Zur Website der OTH Regensburg

Aktuelles

Förderung im Bereich digitale Zwillinge
Das Labor Mehrkörpersimulation erhält 500.000 Euro für die Forschung im Bereich digitaler Zwillinge für den Mittelstand im Maschinenbau von der Walter und Elfriede Niehoff Stiftung.

Weitere Informationen

Womit beschäftigt sich das Labor?

Für die Themengebiete Mehrkörperdynamik, Fahrsimulation und Getriebetechnik kann das Labor sowohl auf ein breites Angebot an Software als auch auf rechenstarke Hardware zurückgreifen. Für das Bearbeiten von Fragestellungen aus diesen verschiedenen Disziplinen steht ein breites Spektrum an Fachleuten der OTH Regensburg und insbesondere der Fakultät Maschinenbau zur Verfügung.

Durch die vielfältigen bereits bearbeiteten Projekte, den engen Kontakt zu den verschiedenen Softwareherstellern und die Zusammenarbeit mit anderen Laboren ist das Labor einzigartig auf dem Gebiet der Mehrkörpersimulation.

Die Mehrkörpersimulation (MKS) ist eine Methode der numerischen Simulation, bei der reale technische Systeme mit bewegten Bauteilen durch virtuelle Prototypen, sogenannte „digitale Zwillinge“, nachgebildet werden. Mithilfe dieser virtuellen Prototypen kann das Verhalten eines Produkts oder einer Maschine im Vorfeld ohne aufwendige und zum Teil langwierige Versuche mit teuren realen Prototypen allein durch Simulationen vorhergesagt werden. Bei der Produktentwicklung kommen diese Vorhersagen dem Wunsch nach kürzeren Entwicklungszeiten bei gleichzeitiger Kostenreduzierung und Qualitätssteigerung entgegen. Deshalb wird die Mehrkörpersimulation häufig früh im Produktentstehungsprozess, vorrangig in der Vor- und Serienentwicklung, eingesetzt. Meist werden dazu MKS-Programme eingesetzt, die auf Basis der virtuellen Modelle die zugehörigen Bewegungs-gleichungen erstellen, die Simulationsrechnungen durchführen und die Ergebnisse animiert oder in Form von Diagrammen darstellen. Die Ergebnisse erlauben es ferner, das Bewegungsverhalten der Bauteile zu untersuchen. Gleichzeitig lassen sich damit auch die Belastungen auf die Bauteile bestimmen, die für deren optimale Gestaltung zwingend notwendig sind. Zudem spielen bei der Fehleranalyse MKS-Programme eine wichtige Rolle, um vorhandene und schwer nachvollziehbare Probleme virtuell untersuchen zu können.

Lehrbücher

Zum Lehrbuch

Kostenloser Download 3. Auflage
(nur verfügbar im OTH Rechner-Netz)

Projekte und Themenschwerpunkte

Es werden verschiedene Themenschwerpunkte und Projekte bearbeitet. Neben studentischen Projekten werden zudem Forschungs- und Entwicklungsprojekte mit mehreren Unternehmen im ostbayerischen Raum und darüber hinaus durchgeführt. Das Spektrum reicht von klassischen Vorentwicklungsarbeiten, über konkrete Forschungsfragen bis hin zu Softwarebenchmarks.

Themenschwerpunkte im Labor MKS:

  • Fahrdynamik-Simulationen und Entwicklung eines autonomen Modellfahrzeugs
  • Detaillierte MKS-Simulationen mechanischer und mechatronischer Systeme
  • Interdisziplinäre Simulationen: Kopplung von Regelungstechnik mit Mehrkörpersystemen
  • Echtzeitfähige lineare und nichtlineare Simulationsmodelle
  • Systemanalyse und Systemabstimmung in Verbindung mit Betriebsfestigkeit
  • Riemen- und Energiekettensimulation

Projektbeispiel

Schwingungstechnische Untersuchungen mithilfe eines digitalen Zwillings einer Doppelschlagverlitzmaschine

Arbeitskreis "Digitaler Zwilling für den Mittelstand im Maschinenbau"

Im Rahmen eines Arbeitskreises, ausgehend vom Labor Mehrkörpersimulation, wird das Themengebiet „digitaler Zwilling“ für den Mittelstand im Maschinenbau in Kooperation mit regionalen Firmen erforscht.

Ziel ist es, die Nutzung digitaler Zwillinge im Bereich der Mehrkörperdynamik für den Mittelstand effizient und gewinnbringend nutzbar zu machen.

