Universität Stuttgart
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Item Open Access Mobile Robotik in der bandsynchronen Montage zur flexiblen Mensch-Roboter-Interaktion(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2019) Bix, Johannes; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Die sich wandelnden Anforderungen der Märkte sowie der Produktionsfaktoren in der Automobilindustrie zwingen diese ihre Produktionssysteme weiterzuentwickeln und an die zukünftigen Rahmenbedingungen anzupassen. Der Einsatz mobiler Robotik zur flexiblen Mensch-Roboter-Interaktion in der bandsynchronen Montage schafft die Voraussetzungen für Antworten auf die Herausforderungen in der Produktion von morgen und legt den Grundstein für zukünftige Produktionskonzepte. Die Realisierung in der bandsynchronen Montage stellt besondere Anforderungen an die mobile Robotik. Diese werden auf Basis von untersuchten Anwendungsfällen aus der Montage der Automobilindustrie in einem Anforderungskatalog zusammengetragen und die spezifischen Herausforderungen abgeleitet. Für Betreiber von starr verketteten Produktionssystemen steht neben der technischen Realisierung dieser Herausforderungen vor allem die Gesamtverlässlichkeit der Produktion im Vordergrund. Wesentliche, u.a. experimentell bestätigte Einflussfaktoren auf die Verlässlichkeit eines mobilen Roboters in der bandsynchronen Montage sind die Sicherheit und Zuverlässigkeit. Mit diesem Fokus wird für die bandsynchrone Montage in der Automobilindustrie ein katalogbasiertes Reaktionsverfahren entwickelt, das mithilfe der kognitiven Fähigkeiten des Menschen, aus einer integrierten Risikobeurteilung für Sicherheit und Zuverlässigkeit, vorbeugende Reaktionen für den mobilen Roboter ableitet. Diese sollen den Übergang des Roboters in einen sicheren Zustand - mit möglichst geringen Anforderungen an die mobile Rechenleistung - vorbeugend vermeiden und die geforderte Verfügbarkeit des verketteten Produktionssystems ermöglichen. Hierbei greift das Reaktionsverfahren nicht in die aus der Sicherheitsbeurteilung festgelegten technischen Schutzmaßnahmen ein. Die vorläufige Identifikation von Reaktionen ist aufgrund der bekannten Arbeitsabläufe und der für den industriellen Einsatz ohnehin durchzuführenden Sicherheitsbeurteilung in der Montage möglich. Die Verbesserung der Verfügbarkeit wird im Anschluss unter Laborbedingungen und in der bandsynchronen Montage experimentell nachgewiesen.Item Open Access Untersuchungen zur Eignung mikrohydraulischer Antriebe für die minimal invasive Chirurgie(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2016) Cuntz, Timo; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Da schonender für den Patienten, werden chirurgische Eingriffe zunehmend minimal invasiv durchgeführt. Dabei führt der Chirurg durch kleine Schnitte in Haut und Gewebe, ein Endoskop zur Sichtbarmachung der Operationsumgebung als auch chirurgische Spezialinstrumente in den Körper ein. Trotz der hohen Zunahme, der minimal invasiven Eingriffe, stagniert die Entwicklung neuer Werkzeuge für diese Operationstechnik. Zwar wurden neuartige Instrumente mit mehreren Bewegungsfreiheitsgraden an der Spitze entwickelt, diese besitzen aber solch große technische Probleme bei ihrer Anwendung, dass sie kaum benutzt werden. Ein Wechsel, weg von der der mechanischen Kraftübertragung mit Seilzügen, hin zu Direktantrieben, mit kompakten Aktoren in der Instrumentenspitze verspricht die Lösung dieser Probleme. So besteht in der minimal invasiven Chirurgie ein großer Bedarf an leichten, kraftvollen aber dennoch kompakten Antrieben, welche lediglich durch Kabel oder Schläuche und somit räumlich unabhängig im Körper versorgt werden. Beim Vergleich existierender Antriebsarten konnte gezeigt werden, dass hydraulische Antriebe die besten Voraussetzungen mitbringen um die zuvor erarbeiteten