Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU ...
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU ...
Vorstellung Wahlpflichtprofil: MECHATRONIK IM MASCHINENBAU ...
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<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
2 Module<br />
METHODEN:<br />
2 Module<br />
ANWENDUNGEN:<br />
Mechatronik im Maschinenbau: Übersicht<br />
Maschinenkonstruktion<br />
Hydraulik / Pneumatik<br />
Robotik<br />
1 -aus -3<br />
Mobile Arbeitsmaschinen<br />
Spezielle Fertigungsmethoden<br />
Bewegungsgeführte Maschinensysteme<br />
Profilverantwortlicher:<br />
Prof. Großmann, Fak. MW
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Mechatronik im Maschinenbau<br />
1. Methoden-Modul:<br />
Maschinenkonstruktion
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Praktikum<br />
Maschinenkonstruktion: Übersicht<br />
Entwicklungsprozess<br />
Maschinenkonstruktion<br />
PDM<br />
3D-Konstruktion<br />
Konstruktionswerkstoffe<br />
Modulverantwortlicher:<br />
Prof. Stelzer, Fak. MW
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
� Konstruktion als Teil des Engineering Prozess<br />
Wandlung des Engineering Prozesses<br />
Phasen des Entwicklungsprozesses<br />
Methoden der Wissensverarbeitung<br />
Systematisieren<br />
Lösungsfindung<br />
Variantenbewertung<br />
Konzipieren �� Entwerfen �� Gestalten<br />
Maschinenkonstruktion: Konstruktiver Entwicklungsprozess
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Aufbau von CAD-Systemen<br />
Effektive Arbeit mit CAD<br />
Aufbau und Erzeugung<br />
von 3D-Modellen<br />
Zeichnungsableitungen<br />
Freiformflächen<br />
Maschinenkonstruktion: 3D-Konstruktion<br />
SolidWorks<br />
CATIA / V5
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Lösung des technischen Problems aus der Sicht sämtlicher Werkstoffgruppen<br />
� Vermeidung „einseitiger Denkweisen“, Förderung von Innovation<br />
Werkstoffe auswählen, die zur Lösung des technischen Problems geeignet sind<br />
Maschinenkonstruktion: Konstruktionswerkstoffe<br />
Werkstoffauswahl nach:<br />
Belastungsart (Zug, Torsion, Biegung, Knickung, Beulung, Innendruck, Fliehkräfte)<br />
Bauteilgeometrie für den Leichtbau (Stäbe, Platten, Rohre, Schalen, Sandwich - und<br />
Hybridverbundbauweisen)<br />
Funktionellen Anforderungen für Federn, elastische Gelenke, Druckbehälter, ...
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Management von CAD-Modellen<br />
CAD-Schnittstellen<br />
Data Capturing<br />
Digital Mockup<br />
Virtual/Augmented Reality<br />
Workflow<br />
Engineering Collaboration<br />
Datenaustausch<br />
Supply Chain Management<br />
Replikationsverfahren<br />
Maschinenkonstruktion: Produktdatenmanagement
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Mechatronik im Maschinenbau<br />
2. Methoden-Modul:<br />
Hydraulik / Pneumatik
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Hydraulik / Pneumatik: Übersicht<br />
Hydraulik / Pneumatik<br />
Vorlesungen<br />
„Grundlagen<br />
der fluidtechnischen Antriebe und Steuerungen“<br />
„Steuerungstechnik und Mikrorechnersysteme<br />
für fluidtechnische Maschinen“<br />
„Elektrohydraulische Antriebssysteme“<br />
Praktikum<br />
„Fluidtechnik“<br />
Modulverantwortlicher:<br />
Prof. Helduser, Fak. MW
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Vorlesung „Grundlagen der fluidtechnischen Antriebe und Steuerungen“<br />
Die hydraulische und pneumatische Antriebs- und<br />
Steuerungstechnik hat die Aufgabe, Bewegungsabläufe<br />
oder Kräfte in Maschinen und Fahrzeugen<br />
zu steuern oder zu regeln.<br />
