Sonstiges

  Zusammenfassungen meiner Abschlussarbeiten
   
  Konstruktion und Erprobung einer Spannvorrichtung mit Formgedächtnis-Aktorik
   
 

In einem Forschungsprojekt des Lehrstuhls für Produktionssysteme an der Ruhr-Universität Bochum wird die Verwendung von Aktoren auf Basis von Formgedächtnislegierungen (FGL) als Antrieb und Spannvorrichtung einer kleinen Werkzeugmaschine zur Präzisionsbearbeitung untersucht.

Ziel der Arbeit war es, eine kleine funktionsfähige Spannvorrichtung zu entwickeln, die durch einen FGL-Aktor betrieben werden kann und über eine zweckmäßige elektronische Steuerung verfügt.

Zur Zielerreichung wurden zunächst vorhandene Umsetzungen von bekannten Spannvorrichtungen mit konventioneller Aktorik recherchiert und analysiert, um verwendbare Konzepte und Ideen zur Realisierung zu finden.

Des Weiteren wurden die Konzepte und Wirkprinzipien der bisher bekannten Formgedächtnis-Aktoren grundlegend behandelt, um die gestellten Anforderungen an die FGL-Aktorik zu erfüllen. Für diese theoretischen Betrachtungen wurde das notwendige Grundwissen zu Formgedächtnislegierungen dargelegt.

Im Konstruktionsprozess der Spannvorrichtung wurden die Forderungen der Projektpartner bei der Auswahl der Methoden und Konzepte berücksichtigt und umgesetzt. Darüber hinaus sind weitere Kriterien gefunden worden, die zweckmäßig zu erfüllen waren.

Im weiteren Verlauf konnte der FGL-Aktor ausgewählt und entwickelt werden, der zusammen mit der konzipierten Spannkurve das Herzstück der Spannvorrichtung bildet. Außerdem wurden sämtliche Bauteilkomponenten zuerst konstruiert und dann bis zur Fertigung umgesetzt.

Mit dem fertigen Prototyp konnten die Funktionsweise und die Eigenschaften der Spannvorrichtung erprobt werden. Dazu wurden Versuche geplant und durchgeführt, um zu überprüfen, ob die gestellten Anforderungen erfüllt werden.

Nachdem die Funktionsfähigkeit der Spannvorrichtung bestätigt war, konnte eine geeignete elektrische Steuerung entworfen werden, um eine elektronisch gesteuerte Nutzung möglich zu machen.

Zuletzt wurden nach der Erprobung und der anschließenden Analyse der daraus gewonnenen Erkenntnisse einige Komponenten der Spannvorrichtung konstruktiv überarbeitet. Diese Änderungen dienen der Verbesserung des Gesamtergebnisses, auch wenn die Funktionsfähigkeit schon beim Prototypen weitestgehend vorhanden war.

Bei der abschließenden theoretischen Analyse konnten weitere Möglichkeiten zur Weiterentwicklung erarbeitet werden, die zum Beispiel hinsichtlich einer Serienfertigung bestehen, oder um Prozessschritte zu vereinfachen bzw. zu beschleunigen.

Zu guter Letzt bleibt zu resümieren, dass das Ziel der Arbeit, die Entwicklung der Spannvorrichtung mit den gegebenen Anforderungen, vollständig erreicht wurde.
   
  Video:
  Im folgenden Video ist der Prototyp der FGL-Spannvorrichtung zu sehen, in den eine Werkstückträgerplatte eingesetzt wird.
   
 
   
   
   
  Entwurf eines FGL-Hubaktors für Positionieraufgaben in der Mikrofertigung
   
 

Die Arbeit entstand ebenfalls innerhalb des Forschungsprojekts des Lehrstuhls für Produktionssysteme an der Ruhr-Universität Bochum, in dem die Verwendung von Aktoren auf Basis von Formgedächtnislegierungen (FGL) als Antrieb und Spannvorrichtung einer kleinen Werkzeugmaschine zur Präzisionsbearbeitung untersucht wird.