Anforderungen zu erfüllen. Die in der Konzeptphase in der Theorie angestellten Abschätzungen, vor allem zur Miniaturisierbarkeit hydraulischer Systeme, damit sich diese für den Einsatz in hydraulisch betriebenen Instrumenten für die Chirurgie eignen, konnten in praktischen Versuchsreihen bestätigt werden. In der Arbeit wurden zunächst leistungsstarke Hydraulikzylinder mit Durchmessern von wenigen Millimetern entwickelt, aus denen anschließend hydraulisch betriebene Instrumentenfunktionsmuster entstanden. Durch die Verwendung biokompatibler Materialien bis hin zu den Hydraulikmedien und dem Nachweis der Sterilisierbarkeit der kompletten Systeme wurde gezeigt, dass hydraulisch betriebene Instrumente die grundlegenden Medizinischen Anforderungen erfüllen und somit ein der Chirurgie eingesetzt werden können. Die durchgeführte Verifizierung der Instrumente demonstrierte, dass sie die geforderten Kräfte erreichen und sogar bei weitem übertreffen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Nachweis für die Eignung hydraulischer betriebener Instrumente in der minimal invasiven Chirurgie erbracht.Item Open Access Reglersynthese für aufgabenraumgesteuerte Industrieroboter(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2022) Halt, Lorenz; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)Die Motivation der vorliegenden Dissertation ist es, ein performantes sowie roboter- und kinematikneutrales Steuerungsrahmenwerk für roboterbasierte Montage zu schaffen. Dieses Rahmenwerk soll einfach zu programmieren sein und die Möglichkeit aufweisen, Programme zwischen Robotern zu übertragen. Hierfür wurde eine skillbasierte Programmierung mit dem iTaSC Formalismus kombiniert. Darauf aufbauend wurden als Hauptteil dieser Arbeit Reglerstrukturen entwickelt, die sich ohne Zutun des Programmierers eigenständig parametrisieren und sich somit automatisch an den eingesetzten Roboteraufbau anpassen. Für kontaktfreie Bewegungen des Roboters wurde ein modellbasierter Regelungsansatz ausgewählt. Zunächst wird ein lineares Modell angenähert und zur automatischen Synthese einer dynamischen Ausgangsrückführung eingesetzt. Das Verfahren ermöglicht nahezu zeitoptimales Verhalten unter Berücksichtigung von Stellgrößenbegrenzungen. Für die Kontakt- und Kraftregelung wurde ein modellfreier Ansatz verfolgt. Hierbei wird die Reglerverstärkung basierend auf den aktuellen Regelungsfehler so adaptiert, dass sich ein Regelfehlerverlauf innerhalb vorgegebener Performanzgrenzen ergibt. Die Regelungsansätze wurden einzeln in Simulationen verifiziert, in das iTaSC basierte Rahmenwerk eingefügt und jeweils mit verschiedenen Szenarien und Robotern experimentell erprobt. Es ergeben sich sowohl neue Einblicke in die Verhalten der einzelnen Technologien, als auch in das Zusammenspiel der Komponenten des dargestellten Steuerungsrahmenwerks. Beide Regelungsansätze ermöglichen hohe Regelgüte und große Übertragbarkeit für komplexe Roboterbewegungen bei Montageaufgaben. Die Ansätze benötigen keine manuellen Anpassungen und ermöglichen so die Programmierung durch Prozessexperten ohne tiefere Kenntnisse der Regelungstechnik.Item Open Access A method for the assembly of microelectronic packages using microwave curing(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2018) Adamietz, Raphael; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult.)Advanced electronic packaging continues to gain prevalence, driven by the continuous trend for miniaturization with concurrent functional integration. Processes in use today are typically efficient for mass production, but are not suitable for the purposes of low volume and prototype production. Adhesive bonding circumvents the elaborate tooling typical for mass production and provides a higher degree of flexibility. Disadvantages lie in long curing cycle times and high handling