Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU. Maschinenkonstruktion. Hydraulik / Pneumatik. Robotik

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

2 1. Methoden-Modul: Maschinenkonstruktion Mechatronik im Maschinenbau

3 Entwicklungsprozess 3D-Konstruktion Praktikum Maschinenkonstruktion PDM Konstruktionswerkstoffe Modulverantwortlicher: Prof. Stelzer, Fak. MW Maschinenkonstruktion: Übersicht

4 Entwicklungsprozess Konstruktion als Teil des Engineering Prozess Wandlung des Engineering Prozesses Phasen des Entwicklungsprozesses Methoden der Wissensverarbeitung Systematisieren Lösungsfindung Variantenbewertung Konzipieren Entwerfen Gestalten Maschinenkonstruktion: Konstruktiver Entwicklungsprozess

5 3D-Konstruktion Aufbau von CAD-Systemen SolidWorks CATIA / V5 Effektive Arbeit mit CAD Aufbau und Erzeugung von 3D-Modellen Zeichnungsableitungen Freiformflächen Maschinenkonstruktion: 3D-Konstruktion

6 Konstruktionswerkstoffe Lösung des technischen Problems aus der Sicht sämtlicher Werkstoffgruppen Vermeidung 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,...) Maschinenkonstruktion: Konstruktionswerkstoffe

7 PDM Management von CAD-Modellen CAD-Schnittstellen Data Capturing Digital Mockup Virtual/Augmented Reality Workflow Engineering Collaboration Datenaustausch Supply Chain Management Replikationsverfahren Maschinenkonstruktion: Produktdatenmanagement

8 2. Methoden-Modul: Hydraulik / Pneumatik Mechatronik im Maschinenbau

9 Hydraulik / Pneumatik Vorlesungen Grundlagen der fluidtechnischen Antriebe und Steuerungen Steuerungs- und Regelungstechnik pneumatischer Antriebe Praktikum Fluidtechnik Elektrohydraulische Antriebssysteme Modulverantwortlicher: Prof. Weber, Fak. MW Hydraulik / Pneumatik: Übersicht

10 Grundlagen der fluidtechnischen Antriebe und Steuerungen Ziel der LV: Einführung in die physikalischen Grundlagen, den methodischen Aufbau und die Funktionsweise der wichtigsten Bauelemente sowie die schaltungstechnischen Grundlagen zur Auslegung einfacher Systeme für den Maschinenbau. Vorlesungsinhalte: Hydromechanische Grundlagen Eigenschaften von Druckflüssigkeiten Aufbau und Funktionsweise von Pumpen, Ventilen, Speichern,... Grundschaltungen Hydrostatische Getriebe Grundlagen der Pneumatik Hydraulik / Pneumatik: Grundlagen...

11 Steuerungs- und Regelungstechnik pneumatischer Antriebe Ziel der LV: Befähigung zur Analyse und Auslegung pneumatischer Antriebssysteme sowie deren Ansteuerung. Berücksichtigung der Besonderheiten des Druckmediums Luft. Vorlesungsinhalte: Physikalische Grundlagen pneumatischer Antriebe Komponenten und Grundschaltungen Steuerungstechnik (SPS und BUS-Systeme) Geregelte Pneumatische Antriebe Hydraulik / Pneumatik: Steuerungstechnik...

12 Elektrohydraulische Antriebssysteme Ziel der LV: Praxisgerechter Entwurf geregelter elektrohydraulischer Systeme, deren Integration in das Gesamtkonzept einer Maschinensteuerung sowie die Nutzung der Rechnersimulation als Projektierungswerkzeug. Vorlesungsinhalte: Ventilgesteuerter Zylinderantrieb Aufbau und Funktionsweise Mathematische Beschreibung Regelstrecke und Regelkreis Regelungskonzepte Hydraulik / Pneumatik: Elektrohydraulische Antriebssysteme

