteile genutzt werden konnen, wodurch dem Kurzhubhonverfahren neue Anwendungsgebiete erschlos­ sen werden. So kann die durch die Vorbearbeitung der WerkstUcke beeinfluBte Oberflachenschicht sowie die dabei entstandene Oberflachenrau­ heit durch das Kurzhobhonen fast vollstandig abgetragen werden, so daB die Belastbarkeit der Oberflache wesentlich erhoht wird. AuBerdem ist durch eine optimale Abstimmung der das Arbeitser­ gebnis beeinflussenden Parameter eine Verbesserung des Rundheits­ fehlers um bis zu ca. 90 % und in bestimmten Grenzen auch eine MaBkorrektur zur Einhaltung sehr kleiner Toleranzen mBglich (2).

verfahrensbedingten Vorschub- und HUIIschniottmarkierungen dargestell t.

Begründung der mehrseitigen Aufgabe der Freilufterziehung Dem Schulkind eine gesunde Lebensführung zu ermöglichen, gehört heute zu den schwierigsten Problemen nicht nur der Großstadt. Auch das Kind, das in kleinen Städten und auf dem Lande aufwächst, muß weitgehend die wichtigsten Faktoren seines Gedeihens, Licht, Luft und körperliche Bewegung, entbehren. Die Städte­ planer bemühen sich, dem Kinde angemessenes Spielfeld zu schaffen. In der V olks­ schule gewinnen die Bestrebungen, die sich für die »Freilufterziehung« des Kindes einsetzen, immer mehr Raum. Hierbei handelt es sich darum, dem Kind in der Schule selbst einmal einen Ausgleich gegen die möglichen Schäden langen Sitzens, verbrauchter Luft und Hemmung des kindlichen Bewegungstriebes zu schaffen, zum andern durch den Aufenthalt im Freien, die Gewöhnung an frische Luft und die Erziehung zu gesunder Lebensführung der jungen Generation Hilfen zu geben. Seit 1918 hat die »Deutsche Gesellschaft für Freilufterziehung und Schulgesund­ heitspflege« bzw. ihr Vorgänger die Bemühungen auf diesem Gebiete, die mit der Gründung der Waldschule Charlottenburg ihren Anfang nahmen, im In-und Aus­ lande verfolgt, eigene Erhebungen und praktische Schulversuche zur Klärung dieses Fragenkomplexes durchgeführt und die einschlägige Literatur zusammen­ getragen. Um einen Überblick über das bisher Erreichte zu gewinnen, Schwierigkeiten menschlicher und sachlicher Art, die der Verwirklichung einer umfassenden Frei­ lufterziehung entgegenstehen, aufzudecken und Vorschläge zu ihrer wirksamen Durchführung zu erarbeiten, wurde der Deutschen Gesellschaft ein entspre­ chender Forschungsauftrag erteilt. Zur Lösung dieser Aufgabe stellte die Deutsche Gesellschaft zunächst einen Frage­ bogen auf, der allewesentlichen Probleme der Freilufterziehung berücksichtigt.

kennen.

durch letztere Fehler zusatz­ liche Anteile durch eine Verlagerung und Drehung in allen Frei­ heitsgraden hervorgerufen werden konnen.

Fertiqproduktes wichtig.

Unter den im Maschinenbau ublichen Verfahren zur Verbesserung tech­ nologischer Eigenschaften hochbeanspruchter Masohinenelemente wird das Nitrieren von Eisenwerkstoffen mit wachsenden Betriebsanforderun­ gen mehr und mehr angewendet. Gegenuber normaler Oberflachenhartung durch Martensitbildung weist dieses Verfahren als thermochemische Oberflachenbehandlung Besonderheiten auf, die ihm in vielen Fallen selbst gegenuber der Einsatzhartung den Vorrang geben. Wahrend sich ubereinstimmend mit der Spalthartung die Oberflachen­ harte sowie die Biege- und Walzdauerfestigkeit erhohen, sind im Be­ sonderen die MaBanderungen so gering, daB eine Nachbearbeitung ent­ fallen und die Fertigbearbeitung vor dem Nitrieren erfolgen kann. Durch die sich ergebenden Aufwands- und Zeiteinsparungen werden ge­ genuber der Einsatzhartung wirtschaftlich gUnstigere Produktionsbe­ dingungen geschaffen. Technologische Vorteile sind die hohere VerschleiBfestigkeit, verbun­ den mit gUnstigeren Gleit- und Notlaufeigenschaften, ferner die je 0 nach Werkstofflegierung hohere AnlaBbestandigkeit bis zu 500 C und die verbesserte Korrosionsbestandigkeit normallegierter Werkstoffe. EinschlieBlich einer im Bereich der Eisenwerkstoffe weitgehenden Unab­ hangigkeit, die selbst eine erfolgreiche Nitrierbehandlung ferriti­ scher bzw. austenitischer Eisenwerkstoffe gestattet [ 1] , bieten sich hervorragende Verglitungseigenschaften an, die z.Z. durch die drei Verfahren Gas-. Bad- und Ionitrieren erreichbar sind.

mittels Badsauerstoff in einen Zustand geringerer freier Energie uberfuhrt und in der Schlacke abgebunden [1].

Hochtemperaturwerkstoffen beschaftigen sich z. B. Untersuchungen von F. EICHHORN [3] sowie F. BOLLENRATH und R. SONNTAG [4].

Warmfeste Stähle werden als Werkzeugstähle, sogenannte Warmarbeitsstähle, für die Warmformgebung und als Baustähle für den Kesselbau und andere Verwen­ dungsgebiete mit thermischen Beanspruchungen benötigt. Zur Erzielung der er­ forderlichen Warmfestigkeitseigenschaften und Anlaßbeständigkeit werden den Stählen hauptsächlich Chrom, Molybdän, Wolfram und Vanadin zulegiert. Von wesentlichem Einfluß ist auch der Kohlenstoff. Die Höhe der Gehalte an diesen Elementen und ihr Mengenverhältnis werden auf die zu erwartenden Beanspru­ chungen abgestimmt. Die im allgemeinen übereutektoidischen Warmarbeitsstähle sind legierungs- und kohlenstoff reicher als die untereutektoidischen, warmfesten Baustähle. Die Gebrauchseigenschaften in der Wärme hängen bevorzugt von der Art und Verteilung der auftretenden Sonderkarbide und außerdem von der Zu­ sammensetzung der Grundmasse ab. Das Umwandlungsverhalten dieser Stähle wird für verschiedene, technisch be­ sonders wichtige Sorten im »Atlas zur Wärmebehandlung der Stähle« [1] be­ schrieben. Die Wirkung der Legierungszusätze kommt in den Zeit-Temperatur­ Umwandlung-Schaubildern vor allem darin zum Ausdruck, daß zwischen der Perlit- und Zwischenstufe ein Bereich erhöhter Austenitbeständigkeit oder ein umwandlungsfreies Gebiet auftritt.

beliebiger Funktionswerte der Stammfunktion aus [a, b] ohne Tafelinter­ polation gestattet und stellt darüber hinaus eine FouRIER-TscHEBYSCHEFF-Approxima­ tion der Stammfunktion über einer finiten Integrationsbasis dar.