effort. To overcome these problems, a novel method for the assembly of electronic packages is proposed, one that improves the performance and efficiency of the assembly processes and reduces the handling effort between the separate process steps by integration of assembly and curing process equipment into a single machine. An analysis of the field of electronic packaging with particular respect to adhesive curing processes is performed. Then the relevant state-of-the-art is reviewed and the need of a novel method is identified. The conception and realization of a microwave curing system, based on an open-ended waveguide resonator are carried out. Different concepts for the control of the curing process are described. A machine integrating the curing system and the assembly process equipment is designed and prototypically realized. This is followed by extensive evaluation and testing of the novel method. In the course of the evaluation a representative flip-chip assembly is realized. In order to assess the influence on reliability, a series of temperature cycling tests is performed. Additionally, stress-measurement dies are packaged and the influence of the proposed method onto residual stresses is studied. The influence of the proposed method on throughput and assembly efficiency is investigated. The proposed method provides reduction of curing cycle times for three different adhesive materials and therewith an increase of the overall throughput. By reduction of handling effort, the overall process efficiency could be improved. Furthermore, by microwave curing with the proposed method, a higher reliability of the resulting electronic packages can be achieved. The experiments with the stress chips reveal lower residual stresses in the microwave-heated chips compared to convection heating.Item Open Access Automatisierte Messablauferzeugung und 3D-Datenauswertung in der Multisensor-Koordinatenmesstechnik(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2020) Effenberger, Ira; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)In der industriellen Fertigung gewinnt die vollständige Erfassung und Prüfung der Geometrie von komplexen Bauteilen oder Baugruppen zunehmend an Bedeutung. Die gewonnenen Daten bilden im Rahmen der Entwicklung die Grundlage für komplexe Simulationen auf Basis der realen Werkstückgeometrie, im Bereich der Qualitätssicherung sind sie die Grundlage für die Optimierung der Herstellungsprozesse und Sicherstellung der Produktqualität. Seit einigen Jahren sind dafür Multisensor-Koordinatenmessgeräte etabliert, die durch den flexiblen Einsatz unterschiedlichster Sensoren die Möglichkeit bieten, verschiedene Bereiche am Werkstück jeweils anforderungsgerecht und effizient zu erfassen. Die effiziente Anwendung solcher Multisensor-Systeme setzt aufgrund ihrer Komplexität allerdings ausgeprägtes Vorwissen und Erfahrung des Anwenders voraus. In dieser Arbeit werden Verfahren zur automatisierten, geometriebasierten Messablauferzeugung und 3D-Datenauswertung für Multisensor-Koordinatenmessgeräte vorgestellt, die eine intelligente Unterstützung des Anwenders ermöglichen. Zunächst werden, ausgehend von den ermittelten Defiziten der aktuell verfügbaren Systeme, Anforderungen an die zu entwickelnden Verfahren formuliert und ein geeignetes, modulares Softwarekonzept abgeleitet. Neben Algorithmen zur Aufbereitung von CAD-Modellen liegt der Fokus der Arbeiten auf automatisierten Verfahren zur Berechnung von Sollpunkten auf CAD-Modellen, die eine Datenerfassung mit unterschiedlichen Sensoren erlauben. Hierbei muss auch die Sensorpositionierung berücksichtigt werden, mögliche Kollisionen erkannt sowie Strategien zur automatischen Umfahrung bereitgestellt werden. Darüber hinaus werden intelligente Verfahren zur Auswertung der Messpunkte vorgestellt, wobei ein besonderes Augenmerk auf