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antriebstechnik 8/2015

antriebstechnik 8/2015

ELEKTROMOTOREN Auf dem

ELEKTROMOTOREN Auf dem Weg zum „mitdenkenden“ Antrieb Projekt zur Selbstoptimierung von Holzbearbeitungsmaschinen mit Antriebstechnik Mirco Therolf Bei der Frage nach den Werkzeugen und Strategien, mit denen sich vorhandene Antriebssysteme und -anwendungen verbessern lassen, bietet die Selbstoptimierung vielversprechende Aussichten. Das zeigt ein Projektbeispiel des Spitzenclusters it´s OWL. Bei einer Bohrspindel konnte die Bohrgeschwindigkeit glatt verdoppelt und der Energiebedarf signifikant reduziert werden. Mirco Therolf M.Sc ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor Leistungselektronik und Elektrische Antriebe bei der Hochschule Ostwestfalen-Lippe in Lemgo 42 antriebstechnik 8/2015

ELEKTROMOTOREN In den einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs steckt zweifellos immer noch Verbesserungspotenzial − das zeigen die Innovationen der einschlägigen Herstel ler. Aber seit ein großer Anteil der elektrischen Antriebe von Maschinen und Anlagen elektronisch gesteuert beziehungsweise geregelt wird, besteht in dem elektronischen Teil bzw. in der intelligenten Kombination von Mechanik, Elektrotechnik und Elektronik/ Steuerungstechnik (=Mechatronik) sicherlich der größte „Hebel“ für Optimierungsmaßnahmen. Bei allen Fortschritten, die der Einzug der Mechatronik in die Antriebstechnik ermöglicht hat, gilt heute jedoch immer noch der Grundsatz: Die Steuerung, und mit ihr das gesamte Antriebssystem, ist nur insofern intelligent, als intelligente Menschen für die Entwicklung und Programmierung verantwortlich sind. Eigene, inhärente Intelligenz besitzt der Antrieb (noch) nicht. Die Nutzung moderner Steuerungstechnik schafft aber die Voraussetzung dafür, selbstoptimierende (Antriebs-)Systeme zu entwickeln, die mit inhärenter Teilintelligenz ausgestattet und in der Lage sind, auf sich verändernde Umgebungsbedingungen zu reagieren. „Teilintelligenz“ deshalb, weil die Antriebe nur definierte Bedingungen erkennen und sich entsprechend anpassen können und weil die Art und Weise, wie sie dies tun, wiederum vom Menschen entwickelt und in die Maschinen bzw. Antriebe implementiert wird. Querschnittsprojekt „Selbstoptimierung“ Dieses Ziel verfolgt das Querschnittsprojekt „Selbstoptimierung“ im Rahmen des Technologie-Netzwerkes „it‘s OWL − Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe“. In diesem Netzwerk entwickeln über 170 Unternehmen und Forschungseinrichtungen in 46 Projekten gemeinsam Lösungen für intelligente Produkte und Produktionssysteme. Das Spektrum reicht von intelligenten Automatisierungs- und Antriebslösungen über Maschinen, Fahrzeuge und Hausge räte bis zu vernetzten Produktionsanlagen − und zu intelligenten Antriebssystemen. Die Projektpartner entwickeln ein Instrumentarium für die Integration der Selbstoptimierung in die maschinenbaulichen 01 Verschiedene Bohrungsarten im Möbelbau Systeme von morgen. Ein Transferkonzept ermöglicht die Übertragung der neuentwickelten Technologien für eine Vielzahl insbesondere von kleinen und mittelständischen Unternehmen. Übertragung der Ergebnisse in die Praxis Wie lassen sich Antriebssysteme durch Selbstoptimierung verbessern? Dieser Frage ging u. a. das it´s OWL-Selbstoptimierungs-Projekt „NoVHoW“ (Neuartiger selbstoptimierender Vorschub für das Hochleistungsbohren von direkt angetriebenen Werkzeugen im mechatronischen Systembaukasten) nach, das federführend vom Labor Leistungselektronik und Elektrische Antriebe der Hochschule Ostwestfalen-Lippe in Lemgo durchgeführt wurde. Die aktuellen (und auch die älteren) Generationen von Holzbearbeitungsmaschinen sind mit Bohrköpfen mit mehreren Spindeln ausgestattet. Weil immer alle Spindeln gleichzeitig angetrieben werden, auch wenn für einen Bohrprozess nur eine einzige benötigt wird, ist der Energieverbrauch relativ hoch, ebenso der Wartungsaufwand. Die mitfahrenden Massen beeinträchtigen die Dynamik, und das System ist keinesfalls flexibel. Darüber hinaus müssen die Spindeln für unterschiedliche Bauteile immer neu eingestellt werden. Das Bohren kann daher die Produktivität der gesamten Möbelproduktion beeinträchtigen und ist in der Praxis in der Tat häufig ein „bottleneck“ im Fertigungsprozess. Hier besteht also Verbesserungspotenzial, das mit den Mitteln der Selbstoptimierung erschlossen werden kann. Genauer gesagt: durch die Konzeption eines adaptiven Antriebs, der auf die Umgebungsbedingungen reagiert, wobei man zentrale Istwerte nicht durch Sensoren im Bohrwerkzeug erfassen muss, sondern wiederum Kennwerte des Antriebs nutzen kann. Im ersten Schritt des Projektes wurden die Bohranwendungen in bestehenden Holzbearbeitungsmaschinen in Hinblick auf wichtige Prozessparameter wie Werkzeuggeometrie, Drehzahl, Geschwindigkeit, Material, Bohrtiefe und -genauigkeit genau analysiert. Vor allem die Interdepenzen dieser Parameter − zum Beispiel die Abhängigkeit zwischen Schnittmoment und Vorschub – waren dabei von Interesse. Aus diesen Untersuchungen wurden Anforderungen an selbstoptimierende Bohrprozesse spezifiziert. Im zweiten Schritt konstruierten die Projektbeteiligten einen Demonstrator für die antriebstechnik 8/2015 43

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