Hydraulik / Pneumatik: Grundlagen ...<br />
Inhalte der Vorlesung<br />
Hydraulik<br />
- Hydromechanische Grundlagen<br />
- Druckflüssigkeiten<br />
- Hydraulikgeräte zur Energieumformung<br />
(Verdrängermaschinen: Hydropumpen;<br />
Hydromotoren)<br />
- Steuerung und Regelung von Hydropumpen<br />
- Hydraulische Linearantriebe<br />
- Hydraulikgeräte zur Energiesteuerung und -regelung<br />
(Hydroventile für Wege-, Druck- und Stromregel-<br />
funktionen)<br />
- Hydrostatische Getriebe<br />
- Hydraulische Grundschaltungen<br />
Pneumatik<br />
- Thermodynamische Grundlagen<br />
- Druckluftversorgungsanlage<br />
- Pneumatische Komponenten
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Vorlesung „Steuerungstechnik und Mikrorechnersysteme für fluidtechnische Maschinen“<br />
Ziel: Kennenlernen gesteuerter und geregelter<br />
pneumatischer Zylinderantriebe<br />
Servohydraulischer Zylinderantrieb<br />
(geregelte Achse)<br />
Hydraulik / Pneumatik: Steuerungstechnik ...<br />
Inhalte der Vorlesung<br />
- Pneumatische und hydraulische Antriebe<br />
(Aufbaukonzepte, Servopneumatischer Antrieb)<br />
- Thermodynamische Grundlagen geregelter pneu-<br />
matischer Antriebe<br />
(Durchflussverhalten, Zustandsänderungen)<br />
- Linearisierung und Vereinfachung der Bilanz-<br />
beschreibung<br />
- Geregelter pneumatischer Antrieb<br />
(Konzepte des pneumatischen Lageregelkreises)<br />
- Auslegung von Lageregelungen<br />
Signalflußplan eines Lageregelkreises
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Vorlesung „Elektrohydraulische Antriebssysteme“<br />
U<br />
Ziel: Kennenlernen geregelter elektrohydraulischer<br />
Antriebssysteme<br />
-<br />
Ventilelektronik<br />
-<br />
U s<br />
U s<br />
A B<br />
P T<br />
Vorgesteuertes<br />
Regelventil<br />
x y<br />
A B<br />
P T<br />
Hydraulik / Pneumatik: Elektrohydraulische Antriebssysteme<br />
Inhalte der Vorlesung<br />
- Aufbau geregelter hydraulischer Antriebe<br />
- Systematik der Widerstandssteuerungen<br />
- Komponenten geregelter hydrostatischer<br />
Antriebe (Servoventile, Proportional- und<br />
Regelventile, Regelpumpen und –motore,<br />
Servozylinder und –motore)<br />
- Ventilgesteuerter Zylinderantrieb<br />
(Statisches Verhalten, Linearisierung und<br />
Übertragungsfunktionen des Antriebs-<br />
systems, Dynamisches Verhalten)<br />
- Zylinderantrieb mit Servopumpe<br />
- Regelungstechnische Behandlung elektro-<br />
hydraulischer Antriebe (Klassische Regelungs-<br />
technik, Zustandsraumbeschreibung und<br />
Beobachtertheorie, Fuzzy-Regelung zur Para-<br />
meteradaption, elektronische Baugruppen)<br />
- Intelligente elektrohydraulische Aktoren<br />
- Simulationstechnik in der Hydraulik
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Praktikum „Fluidtechnik“<br />
Ziel: Vertiefung der Kenntnisse aus Vorlesungen und<br />
Übungen, Erwerb praktischer Fähigkeiten im<br />
Umgang mit fluidtechnischen Komponenten<br />
Versuchsstand<br />
Elektrohydraulischer<br />
Achsprüfstand mit<br />
drehzahlveränderbarem<br />
Pumpenantrieb<br />
Hydraulik / Pneumatik: Praktikum<br />
Versuchsstand<br />
Hydraulische<br />
Kunststoff-<br />
Spritzgießmaschine<br />
Praktikum<br />
- Hydraulische Widerstandssteuerungen<br />
(Hydraulische Widerstandsschaltungen: Parallel-<br />
und Reihenschaltung, Analogie zur Elektro-<br />
technik, Messung hydraulischer Größen Q, p).<br />
- Stetigventile<br />
(Konstruktiver Aufbau, elektro-mechanische<br />
Umformer, elektronische Ansteuerverstärker,<br />
hydraulische Verstärkerstufe, statische und<br />
dynamische Kennlinien)<br />
- Lagegeregelter hydraulischer Antrieb I<br />