große Messpunktwolken, die beispielsweise bei Anwendung der Computertomographie entstehen, gelegt wird. Abschließend wird die Funktionalität der umgesetzten Verfahren in Anwendungstests zur kombinierten Messung mit mehreren Sensoren und zur automatisierten Ausrichtung von CAD-Modell und Messpunktwolke gezeigt und die erzielten Ergebnisse ausgeführt.Item Open Access Wandelbare, echtzeitfähige Kommunikationsinfrastruktur für Cyber-Physische Produktionssysteme(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2021) Prinz, Frederick; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Heutzutage agieren Unternehmen in einem immer volatileren Umfeld mit einem unmittelbaren Einfluss auf die Produktionssysteme. Um die Wandelbarkeit von zukünftigen Produktionssystemen zu verbessern wird daher eine Automation basierend auf Cyber-Physischen Systemen (CPS) angestrebt. Diese CPS-basierte Automation zeichnet sich durch eine einheitliche, wandelbare und echtzeitfähige Kommunikationsinfrastruktur aus. Stand heute existieren verschiedene Lösungsansätze mit unterschiedlichen Technologien zur Etablierung einer echtzeitfähigen Kommunikationsinfrastruktur. Diese Lösungen erfüllen allerdings die Anforderungen an eine zukünftige Kommunikationsinfrastruktur nur teilweise und stellen daher keine ganzheitliche Lösung dar. Insbesondere der Aspekt der Wandelbarkeit mit einer dynamischen Konfiguration von Echtzeitverbindungen zur Laufzeit wird heutzutage nur bedingt unterstützt. Dadurch wird die Vision einer CPS-basierten Automation und die Wandelbarkeit von zukünftigen Produktionssystemen allgemein eingeschränkt. Als Grundlage für eine CPS-basierte Automation wird in dieser Arbeit eine wandelbare, echtzeitfähige Kommunikationsinfrastruktur für zukünftige Produktionssysteme vorgestellt. Diese Kommunikationsinfrastruktur ermöglicht eine deterministische Kommunikation mit geringer Latenz und erfüllt die harten Echtzeitanforderungen in Produktionssystemen. Gleichzeitig wird die dynamische Konfiguration von Echtzeitverbindungen zur Laufzeit ermöglicht. Mit dem Fokus auf einer ganzheitlichen Lösung basiert die vorgestellte Kommunikationsinfrastruktur auf den drei wesentlichen Aspekten: Echtzeitkommunikation, Parametrierung und Netzwerkkonfiguration. Die Echtzeitkommunikation basiert auf der neuen IEEE Technologie Time-Sensitive Networking (TSN, IEEE 802.1). TSN ermöglicht eine einheitliche, herstellerunabhängige Kommunikationsbasis für den echtzeitkritischen und bestmöglichen Datenverkehr im Netzwerk. Dazu werden die erforderlichen TSN Mechanismen in die echtzeitfähigen Assets integriert und in einem TSN SDK (Software Development Kit) zusammengefasst. Zur einheitlichen Parametrierung der Echtzeitkommunikation wird das Konzept der echtzeitfähigen I4.0 Komponente vorgestellt. Das neue Konzept beschreibt ein echtzeitfähiges Asset mit einer sogenannten Verwaltungsschale, d.h. einer virtuellen digitalen Repräsentanz des Assets. Diese Verwaltungsschale spezifiziert die individuellen Fähigkeiten des Assets und beinhaltet zusätzliche Konfigurationsparameter für die Echtzeitkommunikation. Zur automatischen Konfiguration der Echtzeitverbindungen im Netzwerk wird ein zentraler SDN (Software-defined Networking) Controller erweitert. Dieser Controller etabliert dynamische, redundante und komplexe TSN Verbindungen zwischen verschiedenen echtzeitfähigen Assets zur Laufzeit. Dabei werden sowohl die TSN Switches in der Netzwerkinfrastruktur als auch die echtzeitfähigen Assets konfiguriert. Schließlich wird die Machbarkeit der neuen wandelbaren, echtzeitfähigen Kommunikationsinfrastruktur durch eine prototypische Implementierung gezeigt. Darauf aufbauend wird die Performance des neuen TSN SDKs evaluiert und die Integration ins Engineering beschrieben.Item Open Access Verfahren zur automatisierten Handhabung von hochsensiblen