2 Module METHODEN Maschinenkonstruktion - tu-dresden.de · Hydraulik / Pneumatik 2 Module METHODEN:...

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU Mechatronik im Maschinenbau: Übersicht Maschinenkonstruktion Hydraulik / Pneumatik 2 Module METHODEN: Mobile Arbeitsmaschinen Bewegungsgeführte Maschinensysteme Spezielle Fertigungsmethoden Robotik 2 Module ANWENDUNGEN: 1 - aus - 3 Profilverantwortlicher: Prof. Großmann, Fak. MW

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Mechatronik im Maschinenbau: Übersicht

Maschinenkonstruktion

Hydraulik / Pneumatik

2 Module METHODEN:

Mobile Arbeitsmaschinen

Bewegungsgeführte Maschinensysteme

Spezielle Fertigungsmethoden

Robotik2 Module ANWENDUNGEN:

1 -a

us -

3

Profilverantwortlicher: Prof. Großmann, Fak. MW

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Mechatronik im Maschinenbau

1. Methoden-Modul:

Maschinenkonstruktion

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Maschinenkonstruktion: Übersicht

Praktikum

Konstruktions-werkstoffe

Entwicklungs-prozess

3D-Konstruktion

PDM

Maschinen-konstruktion

Modulverantwortlicher: Prof. Stelzer, Fak. MW

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Maschinenkonstruktion: Konstruktiver Entwicklungsprozess

Wandlung des Engineering Prozesses

Phasen des Entwicklungsprozesses

Methoden der WissensverarbeitungSystematisierenLösungsfindung

Variantenbewertung

Konzipieren Entwerfen Gestalten

Konstruktion als Teil des Engineering Prozess

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Maschinenkonstruktion: 3D-Konstruktion

Aufbau von CAD-Systemen

Effektive Arbeit mit CAD

Aufbau und Erzeugung von 3D-Modellen

Zeichnungsableitungen

Freiformflächen

SolidWorksCATIA / V5

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Maschinenkonstruktion: Konstruktionswerkstoffe

Lösung des technischen Problems aus der Sicht sämtlicher WerkstoffgruppenVermeidung „einseitiger Denkweisen“, Förderung von Innovation

Werkstoffe auswählen, die zur Lösung des technischen Problems geeignet sind

Werkstoffauswahl nach:Belastungsart (Zug, Torsion, Biegung, Knickung, Beulung, Innendruck, Fliehkräfte)

Bauteilgeometrie für den Leichtbau (Stäbe, Platten, Rohre, Schalen, Sandwich - und Hybridverbundbauweisen)

Funktionellen Anforderungen für Federn, elastische Gelenke, Druckbehälter, ...

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Maschinenkonstruktion: Produktdatenmanagement

Management von CAD-Modellen

CAD-Schnittstellen

Data Capturing

Digital Mockup

Virtual/Augmented Reality

Workflow

Engineering Collaboration

Datenaustausch

Supply Chain Management

Replikationsverfahren

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Mechatronik im Maschinenbau

2. Methoden-Modul:

Hydraulik / Pneumatik

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Hydraulik / Pneumatik: Übersicht

Modulverantwortlicher: Prof. Helduser, Fak. MW

„Fluidtechnik“

Praktikum„Steuerungstechnik und Mikrorechnersysteme

für fluidtechnische Maschinen“

„Elektrohydraulische Antriebssysteme“

Vorlesungen

„Grundlagen der fluidtechnischen Antriebe und Steuerungen“

Hydraulik / Pneumatik

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Hydraulik / Pneumatik: Grundlagen ...