(Konstruktiver Aufbau, statische und dyna-<br />
mische Kennwerte, Geschwindigkeits-<br />
verstärkung)<br />
- Lagegeregelter hydraulischer Antrieb II<br />
(Führungs- und Störverhalten)<br />
- Elektrohydraulische Kraftregelung
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Mechatronik im Maschinenbau<br />
1. Anwendungs-Modul:<br />
Robotik
Robotik: Übersicht<br />
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Mathematik<br />
Räumliche Kinematik<br />
Prof. Bär<br />
Robotik<br />
Getriebelehre<br />
Roboterführungsgetriebe<br />
Prof. Modler<br />
Modulverantwortlicher:<br />
Prof. Modler, Fak. MW
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Räumliche Kinematik<br />
1. Elementare Raumbewegungen<br />
5. Singuläre Lagen<br />
Robotik: Räumliche Kinematik<br />
Erweiterte Matrizenalgebra, Zwanglaufbewegungen,<br />
Expotentialfunktionen für Raumbewegungen, ...<br />
2. Direkte Kinematik<br />
Serielle Roboter: Spezielle Koordinaten, Bewegungsmatrix, ...<br />
Parallele Roboter: Parallelitätsgrad, ebene und räumliche Plattformen, ...<br />
3. Inverse Kinematik<br />
Arbeitsraum, Lösung für Roboter mit Handgelenk, ...<br />
4. Geschwindigkeitsvektorfeld<br />
Geschwindigkeitsoperator, Jacobi-Matrix der direkten Kinematik, ...<br />
Rangabfall der Jacobi-Matrix, lineare Geradenkomplexe, ...
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Robotik: Roboterführungsgetriebe<br />
Roboterführungsgetriebe
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Mechatronik im Maschinenbau<br />
2. Anwendungs-Modul<br />
(alternativ 1 aus 3):<br />
Spezielle Fertigungsmethoden
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Spezielle Fertigungsmethoden: Übersicht<br />
Spezielle<br />
Fertigungsmethoden<br />
Lasertechnik Plasmatechnik<br />
Modulverantwortlicher:<br />
Prof. Beyer, Fak. MW
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Mikrobearbeitung mit Laserstrahlen im Maskenprojektionsverfahren<br />
Objektiv<br />
Maske<br />
Homogenisator<br />
PC-Steuerung<br />
Auflösungsvermögen des Objektivs bestimmt<br />
die Abmessungen der minimalen<br />
Bestrahlungsfläche: typisch: 0,5 – 5 µm<br />
Spezielle Fertigungsmethoden: Lasertechnik<br />
Laser<br />
Excimer-Laseranlage (Exitech)
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Beschichtung über die Gasphase<br />
Physikalische Dampfphasenabscheidung<br />
= Physical Vapor Deposition (PVD)<br />
• Abtrag<br />
des Beschichtungsmaterials<br />
von einem festen Target<br />
durch intensiven Energieeintrag<br />
(Strahlung, Ionen, Elektronen, Stromdurchgang)<br />
• Übertragung<br />
als Dampf/Plasma auf das Substrat<br />
Spezielle Fertigungsmethoden: Plasmatechnik
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Mechatronik im Maschinenbau<br />
2. Anwendungs-Modul<br />
(alternativ 1 aus 3):<br />
Mobile Arbeitsmaschinen
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Mobile Arbeitsmaschinen: Übersicht<br />
• Konstruktive Gestaltung typischer Baugruppen<br />
von Förder-, Bau- und Landmaschinen<br />
• Modellbildung und Simulation mobiler Arbeitsmaschinen<br />
• Analyse und exp. Simulation des Maschineneinsatzes<br />
unter Beachtung der Mensch-Maschine-Interaktion<br />
Modulverantwortlicher:<br />
Prof. Kunze, Fak. MW
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Neue Ideen<br />
Mobile Arbeitsmaschinen: Konstruktive Gestaltung typischer Baugruppen
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Aufgaben aus<br />
der Praxis<br />
Ursache<br />
Wirkung<br />
Mobile Arbeitsmaschinen: Modellbildung und Simulation<br />
Regelbetrieb<br />
Normalbetrieb<br />