Photovoltaik-Substraten aus Flüssigkeiten(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017) Giesen, Tim; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Bestrebungen in der Entwicklung und der Produktion zukünftiger kristalliner Photovoltaik-Zellen haben unter anderem den reduzierten Einsatz von hochreinem Silizium mittels neuer Produktionstechnologien im Fokus. Für die Herstellung von ultra-dünnen Siliziumsubstraten kann das thermomechanische Verhalten des Siliziums genutzt werden, um folienartige, stark gebogene Substrate mit Dicken zwischen 50 - 80 μm zu erzeugen. Diese müssen in anschließenden Prozessschritten gereinigt werden, um flache, nutzbare Substrate für Photovoltaikzellen zu gewinnen. Ziel dieser Arbeit ist es, für die Reinigung der sich transformierenden Substrate - von einem gebogenen in einen flachen Zustand während des Reinigungsschrittes - eine automatisierte Handhabung zu entwickeln und zu erproben. In der Folge werden die Randbedingungen für das Handhabungsverfahren analysiert, Anforderungen an das Verfahren abgeleitet und das Verfahren konzipiert. Unter der Berücksichtigung von unsteten Bedingungen durch die Prozessflüssigkeit wird das Handhabungsverfahren im aufgestellten Modell regelbar ausgelegt. Die Komplikationen des Handhabungsverfahrens werden erörtert und dabei die Wirkzusammenhänge zwischen Greifpunktpräzision und resultierender Positioniergenauigkeit für einen kontinuierlich stabilen Prozess deutlich. Mit dem Aufbau eines Demonstrators wird das konzipierte Verfahren umgesetzt und die einzelnen Verfahrensfunktionen experimentell untersucht und charakterisiert. Durch die Identifikation der signifikanten Parameter werden die Bedingungen für eine automatisierte Handhabung in Flüssigkeiten beschrieben. Für die Erprobung werden im Dauerversuch Handhabungsvorgänge bei unterschiedlichen Flüssigkeitszuständen bewertet. Die Erprobungsergebnisse zeigen die potentielle Anwendbarkeit des Verfahrens für die industrielle Nutzung. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Grundlagen für die Automatisierung eines Schlüsselprozesses geschaffen, der die zukünftige Produktion ultra-dünner Siliziumsubstrate und deren Handhabung aus Prozessflüssigkeiten heraus ermöglicht. Es wird ein hoher Erfüllungsgrad der an das Verfahren gestellten Anforderungen aufgezeigt. Synergien des automatisierten Handhabungsverfahrens lassen sich aus den eigens entwickelten Teilsystemen der Greifpunktbestimmung und der Handhabungsbewertung für die situative Prozesslenkung auf weitere, vergleichbare Anwendungsfälle übertragen.Item Open Access Entwicklung eines modularen und stückzahlflexiblen Qualitätskonzepts für schwere Nfz-Hybridgetriebe(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2020) Butov, Alexej; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Die Elektrifizierung der Fahrzeuge nimmt sowohl im Pkw als auch im Bereich der Nfz stetig zu und damit auch der Druck auf die Hersteller und Zulieferer eigene Fertigungsstraßen weiter zu optimieren. Potentiale sind für Nfz andere als die für Pkw, da zum einen die Anzahl der Neuzulassungen und die Lebensdauer der Komponenten unterschiedlich sind. Die Fertigungsstraßen im Nfz-Bereich sind daher effizient, und flexibel zu gestalten. Potentiale dafür bietet der Bereich der Elektromotorenfertigung, speziell für Permanenterregte Synchronmotoren (PMSM). Die Notwendigkeit flexible und modulare Fertigungsstraßen auf Grund ungewisser Stückzahlen zu entwerfen, ist in öffentlich, geförderten Projekten wie bspw. Erforschung eines prozessmodularen Fertigungskonzepts für die E-Motorenfertigung (Epromo) thematisiert worden. