Grundlagen für den effizienten Einsatz mehrachsig interpolierender Servoantriebe in Verarbeitungsmaschinen
Verarbeitungsmaschinen dienen der automatisierten Produktion von Massenbedarfsgütern. Aus wirtschaftlicher Sicht wird dabei eine Erhöhung der Produktausbringung bei gleichzeitiger Individualisierung der Produktion (steigende Variantenvielfalt) gefordert. Diesen Forderungen wird oft Rechnung getragen, indem einerseits durch effiziente Nutzung der Maschine die Arbeitstaktrate gesteigert wird. Andererseits werden durch den Einsatz von Servoantrieben konventionelle mechanische Lösungen durch leicht anpassbare und schnell austauschbare steuerungstechnische Lösungen ersetzt (elektrische Kurvenscheibe).
Die Steigerung der Arbeitsrate führt oft zu unerwünschten Effekten, wie z. B. instabilen Prozessen, sinkende Produktqualität sowie zu Lärm und zunehmenden Schwingungen. Diese Zusammenhänge werden im laufenden Projekt am Beispiel des innermaschinellen Transports von Stückgütern untersucht. Hierzu dient ein ebener, nichtlinearer Mechanismus, dessen Arbeitsorgan ein Stückgut horizontal mit Hilfe von Rast-in-Rast-Bewegungen fördert. Zur Steigerung der Taktrate wird der konventionelle Bewegungsansatz (Schieben des Stückguts) wie folgt abgeändert: Das Stückgut wird zunächst beschleunigt, anschließend verzögert das Arbeitsorgan, sodass das Stückgut in eine freie Gleitphase übergeht, bevor es abschließend vom Arbeitsorgan aufgefangen und in eine definierte Endlage überführt wird. Dieser Prozess ist sehr sensitiv gegenüber der Taktrate sowie weiteren Systemparametern. Daher erfolgte eine Modellierung der Wirkpaarung in einer Mehrkörpersimulationsumgebung, die als Grundlage für die Erstellung des Bewegungsdesign des Arbeitsorgans diente. Zur Parametrisierung des Modells wurden umfangreiche Abgleichversuche der realen Wirkstelle mit dem Modell durchgeführt. Hierdurch war es möglich prozessoptimale Bewegungsvorgaben für unterschiedliche Taktraten zu generieren und experimentell dessen Erfolg nachzuweisen.
Ziel des Projektes ist es nachzuweisen, dass mit Hilfe des Einsatzes von Servoantrieben die Taktrate von Verarbeitungsmaschinen gesteigert werden kann. Hierzu ist es allerdings notwendig die zugrundeliegenden Verhaltensmodelle zu erweitern, Bewegungsvorgaben taktratenabhängig vorzugeben, sowie diese durch eine erweiterte Steuerungsfunktionalität umzusetzen.
Projektfinanzierung:
Die Arbeit wird im Rahmen der Projekte GR 1458/47-2 und MA 4550/3-2 durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft finanziert.
Projektlaufzeit:
10/2010 – 06/2013, 11/2014 – 06/2017, 10/2018 – 06/2020
Projektbearbeitung und Kontakt:
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. J.-P. Majschak
Projektmitarbeiter:
Dipl.-Ing. Clemens Troll
Kooperationspartner:
Institut für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik der TU Dresden (IWM)