Browsing by Author "Huf, Alexander"

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Kumulative Lastermittlung aus Antriebsdaten zur Bewertung des Zustands von Werkzeugmaschinenkomponenten
(2012) Huf, Alexander; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)
Ausgangspunkt der Arbeit ist die Erkenntnis, dass die Erhöhung der Verfügbarkeit von Werkzeugmaschinen ein effizienter Stellhebel zur Erhöhung der Produktivität und Senkung der Kosten darstellt. Hierbei zeigt sich, dass allein die Kenntnis über den baldigen Ausfall einer Komponente bereits die Verfügbarkeit erhöhen kann, da Instandsetzungsmaßnahmen geplant und schneller durchzuführen sind. Somit ist das Wissen über die Zustände der einzelnen Komponenten notwendig. Bisherige Systeme der Zustandserfassung basieren auf ergänzender Sensorik, welche Eigenschaftsänderungen der betrachteten Komponente erfassen. Ziel der Arbeit ist daher eine Methode zur Ermittlung der Restlebensdauer von Komponenten basierend auf der tatsächlichen Nutzung, möglichst ohne die Verwendung ergänzender Sensorik. Um den Zustand zu ermitteln wird die Berechnungsmethode der Lebensdauer nach DIN ISO 281 mit der Modellvorstellung des Abnutzungsvorrats (DIN 31051) verknüpft. Aus dem Ergebnis wird das sogenannte Belastungsintegral extrahiert, welches als ein direktes Maß des Verbrauchs an Abnutzungsvorrat der betrachteten Komponente interpretiert werden kann. Das Belastungsintegral ergibt sich aus dem Zeitintegral über das Produkt aus der an der Komponente angreifenden Kraft in der dritten Potenz und der Geschwindigkeit der Komponente. Am Beispiel des Kugelgewindetriebs wird das Belastungsintegral auf drei unterschiedliche Arten aus antriebsinternen Daten rekonstruiert. Diese unterscheiden sich in den notwendigen Signalen, im Rechenaufwand und der erzielbaren Genauigkeit. Für die Berechnung der Restlebensdauer wird zunächst ein Verfahren vorgestellt, welches diese direkt aus dem Abnutzungsvorrat (proportional zur dynamischen Tragzahl der Komponente)und dem Belastungsintegral berechnet. Dieses Verfahren ist einfach zu implementieren, vernachlässigt jedoch, dass die dynamische Tragzahl eine statistische Größe ist. Daher wird ein weiteres Verfahren vorgestellt, welches die Prognose der Restlebensdauer basierend auf der Berechnung des Belastungsintegrals mit einem weiteren Verfahren, hier der Erfassung der Geräuschemission, stützt. Hierbei wird der Abnutzungsvorrat dynamisch angepasst, so dass eine optimale Nutzung der Komponente gewährleistet werden kann. Ebenfalls vorgestellt werden experimentelle Untersuchungen zur Reduktion des Belastungsintegrals. Hierbei wurde der Parameter „maximale Eilgangsbeschleunigung“ als Stellhebel identifiziert, welcher als nicht prozessrelevant angesehen wird (Im Eilgang sollte nicht bearbeitet werden). Es zeigt sich, dass mit abnehmender maximaler Eilgangsbeschleunigung sich das Belastungsintegral asymptotisch einem Minimalwert nähert, welcher durch die Nicht-Eilgangsbewegungen und die Mutternvorspannung bestimmt wird. Dieser kann für Achsen, welche einer hohen äußeren Kraft ausgesetzt sind, sehr hoch sein, wie an der hängenden Y-Achse ohne Gewichtsausgleich sichtbar wird. Des Weiteren zeigt sich, dass die Bearbeitungszeit mit abnehmender maximaler Eilgangsbeschleunigung zunimmt. Im letzten Kapitel wird schließlich die Berechnung des Belastungsintegrals als steuerungsinterne Applikation offener Steuerungen vorgestellt. Zum einen die Basisapplikation, welche in Echtzeit läuft und die Erfassung der notwendigen Antriebssignale, die Berechnung der Momentanbelastung und die Aufsummierung zum Belastungsintegral sicherstellt. Im Nicht Echtzeitbereich sind dann notwendige Hilfsapplikationen angesiedelt, wie die Start- und Endroutine, die Reibkennlinienermittlung oder ein Konfigurationstool.