Vorlesung „Grundlagen der fluidtechnischen Antriebe und Steuerungen“Inhalte der VorlesungHydraulik- Hydromechanische Grundlagen- Druckflüssigkeiten- Hydraulikgeräte zur Energieumformung

(Verdrängermaschinen: Hydropumpen; Hydromotoren)

- Steuerung und Regelung von Hydropumpen- Hydraulische Linearantriebe- Hydraulikgeräte zur Energiesteuerung und -regelung

(Hydroventile für Wege-, Druck- und Stromregel-funktionen)

- Hydrostatische Getriebe- Hydraulische GrundschaltungenPneumatik- Thermodynamische Grundlagen- Druckluftversorgungsanlage- Pneumatische Komponenten

Die hydraulische und pneumatische Antriebs- und Steuerungstechnik hat die Aufgabe, Bewegungs-abläufe oder Kräfte in Maschinen und Fahrzeugenzu steuern oder zu regeln.

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Hydraulik / Pneumatik: Steuerungstechnik ...

Vorlesung „Steuerungstechnik und Mikrorechnersysteme für fluidtechnische Maschinen“

Ziel: Kennenlernen gesteuerter und geregelterpneumatischer Zylinderantriebe

Inhalte der Vorlesung- Pneumatische und hydraulische Antriebe

(Aufbaukonzepte, Servopneumatischer Antrieb)- Thermodynamische Grundlagen geregelter pneu-

matischer Antriebe (Durchflussverhalten, Zustandsänderungen)

- Linearisierung und Vereinfachung der Bilanz-beschreibung

- Geregelter pneumatischer Antrieb (Konzepte des pneumatischen Lageregelkreises)

- Auslegung von Lageregelungen

Servohydraulischer Zylinderantrieb (geregelte Achse)

Signalflußplan eines Lageregelkreises

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Hydraulik / Pneumatik: Elektrohydraulische Antriebssysteme

Vorlesung „Elektrohydraulische Antriebssysteme“

Ziel: Kennenlernen geregelter elektrohydraulischer Antriebssysteme

-

U

Ventilelektronik

-

A B

P T

U s

x yA B

P T

Us

Vorgesteuertes Regelventil

Inhalte der Vorlesung- Aufbau geregelter hydraulischer Antriebe- Systematik der Widerstandssteuerungen- Komponenten geregelter hydrostatischer

Antriebe (Servoventile, Proportional- und Regelventile, Regelpumpen und –motore, Servozylinder und –motore)

- Ventilgesteuerter Zylinderantrieb(Statisches Verhalten, Linearisierung und Übertragungsfunktionen des Antriebs-systems, Dynamisches Verhalten)

- Zylinderantrieb mit Servopumpe- Regelungstechnische Behandlung elektro-

hydraulischer Antriebe (Klassische Regelungs-technik, Zustandsraumbeschreibung undBeobachtertheorie, Fuzzy-Regelung zur Para-meteradaption, elektronische Baugruppen)

- Intelligente elektrohydraulische Aktoren- Simulationstechnik in der Hydraulik

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Hydraulik / Pneumatik: Praktikum

Praktikum „Fluidtechnik“Ziel: Vertiefung der Kenntnisse aus Vorlesungen und

Übungen, Erwerb praktischer Fähigkeiten im Umgang mit fluidtechnischen Komponenten

Praktikum- Hydraulische Widerstandssteuerungen

(Hydraulische Widerstandsschaltungen: Parallel-und Reihenschaltung, Analogie zur Elektro-technik, Messung hydraulischer Größen Q, p).

- Stetigventile(Konstruktiver Aufbau, elektro-mechanischeUmformer, elektronische Ansteuerverstärker, hydraulische Verstärkerstufe, statische und dynamische Kennlinien)

- Lagegeregelter hydraulischer Antrieb I(Konstruktiver Aufbau, statische und dyna-mische Kennwerte, Geschwindigkeits-verstärkung)

- Lagegeregelter hydraulischer Antrieb II (Führungs- und Störverhalten)

