07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik
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Item Open Access Antriebsbasierte Zustandsdiagnose von Vorschubantrieben(2011) Walther, Michael; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Diese Arbeit befasst sich mit antriebsbasierter Diagnose für Werkzeugmaschinen. Die Verknüpfung ist nach dem Ursache-Wirkungsprinzip von Phänomenen in antriebsinternen Signalen mit schadhaften Veränderungen in der Mechanik gelungen. Als Grundsatz der Arbeit ist festzuhalten: Der Zustand des Antriebsstranges lässt sich durch die spektrale Zusammensetzung der übertragenen Leistung bestimmen und diagnostizieren. Die Ergebnisse werden zu einer allgemeingültigen, skalaren Kenngröße abstrahiert.Item Open Access Informationsmodell zur funktionalen Typisierung von Automatisierungsgeräten(2011) Selig, Andreas; Klemm, Peter (Prof. Dr.)Aktueller Trend in der Automatisierungstechnik ist die Einführung von Ethernet-basierten, digitalen Schnittstellen zwischen der Steuerungs- und der Sensor-/Aktorebene. Die entstehenden Ethernet-basierten Feldbusse decken dabei nicht nur die klassischen Feldbusaufgaben ab, sondern bieten zusätzlich Bandbreite für weitere Dienste. Ziel eines jeden Ethernet-basierten Feldbusses ist dabei, ein umfassendes Kommunikationsmedium für die Automatisierungstechnik zu sein. Dieses soll den Anforderungen eines Feld-, Antriebs- und Sicherheitsbusses gerecht werden und zusätzlich noch Kommunikation über Protokolle, die aus der elektronischen Datenverarbeitungstechnik bekannt sind, ermöglichen, um eine vertikale Integration in höherliegende Ebenen der Automatisierungspyramide zu erlauben. Ein „Plug and Produce“, ähnlich dem aus der Computertechnik bekannten „Plug and Play“, bei dem sich die beteiligten Komponenten gegenseitig erkennen und sich das Gesamtsystem automatisch konfiguriert und parametriert, wird in diesem Umfeld allenthalben gefordert und propagiert, da die Komplexität und der Umfang der Schnittstellen zwischen den beteiligten Geräten immer größer und umfangreicher werden. Es gibt bislang kein globales Konzept für die Automatisierungstechnik, dieses Problem zu lösen. Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zur Erreichung dieses Ziels darstellen, indem sie ein Informationsmodell für Automatisierungsgeräte und die durch sie bereitgestellten Kommunikationsobjekte liefert. Auf diese Weise wird eine funktionale Sicht auf die Geräte und die funktionalen Zusammenhänge über Gerätegrenzen hinaus bereitgestellt.Item Open Access 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.Item Open Access Offene Antriebsreglerplattform(2011) Kramer, Christian; Pritschow, Günter (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult. Dr.-Ing. E.h. i.R.)Die ständig steigenden Anforderungen bezüglich Genauigkeit und Dynamik, sowie die Notwendigkeit neuer Funktionen, wie z. B. für die Prozess- und Maschinendiagnose haben nicht nur Auswirkungen auf die Konstruktion der Werkzeugmaschine, sondern auch auf die Antriebsregelung. In der heutigen Antriebstechnik werden spezialisierte Signalprozessoren und Mikrocontroller eingesetzt, um die Anforderungen erfüllen zu können. Um durch hohe Stückzahlen kostengünstige Prozessoren fertigen zu können, sind diese auf die Standardantriebsregelung optimiert. Sie bieten daher wenig Offenheit und Flexibilität, um neue Technologien zu integrieren. Die Integration neuer Technologien sind nur mit hohem Aufwand und Änderungen in Soft- oder Hardware des Antriebsreglers verbunden. Die optimale Anpassung des Antriebsreglers an den Prozess oder die Maschine ist daher meist sehr kostenaufwendig. In dieser Arbeit wird ein Antriebsregler vorgestellt, der die Anforderungen heutiger und zukünftiger Antriebstechnik erfüllen kann, offen für neue Technologien ist und flexibel an den speziellen Prozess oder die Maschine angepasst werden kann. Die Flexibilität wird durch den Einsatz frei programmierbarer Logik erreicht. Eine Funktionsbibliothek stellt alle für die Antriebsregelung benötigten Module zur Verfügung. Darüber hinaus bietet sie weitere Funktionen für die Prozess- und Maschinendiagnose, für die Signalauswertung sowie grundlegende Funktionen zum Aufbau anwenderspezifischer Schaltungen. Hardwareseitig stellt die Antriebsreglerarchitektur Schnittstellen zur Verfügung, über die Hardwarekomponenten, wie z. B. Feldbusmodule, oder Geberschnittstellen flexibel in das System eingebunden werden können. Es wird eine Architektur vorgestellt mit der ein offenes Antriebsreglersystem realisiert werden kann. Es wird die Modularisierung der Antriebsfunktionen betrachtet, sowie eine Infrastruktur entwickelt, die benötigt wird, um die Ausführung der Module, sowie die Kommunikation zwischen den Modulen zu koordinieren und zu überwachen. Des weiteren wird ein Entwicklungswerkzeug vorgestellt, das benötigt wird um den Anwender bei der Entwicklung von Antriebsreglern unterstützt.