Aktuell beteiligen sich neben dem Labor Mehrkörpersimulation folgende Unternehmen am Arbeitskreis:

  • BHS Corrugated Maschinen- und Anlagenbau GmbH
  • GE Wind Energy
  • Maschinenfabrik Reinhausen
  • Max Bögl
  • Maschinenfabrik Niehoff
  • Siemens Healthineers

Publikationen

    • Vogl, Y.; Schulz, C.; Schaeffer, T.; Geiger, B.: Prediction of the wear behavior of a conveyor belt with flexible rollers. Multibody System Dynamics. Springer Nature. 2025. https://doi.org/10.1007/s11044-025-10097-7 (Peer-Reviewed)
    • Gersch.S.; Schulz, C.; Bagdahn, J.: Impact of Hatching Strategy on Mechanical Properties and Residual Stresses in Additively Manufactured AlSi10Mg Components. In: The Minerals, Metals & Materials Series (MMMS, 2025), 03/2025, pp 170–181. https://doi.org/10.1007/978-3-031-80748-0_15 (Peer-Reviewed)
    • Gersch, S.; Noster, U.; Schulz, C.; Bagdahn, J.: Influence of the process-related surface structure of L-PBF manufactured components on residual stress measurement using the incremental hole drilling method, Mehod. Appl. Sciences 2025, 1, 9861. https://www.mdpi.com/2076-3417/15/18/9861 (Peer-Reviewed)

    • Schuderer, M.; Rill, G.; Schulz, C.; Schaeffer, T: Dynamic Stick-Slip Models based on Continuous and Discontinuous Friction, ENOC 2024 - European Nonlinear Dynamics Conference. Delft, Niederlande, 14. November 2024
    • Schulz, C.; Vogl, Y.; Geiger, B.; Schaeffer, T.: Vor- und Nachteile einer Lumped-Mass-Modellierung von Förderbändern am Beispiel eines Zwei-Walzensystems, In – Forschung im Ingenieurwesen, 05/2024 DOI: 10.1007/s10010-024-00736-4 (Peer-Reviewed)
    • Schuderer, M.; Rill, G.; Schaeffer, T.; Schulz, C.: Friction Modeling from a Practical Point of View, Multibody System Dynamics. Springer Nature. 2024 https://rdcu.be/dDRJ0 (Peer-Reviewed)
    • Schulz, C.; Vogl, Y.; Geiger, B.; Schaeffer, T.: Lumped-Mass-Modellierung von Förderbändern am Beispiel eines Zwei-Walzensystems mit flexiblen Walzen, DMK - Dresdner Maschinenelemente Kolloquium. Dresden, 14./15. April 2024
    • Kiess, B.; Schulz, C.: Validierung des Digitalen Zwillings eines Getriebes im Zeitbereich, DMK - Dresdner Maschinenelemente Kolloquium. Dresden, 14./15. April 2024

    • Rill, G.; Schaeffer, T.; Borchsenius, F.: Grundlagen und computergerechte Methodik der Mehrkörpersimulation. Springer Vieweg, Wiesbaden. 2023. https://doi.org/10.1007/978-3-658-41968-4
    • Schulz, C.; Kieß, B.; Graneß, H.: Einfluss der Modellierungsstrategie des Zahnfußes auf den Drehwegfehler, 4. VDI-Fachtagung Schwingungen 2023. Würzburg, 27.-28. November 2023
    • Schuderer, M.; Rill, G.; Schaeffer, T.; Schulz, C.: Friction modeling from a practical point of view, MULTIBODY2023 – 11th ECCOMAS Thematic Conference on Multibody Dynamics – Tampa, 24th-28th May 2023
    • Schulz, C.; Kieß, B.; Graneß, H.: Tooth root modeling induced variations of the calculated transmission error, NAFEMS World Congress. Tampa, 15th-18th May 2023 (Peer-Reviewed)
    • Rill, G.; Schuderer, M.: A Second-Order Dynamic Friction Model Compared to Commercial Stick–Slip Models. Modelling 2023, 4, 366-381. https://doi.org/10.3390/modelling4030021 
    • Rill, G.; Schaeffer, T.; Schuderer, M.: LuGre or not LuGre. Multibody Syst Dyn (2023). https://doi.org/10.1007/s11044-023-09909-5 

