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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
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
Mechatronik im Maschinenbau
1. Methoden-Modul:
Maschinenkonstruktion
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
Maschinenkonstruktion: Übersicht
Praktikum
Konstruktions-werkstoffe
Entwicklungs-prozess
3D-Konstruktion
PDM
Maschinen-konstruktion
Modulverantwortlicher: Prof. Stelzer, Fak. MW
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
Maschinenkonstruktion: Konstruktiver Entwicklungsprozess
Wandlung des Engineering Prozesses
Phasen des Entwicklungsprozesses
Methoden der WissensverarbeitungSystematisierenLösungsfindung
Variantenbewertung
Konzipieren Entwerfen Gestalten
Konstruktion als Teil des Engineering Prozess
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
Maschinenkonstruktion: 3D-Konstruktion
Aufbau von CAD-Systemen
Effektive Arbeit mit CAD
Aufbau und Erzeugung von 3D-Modellen
Zeichnungsableitungen
Freiformflächen
SolidWorksCATIA / V5
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
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, ...
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
Maschinenkonstruktion: Produktdatenmanagement
Management von CAD-Modellen
CAD-Schnittstellen
Data Capturing
Digital Mockup
Virtual/Augmented Reality
Workflow
Engineering Collaboration
Datenaustausch
Supply Chain Management
Replikationsverfahren
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
Mechatronik im Maschinenbau
2. Methoden-Modul:
Hydraulik / Pneumatik
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
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
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
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.
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
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
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
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
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
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
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
Mechatronik im Maschinenbau
1. Anwendungs-Modul:
Robotik
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
Robotik: Übersicht
GetriebelehreRoboterführungsgetriebe
Prof. ModlerProf. Bär
Robotik
MathematikRäumliche Kinematik
Modulverantwortlicher: Prof. Modler, Fak. MW
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
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
Robotik: Roboterführungsgetriebe
Roboterführungsgetriebe
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
Mechatronik im Maschinenbau
2. Anwendungs-Modul(alternativ 1 aus 3):
Spezielle Fertigungsmethoden
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
Spezielle Fertigungsmethoden: Übersicht
Spezielle Fertigungsmethoden
Lasertechnik Plasmatechnik
Modulverantwortlicher: Prof. Beyer, Fak. MW
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)
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
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
Mechatronik im Maschinenbau
2. Anwendungs-Modul(alternativ 1 aus 3):
Mobile Arbeitsmaschinen
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
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
Mobile Arbeitsmaschinen: Konstruktive Gestaltung typischer Baugruppen
Neue Ideen
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
Mobile Arbeitsmaschinen: Modellbildung und Simulation
NEINSTAND-
SICHER ?
Erfassung
JA
Analyse
Normalbetrieb
RegelbetriebUrsache
Wirkung
Aufgaben aus der Praxis
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
Mobile Arbeitsmaschinen: Analyse und experimentelle Simulation des Maschineneinsatzes
Interaktiver Simulator für Arbeits-maschinen
Quelle: EF-Robotertechnik GmbH
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
Mechatronik im Maschinenbau
2. Anwendungs-Modul(alternativ 1 aus 3):
Bewegungsgeführte Maschinensysteme
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
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
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
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
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU
Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Mechatronische Systemsimulation
Betriebsverhalten des Gesamtsystems aus Spindelsystem/WZ-Bewegungssystem/WSt-Prozess
fe14,15 2745 Hz
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