13 Praktikum fluidtechnische Antriebe und Steuerungen Ziel der LV: Vertiefung der Kenntnisse aus Vorlesungen und Übungen. Vermittlung praktischer Fähigkeiten im Umgang mit den fluidtechnischen Komponenten und Systemen einschließlich der elektronischen Regler. Inhalte (5 Versuche): Hydraulische Grundschaltungen Aufbau und Übertragungsverhalten von Stetigventilen Übertragungseigenschaften des ventilgesteuerten Zylinderantriebes (Regelstrecke) Elektrohydraulischer Lageregelkreis Pneumatikantrieb Hydraulik / Pneumatik: Praktikum

14 1. Anwendungs-Modul: Robotik Mechatronik im Maschinenbau

15 Mathematik Räumliche Kinematik Prof. Bär Getriebelehre Roboterführungsgetriebe Prof. Modler Robotik Automatisierungstechnik Steuerung von Robotersystemen Prof. Janschek Fertigungstechnik Laserrobotik / Lasertronik Prof. Beyer Modulverantwortlicher: Prof. Modler, Fak. MW Robotik: Übersicht

16 Räumliche Kinematik 1. Elementare Raumbewegungen Erweiterte Matrizenalgebra, Zwanglaufbewegungen, Expotentialfunktionen für Raumbewegungen, Direkte Kinematik Serielle Roboter: Spezielle Koordinaten, Bewegungsmatrix,... Parallele Roboter: Parallelitätsgrad, ebene und räumliche Plattformen, Inverse Kinematik Arbeitsraum, Lösung für Roboter mit Handgelenk, Geschwindigkeitsvektorfeld Geschwindigkeitsoperator, Jacobi-Matrix der direkten Kinematik, Singuläre Lagen Rangabfall der Jacobi-Matrix, lineare Geradenkomplexe,... Robotik: Räumliche Kinematik

17 Roboterführungsgetriebe Robotik: Roboterführungsgetriebe

18 Steuerung von Robotersystemen Ziel Grundlegende Steuerungs- und Regelungskonzepte für Robotersysteme - Einführung Industrierobotik m 2,I 2 0,75 P A P 2 - Vorwärtskinematik - Inverse Kinematik Yˆ 0 a 2 l 2 θ 2 m M,1,I M,2 g 0 0,75 P 3 1,5 - Trajektorien l 1 I M,1 a 1 m 1,I 1 θ 1-0,75 P 4 P E - Roboterdynamik - Positionsregelung Yˆ 0 - Kraftregelung Übungsaufgaben Matlab Simulink ˆX 0 Robotik: Steuerung von Robotersystemen

19 Laserrobotik / Lasertronik Laserrobotik : Synthese verschiedener Lasersysteme und unterschiedlicher Robotersysteme Kombination von Hochleistungsdiodenlasern mit Knickarmrobotern Kombination von CO 2 -Lasern mit einem 5-Achs-Portal-Roboter zum Schweißen von Flugzeugkomponenten Robotik: Laserrobotik/Lasertronik

20 Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU Laserrobotik / Lasertronik Lasertronik : Anpassung von Robotersteuerungen an Laserbearbeitungen Adaption der Strahlführung an das Laserschweißen oder -schneiden Ein Scanner erzeugt die Kontur... Robotik: Laserrobotik/Lasertronik... und ein Roboter bewegt sich auf einem homogenen Pfad.

21 2. Anwendungs-Modul (alternativ 1 aus 3): Spezielle Fertigungsmethoden Mechatronik im Maschinenbau

22 Spezielle Fertigungsmethoden Lasertechnik Plasmatechnik Modulverantwortlicher: Prof. Beyer, Fak. MW Spezielle Fertigungsmethoden: Übersicht

23 Lasertechnik Mikrobearbeitung mit Laserstrahlen im Maskenprojektionsverfahren Maske Homogenisator Laser Objektiv PC-Steuerung Auflösungsvermögen des Objektivs bestimmt die Abmessungen der minimalen Bestrahlungsfläche: typisch: 0,5 5 µm Excimer-Laseranlage (Exitech) Spezielle Fertigungsmethoden