    • Fricke, A.; Günzel, D.; Schaeffer, T.: Bewegungstechnik. Konzipieren und Auslegen von mechanischen Getrieben. Hanser, München. 2022. https://doi.org/10.3139/9783446468597
    • Gersch, S.; Schulz, C.; Kral, C.: Verifizierung der Prozessstabilität einer konstruierten WAAM-Anlage zum Induzieren von Eigenspannungen in generativ gefertigten Strukturen, In – Mitteldeutsches 3D-Druck Forum, 08/2022. doi.org/10.35096/othr/pub-5600
    • Gersch, S.; Schulz, C.; Kral, C.: Realpotential von Eigenspannungen in generativ gefertigten, dynamisch beanspruchten Bauteilen, Vortrag: Mitteldeutsches 3D-Druck Forum. Jena, 29. Juni 2022
    • Kieß, B.; Schulz, C.: Zustandsüberwachung von Industriegetrieben basierend auf einem Digitalen Zwilling, DMK - Dresdner Maschinenelemente Kolloquium. Dresden, 26./27. April 2022
    • Gersch, S.; Schulz, C.: Realpotential von Eigenspannungen zur Erhöhung der Bauteillebensdauer bei generativ gefertigten, dynamisch beanspruchten Bauteilen, DMK - Dresdner Maschinenelemente Kolloquium. Dresden, 26./27. April 2022

    • Kieß, B.; Schulz, C.: Digital Twin Based Predictive Maintenance, NAFEMS World Congress. Salzburg, 26th-30th October 2021 (Peer-Reviewed)

    • Schulz, C.; Schwarz, C.: Drivetrain fatigue strength characteristics of model-predictive control for wind turbines. In – Wind Energy – Wiley (2020), 09/2020. https://doi.org/10.1002/we.2520 (Peer-Reviewed)

    • Goedeke, A.; Schulz, C.: Universell einsetzbares Verfahren zur fortwährenden Überwachung von Ermüdungsrissen an wechselnd beanspruchten Strukturbauteilen, DMK - Dresdner Maschinenelemente Kolloquium. Dresden, 26./27. November 2019
    • Schwarz, C.; Schulz, C.: Moderne, schädigungsreduzierende Ansätze zur Regelung einer Windenergieanlage in einem breiten Lastspektrum, DMK - Dresdner Maschinenelemente Kolloquium. Dresden, 26./27. November 2019
    • Goedeke, A.; Schulz, C.: Rissfrüherkennung an Brückenträgern. In: Hebezeuge, Fördermittel (2019) 09/2019, S. 62/63
    • Schulz, C.: Usage of Digital Twins for Predictive Maintenance, NAFEMS World Congress – Quebec, 17th-20th June 2019 (Peer-Reviewed)
    • Schulz, C.; Schwarz, C.: Indirect Model Predictive Control and its Impact on the Fatigue Strength of the Drivetrain, VDI Wind – Schwingungen von Windenergieanlagen. Bremen, 04./05. Juni 2019 (Peer-Reviewed)
    • Goedeke, A.; Schulz, C.; Gruss, H., Kiess, B.: Structural Health Monitoring auf Basis sich verändernder Strukturdehnungen an Brückenträgern, 27. Kranfachtagung. Dresden, 06. März 2019

    • Schulz, C.: Maintenance Prediction using Realtime Digital Twins, International User Meeting Dassault Systemes, 05./06. Dezember 2018
    • Goedeke, A.; Schulz, C.; Gruss, H., Gläser, T.: Optimierung des Predictive Maintenance im Kranbau, 19. Nachwuchswissenschaftlerkonferenz – NWK. Köthen, 05./06. Juni 2018
    • Voigt, S.; Schulz, C.; Gruss, H.: Ganzheitliche Instandhaltungsplanung für Industriegetriebe, 19. Nachwuchswissenschaftlerkonferenz – NWK. Köthen, 05./06. Juni 2018
    • Goedeke, A.; Schulz, C.; Gruss, H., Gläser, T.: Predictive Maintenance im Kranbau. In: Hebezeuge, Fördermittel (2018) 06/2018, S. 30/31
    • Schulz, C.; Kiess, B.; Goedeke, A.: Impact of Elasticity on the Transmission Behavior of Thin Ring Gears, 4th Wind and Drivetrain Conference. Hamburg, 19th April 2018
    • Goedeke, A.; Schulz, C.; Gruss, H., Gläser, T.: Verfahren zur Aufnahme des Belastungs-Zeit-Verlaufs von Brückenkranen für theoretische Restlebensdauerberechnungen, 26. Kranfachtagung. Dresden, 08. März 2018

Unsere Kompetenzen

Laborausstattung

Im Labor steht folgende Software zur Verfügung:

  • MKS
    • Adams
    • CarMaker
    • RecurDyn
    • Simpack
  • FEM
    • Abaqus
    • Ansys
  • Berechnung
    • Matlab
    • Simulink 
  • Auslegung und Dimensionierung
    • KISSsoft
    • SAM

Zusätzlich stehen im Labor alle weiteren Softwarepakete der OTH Regensburg zur Verfügung.

Das Team