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, unter welchen Voraussetzungen eine passive und damit rein generatorische End of Line (EoL) Funktionsprüfung für einen PMSM, der für den Einsatz in einem schweren Nutzfahrzeuggetriebe ausgelegt ist, durchgeführt werden kann. Neben den bereits genannten Gründen sind die hohen Investitions- und Wartungskosten für eine aktiven, dynamischen EoL-Funktionsprüfstand insbesondere für den OEM wichtig zu betrachten und abzuwägen. Dazu wird zunächst der Stand der Technik zu bekannten Fehlererkennungsmethoden ermittelt und mit vorhandenen Normenvorgaben abgeglichen. Weiter werden Fehlervarianten identifiziert, historische Messwerte unterschiedlicher EoL-Serienprüfstände betrachtet und signifikante Fehler an Hand von Versuchsmotoren an unterschiedlichen Prüfständen untersucht. Der erarbeitete Vergleich soll bspw. einem Fertigungsplaner dabei helfen eine bessere Entscheidung zu treffen, welche Prüfphilosophie an der EoL-Prüfstation auch bei geringen oder unsicheren Stückzahlen eingesetzt werden kann. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass die Entscheidung der Prüfphilosophie systematisch und anhand der Analyse vorhandener Kriterien getroffen werden kann.Item Open Access Reibadaptive Gleitführungen für Vorschubantriebssysteme(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017) Engel, Tobias; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)The precision of feed drive systems depends strongly on the frictional behaviour of the bearing elements. Friction has two effects onto the feed drive system, on the one hand it improves the damping and reduces vibrations and on the other hand it induces nonlinear effects that affect the motion quality in terms of precision and smoothness. In this thesis, an idea is investigated that uses the good damping properties of sliding bearings and improves their frictional behaviour using high frequency oscillations. The phenomenon that friction is reduced in the presence of high-frequency oscillations was observed in various experiments since the 1950’s and found its way into industrial applications such as ultrasonic deep drawing, drilling, grinding and cutting. However, the idea to use this effect to come up with new bearing elements has not been investigated yet. The goal of this thesis is to develop a systematic design for sliding bearings that allow high-frequency oscillations. The theory of friction in the presence of vibrations is used to investigate the influence of vibration and motion parameters such as longitudinal, transversal, angluar and higher harmonic vibrations onto the friction force. Chapter 4 introduces the basic setup of high-frequency sliding bearings containing a vibration module with actuator resonator and sliding elements. Basic design principles for the different components are developed in Chapter 5. The design of the resonator plays a key role in transmitting the vibrations from the actuator to the sliding elements. The design is based either on a two-mass model or as an waveguide depending on the dimension of the bearing. An demonstrator is developed in Chapter 6 using FEM to optimize the stiffness an vibration characteristics of the bearing. Chapter 7 presents the results of experimental investigations of the vibrational and frictional properties of the developed bearing elements. It is shown, that the sliding and static friction can be reduced significantly and that the frictional force can be controlled using the acutator voltage and frequency. Thus, it is possible to actively design the frictional behaviour of the bearing element, giving the possibility to linearize the friction and thereby changing the damping and linearity properties of the bearing. Using this effects, experiments are made that show that the friction control allows to minimize and even eleminate the appearing of stick-slip during movement.Item Open Access Erhöhung der Bandbreite von Vorschubantrieben mit Kugelrollspindeln unter Verwendung der