- Elektrohydraulische Kraftregelung

Versuchsstand

Hydraulische Kunststoff-

Spritzgießmaschine

Versuchsstand

Elektrohydraulischer Achsprüfstand mit drehzahlveränder-

barem Pumpenantrieb

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Mechatronik im Maschinenbau

1. Anwendungs-Modul:

Robotik

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Robotik: Übersicht

GetriebelehreRoboterführungsgetriebe

Prof. ModlerProf. Bär

Robotik

MathematikRäumliche Kinematik

Modulverantwortlicher: Prof. Modler, Fak. MW

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Robotik: Räumliche Kinematik

5. Singuläre Lagen

1. Elementare RaumbewegungenErweiterte Matrizenalgebra, Zwanglaufbewegungen, Expotentialfunktionen für Raumbewegungen, ...

2. Direkte KinematikSerielle Roboter: Spezielle Koordinaten, Bewegungsmatrix, ... Parallele Roboter: Parallelitätsgrad, ebene und räumliche Plattformen, ...

3. Inverse KinematikArbeitsraum, Lösung für Roboter mit Handgelenk, ...

4. GeschwindigkeitsvektorfeldGeschwindigkeitsoperator, Jacobi-Matrix der direkten Kinematik, ...

Rangabfall der Jacobi-Matrix, lineare Geradenkomplexe, ...

Räumliche Kinematik

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Robotik: Roboterführungsgetriebe

Roboterführungsgetriebe

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Mechatronik im Maschinenbau

2. Anwendungs-Modul(alternativ 1 aus 3):

Spezielle Fertigungsmethoden

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Spezielle Fertigungsmethoden: Übersicht

Spezielle Fertigungsmethoden

Lasertechnik Plasmatechnik

Modulverantwortlicher: Prof. Beyer, Fak. MW

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Spezielle Fertigungsmethoden: Lasertechnik

Mikrobearbeitung mit Laserstrahlen im Maskenprojektionsverfahren

Auflösungsvermögen des Objektivs bestimmtdie Abmessungen der minimalen Bestrahlungsfläche: typisch: 0,5 – 5 µm

Objektiv

Maske

Homogenisator

PC-Steuerung

Laser

Excimer-Laseranlage (Exitech)

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Spezielle Fertigungsmethoden: Plasmatechnik

Physikalische Dampfphasenabscheidung= Physical Vapor Deposition (PVD)

• Abtrag des Beschichtungsmaterials von einem festen Targetdurch intensiven Energieeintrag(Strahlung, Ionen, Elektronen, Stromdurchgang)

• Übertragung als Dampf/Plasma auf das Substrat

Beschichtung über die Gasphase

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Mechatronik im Maschinenbau

2. Anwendungs-Modul(alternativ 1 aus 3):

Mobile Arbeitsmaschinen

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Mobile Arbeitsmaschinen: Übersicht

Modulverantwortlicher: Prof. Kunze, Fak. MW

• Konstruktive Gestaltung typischer Baugruppen von Förder-, Bau- und Landmaschinen

• Modellbildung und Simulation mobiler Arbeitsmaschinen

• Analyse und exp. Simulation des Maschineneinsatzes unter Beachtung der Mensch-Maschine-Interaktion

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Mobile Arbeitsmaschinen: Konstruktive Gestaltung typischer Baugruppen

Neue Ideen

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Mobile Arbeitsmaschinen: Modellbildung und Simulation

NEINSTAND-

SICHER ?

Erfassung

JA

Analyse

Normalbetrieb

RegelbetriebUrsache

Wirkung

Aufgaben aus der Praxis

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Mobile Arbeitsmaschinen: Analyse und experimentelle Simulation des Maschineneinsatzes

Interaktiver Simulator für Arbeits-maschinen

Quelle: EF-Robotertechnik GmbH

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Mechatronik im Maschinenbau

2. Anwendungs-Modul(alternativ 1 aus 3):

Bewegungsgeführte Maschinensysteme

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Übersicht

2. Typische Teilfunktionen, Komponenten und AnforderungenAntriebssystemeLagerungs- und FührungssystemeSysteme zur BewegungswandlungFunktionsablauf- und BewegungssteuerungBasis- und Stützstrukturen