Ziel dieser Arbeit war es, einen kleinen funktionsfähigen FGL-Hubaktor zu entwickeln, der einen standardisierten FGL-Aktor als Antrieb nutzt. Zusätzliche alternative FGL-Aktoren für einen erweiterten Funktionsumfang konnten darüber hinaus entwickelt und verwendet werden. Insgesamt sollte der Hubaktor elektronisch steuerbar sein, um über eine geeignete Schnittstelle als zustellbare Z-Achse in das Forschungsprojekt integriert werden zu können. Die in der Bachelorarbeit entwickelte Spannvorrichtung sollte ebenfalls mittels Schnittstelle montiert werden können.

Zunächst war dazu zweckmäßig eine Recherche und Analyse etablierter Funktionsweisen von Werkzeugmaschinen-Achsen durchzuführen, um die notwendigen Grundlagen zu erarbeiten. Hierbei wurden alle relevanten Bereiche des Aufbaus und der Verwendung von Werkzeugmaschinen detailliert dargelegt.

Des Weiteren wurden die Konzepte und Wirkprinzipien der bisher bekannten Formgedächtnis-Aktoren grundlegend behandelt, um die gestellten Anforderungen an die FGL-Aktorik zu erfüllen. Für diese theoretischen Betrachtungen wurde das notwendige Grundwissen zu Formgedächtnislegierungen dargelegt. Darüber hinaus war es notwendig, die Spezifikationen des zu nutzenden FGL-Standardaktor zu berücksichtigen, um diesen möglichst effizient einsetzen zu können.

Im Entwicklungsprozess des Hubaktors wurden die Anforderungen der Projektpartner und des Projektverantwortlichen vor Ort bei der Auswahl der Methoden und Konzepte berücksichtigt und umgesetzt. Darüber hinaus sind weitere Kriterien gefunden worden, die zweckmäßig zu erfüllen waren. Die Entwicklung wurde in Anlehnung an die VDI 2221 durchgeführt, um systematisch die bestmögliche Anwendungslösung zu generieren.

Im weiteren Verlauf konnten zusätzliche FGL-Aktoren zur Funktionserweiterung konzipiert und entwickelt werden. Anschließend wurden sämtliche Bauteilkomponenten konstruiert und deren Zusammenbau simuliert. Hieraus resultierten Fertigungszeichnungen, aus denen ein Prototyp hergestellt wurde.

Mit dem fertigen Prototyp konnten die Funktionsweise und die Eigenschaften der Hubvorrichtung erprobt werden. Dazu wurden Versuche geplant und durchgeführt, um zu überprüfen, ob die gestellten Anforderungen erfüllt werden. Nachdem die Funktionsfähigkeit des Hubaktors bestätigt war, konnte eine mathematische Funktion zum Einsatz der Standardaktorsteuerung aufgestellt werden. Zusätzlich wurden Steuerungskonzepte zur automatisierten Verwendung der übrigen Aktoren entwickelt.

Zuletzt wurden nach der Erprobung und der anschließenden Analyse der daraus gewonnenen Erkenntnisse einige Komponenten der Hubvorrichtung konstruktiv überarbeitet. Diese Änderungen dienen der Verbesserung des Gesamtergebnisses, auch wenn die Funktionsfähigkeit schon beim Prototyp weitestgehend vorhanden war. Bei der abschließenden theoretischen Analyse konnten weitere Möglichkeiten zur Weiterentwicklung erarbeitet werden, die zum Beispiel hinsichtlich einer Serienfertigung bestehen, oder um Prozessschritte zu vereinfachen bzw. zu beschleunigen.

Zu guter Letzt bleibt zu resümieren, dass das Ziel der Arbeit, die Entwicklung eines Hubaktors als Z-Achse einer Werkzeugmaschine mit den gegebenen Anforderungen, vollständig erreicht wurde.
   
  Video:
  Im folgenden Video ist der Prototyp der Hubvorrichtung bei verschiedenen Arbeitsbewegungen zu sehen. Die Einblendung oben rechts zeigt an, welcher FGL-Aktor aktiviert ist. Im Verlauf des Videos wird oben links ein Videoausschnitt eingeblendet, in dem die Funktionsweise des FGL-Arretierungsaktors zu erkennen ist. Wird die Arretierung letztlich gelöst, fällt die Plattform in die Nullstellung, da die Standardaktoren während der Arretierung deaktiviert sind.
   
   
   
   


 
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