Lagegeschwindigkeit(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2018) Sun, Zheng; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Elektromechanische Vorschubantriebe mit Kugelrollspindeln und PPI-Kaskadenregelung haben sich in vielen Bereichen der Fertigungstechnik als geeignete Antriebslösung durchgesetzt. In Applikationen mit hohen Anforderungen an die Vorschubdynamik erweist sich jedoch die im Antriebsstang liegende Nachgiebigkeit als begrenzender Faktor für die Lageregelbandbreite. In Kapitel 2 werden die aus dem Stand der Forschung bekannten Regelansätze zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens vorgestellt und bewertet. Ungeachtet der erreichbaren hohen Bandbreite, konnten sich keine Ansätze wegen mangelnder Robustheit oder des hohen Hardwareaufwandes in der Industrie durchsetzen. So blieb in den letzten 50 Jahren die Frage offen: wie kann man ohne zusätzlichen Aufwand die Dynamik eines Vorschubantriebs erhöhen, wobei das Verhalten im Einstellaufwand und in der Stabilität bei Lastwechsel dem eines industriellen Kaskadenreglers ähnlich sein sollte. Mit der vorliegenden Arbeit wird der Versuch einer Antwort darauf gegeben. Dazu werden zwei Konzepte zur Dämpfung der mechanischen Eigenschwingungen vorgestellt und darauf aufbauend drei kaskadierte Regelansätze entwickelt. Der Ausgangspunkt des ersten Dämpfungskonzepts ist die Verwendung der Differenz der an- und abtriebsseitigen Geschwindigkeiten. Die Dämpfung der ersten mechanischen Eigenfrequenz erfolgt durch die Veränderung der Stellgröße des Drehzahlreglers. Als hochgradig ähnlich in den Eigenschaften zum derzeitigem Standardregler hat sich das Regelverfahren unter Verwendung der Geschwindigkeitsdifferenz (PPI-R-Verfahren) nach Kapitel 4 gezeigt. Die Aufwendungen zur Einstellung sind nur unwesentlich höher, die Stabilität bei Lastwechsel ist ausreichend gut und der Gewinn an Bandbreite liegt bei nahezu 100%. In Kapitel 5 wird das zweite Dämpfungskonzept beschrieben, welches mit einem schwach eingestellten Drehzahlregler verknüpft ist. Neben der Dämpfung der ersten mechanischen Eigenfrequenz, weist der schwach verstärkte Motor ein PT1-Verhalten auf, dessen Eckfrequenz unterhalb der mechanischen Resonanz liegt. Um diese Nebenwirkung zu kompensieren, wird die Standardregelstruktur durch einen PI-Regler mit der Rückführung der abtriebsseitigen Lagegeschwindigkeit (P-PI-P-Verfahren) erweitert. Die Aufwendungen zur Einrichtung sind nur geringfügig. Die Bandbreite kann über 100% erhöht werden. Neben dem PI-Geschwindigkeitsregler kann das PT1-Verhalten auch durch einen PD-Lageregler (PD-O-P-Verfahren) direkt kompensiert werden. Bei diesem Verfahren wird ein Störbeobachter für das Ausregeln der stationären Abweichung eingeführt. Der Gewinn an Lageregelbandbreite liegt bei über 200%. In Kapitel 6 werden die Funktionsfähigkeiten der entwickelten Verfahren messtechnisch validiert. Das Führungs- und Störverhalten und die Robustheit aller drei Verfahren werden an einem Versuchsstand mit der Kugelrollspindel im Zeit- und Frequenzbereich untersucht. Die Beurteilung der Zielerreichung erfolgt anhand eines Vergleichs der neuen Regelverfahren mit einem typischen industriellen Kaskadenregler für Vorschubantriebe. Die zu bewertenden Kenngrößen stellen dabei die Robustheit des Systems, der Bandbreitengewinn sowie die Komplexität der Reglerparametrierung dar. Durchgeführte Untersuchungen zeigen, dass die Bandbreite unter realen Bedingungen je nach Verfahren um Faktor 2 bis 3 ansteigt. Darüber hinaus zeigen Simulationen eine geringere Robustheit im Vergleich zu einem PPI-Standardverfahren, allerdings sollte sie für die meisten Anwendungsfällen ausreichen, da alle drei Verfahren bei einem Lastwechsel von ±40% messtechnisch ausreichend stabil sind. Für die Implementierung sind keine zusätzlichen Sensoren erforderlich, sodass der Hardwareaufwand den derzeitig eingesetzten Verfahren entspricht.