24 Plasmatechnik Beschichtung über die Gasphase Physikalische Dampfphasenabscheidung = Physical Vapor Deposition (PVD) Abtrag des Beschichtungsmaterials von einem festen Target durch intensiven Energieeintrag (Strahlung, Ionen, Elektronen, Stromdurchgang) Übertragung als Dampf/Plasma auf das Substrat Spezielle Fertigungsmethoden

25 2. Anwendungs-Modul (alternativ 1 aus 3): Mobile Arbeitsmaschinen Mechatronik im Maschinenbau

26 Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU 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 Modulverantwortlicher: Prof. Kunze, Fak. MW Mobile Arbeitsmaschinen: Übersicht

27 Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU Neue Ideen Mobile Arbeitsmaschinen: Konstruktive Gestaltung typischer Baugruppen

28 Aufgaben aus der Praxis Ursache Regelbetrieb Normalbetrieb JA STAND- SICHER? NEIN Erfassung Wirkung Analyse Mobile Arbeitsmaschinen: Modellbildung und Simulation

29 Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU Interaktiver Simulator für Arbeitsmaschinen Quelle: EF-Robotertechnik GmbH Mobile Arbeitsmaschinen: Analyse und experimentelle Simulation des Maschineneinsatzes

30 2. Anwendungs-Modul (alternativ 1 aus 3): Bewegungsgeführte Maschinensysteme Mechatronik im Maschinenbau

31 Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU 7. Semester : 3 SWS 1. Mechatronischer Systemcharakter bewegungsgeführter Prozesse und Maschinen 2. Typische Teilfunktionen, Komponenten u. Anforderungen 8. Semester : 7 SWS 3. Funktionell relevante Verhaltenseinflüsse und -beschreibung 4. Beispiele mechatronischer Anwendungen Praktikum (20 DS) Lagegeregelter elektro-mechanischer Vorschubantrieb Geregelte piezoelektrische Verstell- und Korrektursysteme Aktiv magnetisch gelagerte WZM-Hauptspindel Parallelkinematisches Bewegungssystem Hexapod Modulverantwortlicher: Prof. Großmann, Fak. MW Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Übersicht

32 Experimentalaufbau Datenfilter: FEM Simulation (MES) Auswahl der zu berücksichtigenden Eigenwerte u. Modellkoordinaten Berechnungsmodell Spindelkörper Lamellenpaket Rotor Ø68 Radialsteifigkeiten der Spindellagerung Eigenfrequenzen und Schwingungsformen Ø ysp,fsp Werkzeug Werkzeugaufnahme Ø16 ywz, FWZ FEM: Spindeldynamik Modalanalyse am ungefesselten Modell Parametrierung des modalen Ersatzsystem (MES) und Verbindung mit der Peripherie Simulation: Ansteuerung und Regelung Nachgiebigkeits- 10frequenzgänge 5 ywz/fwz [µm/n] f 1 = 695 Hz Nachgiebigkeitsfrequenzgang an Werkzeugspitze Spindel ohne Werkzeug Spindel mit Werkzeug Länge 100mm Spindel mit Werkzeug Länge 150mm Spindel mit Werkzeug Länge 200mm Dynamisches Verhalten des Spindel- Werkzeug- Systems f [Hz] Aktives Systemverhalten von Spindel-Magnetlager-Regelung Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Aktiv magnetisch gelagerte WZM-Hauptspindel

33 Betriebsverhalten des Gesamtsystems aus Spindelsystem/WZ-Bewegungssystem/WSt-Prozess Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Mechatronische Systemsimulation

34 elastostatisch bedingt Steuerungsintegrierte, strukturmodellbasierte Korrektur von Bewegungsfehlern... thermisch bedingt 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: Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Parallelkinematisches Bewegungssystem Hexapod

35 Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU Werkzeugmaschinen-Versuchsfeld geöffnet am Do. 12. Juli 2012 ab 12:30 Uhr Info-Theke zum Hauptstudium Grillwürste Getränke Kutzbach-Bau Eingang Halle von Seite Berndt-Bau Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Neugierig?