1. Mechatronischer Systemcharakter bewegungsgeführter Prozesse und MaschinenBearbeitungs- und Handhabungsprozesse und -maschinenEntwicklungspotenziale und mechatronischer Systemcharakter

7. Semester : 3 SWS

8. Semester : 7 SWS

3. Funktionell relevante Verhaltenseinflüsse und -beschreibungGeometrisch-kinematisches VerhaltenStatisches VerhaltenThermisches VerhaltenDynamisches Verhalten

4. Beispiele mechatronischer Anwendungen Modulverantwortlicher: Prof. Großmann, Fak. MW

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Praktikum

Lagegeregelter elektro-mechanischer VorschubantriebSimulationsmodell, virtuelle Inbetriebnahme, Positionierverhalten, Achstests

Praktikum (20 DS): Beispiele mechatronischer Anwendungen

Geregelte piezoelektrische Verstell- und KorrektursystemeAufbau, Einflussgrößen, Ansteuerung, Modellgestützte Korrekturwertbestimmung

am Beispiel: Mikro-Achse zur Werkzeug-Verstellung und Werkstück-Tisch zur Neigungskorrektur

Aktiv magnetisch gelagerte WZM-HauptspindelFunktionsweise, Betriebsparameter, Verhalten, Modellgestützte Ansteuerung und Regelung

Parallelkinematisches Bewegungssystem „Hexapod“Gestaltungskonzept, Arbeitsweise, Bewegungssteuerung, Transformation, Modellgestützte Fehlerkorrekturen

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Experimentalaufbau

Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Aktiv magnetisch gelagerte WZM-Hauptspindel

Dynamisches Verhalten des

Spindel-Werkzeug-Systems

740

70110

275140

70 150100

200

Ø16Ø

28

Ø68Lamellenpaket Rotor

Radialsteifigkeiten der Spindellagerung

Spindelkörper

Werkzeug

Werkzeugaufnahme

ySp,FSp yWZ, FWZBerechnungs-

modell

f1 = 695 Hz

Nachgiebigkeitsfrequenzgang an Werkzeugspitze

10-4

10-3

10-2

10-1

1

10

102

103

105

100 1000 10000f [Hz]

|yWZ/FWZ|[µm/N]

500 5000

Spindel ohne WerkzeugSpindel mit Werkzeug Länge 100mmSpindel mit Werkzeug Länge 150mmSpindel mit Werkzeug Länge 200mm

Eigenfrequenzen und Schwingungsformen

Nachgiebigkeitsfrequenzgänge

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Aktiv magnetisch gelagerte WZM-Hauptspindel

Modalanalyse am ungefesselten Modell

FEM: Spindeldynamik

Aktives Systemverhalten von

Spindel-Magnetlager-Regelung

Parametrierung des Blocks modales Ersatzsystem (MES) und Verbindung mit der Peripherie

Datenfilter: FEM – Simulation (MES)Simulation: Ansteuerung und Regelung

Auswahl der zu berücksichtigenden Eigenwerte und Modellkoordinaten

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Mechatronische Systemsimulation

Betriebsverhalten des Gesamtsystems aus Spindelsystem/WZ-Bewegungssystem/WSt-Prozess

fe14,15 2745 Hz

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Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU

Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Parallelkinematisches Bewegungssystem Hexapod

Steuerungsintegrierte, strukturmodellbasierte

Korrektur von Bewegungsfehlern ...

thermisch bedingt

elasto-statischbedingt

Neue Fertigungstechnologien mit Integration von Handhabung und Bearbeitung unter Nutzung der Bildverarbeitung für die automatisierte Fertigung von Möbelteilen aus Formholz auf dem Hexapod FELIX

Internet:www.iwm.info