Erfassung<br />
JA<br />
STAND-<br />
SICHER ?<br />
Analyse<br />
NEIN
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Interaktiver<br />
Simulator für<br />
Arbeitsmaschinen<br />
Mobile Arbeitsmaschinen: Analyse und experimentelle Simulation des Maschineneinsatzes<br />
Quelle: EF-Robotertechnik GmbH
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Mechatronik im Maschinenbau<br />
2. Anwendungs-Modul<br />
(alternativ 1 aus 3):<br />
Bewegungsgeführte Maschinensysteme
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
7. Semester : 3 SWS<br />
1. Mechatronischer Systemcharakter bewegungsgeführter<br />
Prozesse und Maschinen<br />
Bearbeitungs- und Handhabungsprozesse und -maschinen<br />
Entwicklungspotenziale und mechatronischer Systemcharakter<br />
2. Typische Teilfunktionen, Komponenten und Anforderungen<br />
Antriebssysteme<br />
Lagerungs- und Führungssysteme<br />
Systeme zur Bewegungswandlung<br />
Funktionsablauf- und Bewegungssteuerung<br />
Basis- und Stützstrukturen<br />
8. Semester : 7 SWS<br />
3. Funktionell relevante Verhaltenseinflüsse<br />
und -beschreibung<br />
Geometrisch-kinematisches Verhalten<br />
Statisches Verhalten<br />
Thermisches Verhalten<br />
Dynamisches Verhalten<br />
4. Beispiele mechatronischer Anwendungen<br />
Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Übersicht<br />
Modulverantwortlicher:<br />
Prof. Großmann, Fak. MW
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Praktikum (20 DS): Beispiele mechatronischer Anwendungen<br />
Lagegeregelter elektro-mechanischer Vorschubantrieb<br />
Simulationsmodell, virtuelle Inbetriebnahme,<br />
Positionierverhalten, Achstests<br />
Geregelte piezoelektrische Verstell- und Korrektursysteme<br />
Aufbau, Einflussgrößen, Ansteuerung, Modellgestützte Korrekturwertbestimmung<br />
am Beispiel: Mikro-Achse zur Werkzeug-Verstellung<br />
und Werkstück-Tisch zur Neigungskorrektur<br />
Aktiv magnetisch gelagerte WZM-Hauptspindel<br />
Funktionsweise, Betriebsparameter, Verhalten,<br />
Modellgestützte Ansteuerung und Regelung<br />
Parallelkinematisches Bewegungssystem „Hexapod“<br />
Gestaltungskonzept, Arbeitsweise, Bewegungssteuerung,<br />
Transformation, Modellgestützte Fehlerkorrekturen<br />
Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Praktikum
140<br />
Berechnungsmodell<br />
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Experimentalaufbau<br />
Spindelkörper<br />
740<br />
Lamellenpaket Rotor<br />
Ø68<br />
Radialsteifigkeiten der Spindellagerung<br />
Ø28<br />
275<br />
Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Aktiv magnetisch gelagerte WZM-Hauptspindel<br />
110<br />
70<br />
ySp,FSp<br />
100<br />
70 150<br />
200<br />
Werkzeug<br />
Werkzeugaufnahme<br />
Eigenfrequenzen und Schwingungsformen<br />
10 3<br />
10 5<br />
|yWZ/FWZ|<br />
[µm/N]<br />
10 2<br />
10<br />
1<br />
10 -1<br />
10 -2<br />
10 -3<br />
10 -4<br />
100<br />
Ø16<br />
yWZ, FWZ<br />
Nachgiebigkeitsfrequenzgänge<br />
f 1 = 695 Hz<br />
Nachgiebigkeitsfrequenzgang an Werkzeugspitze<br />
Spindel ohne Werkzeug<br />
Spindel mit Werkzeug Länge 100mm<br />
Spindel mit Werkzeug Länge 150mm<br />
Spindel mit Werkzeug Länge 200mm<br />
500 1000 5000 10000<br />
f [Hz]<br />
Dynamisches Verhalten<br />
des<br />
Spindel-Werkzeug-Systems
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Modalanalyse am ungefesselten Modell<br />
FEM: Spindeldynamik<br />
Parametrierung des Blocks modales Ersatzsystem (MES)<br />
und Verbindung mit der Peripherie<br />
Simulation: Ansteuerung und Regelung<br />
Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Aktiv magnetisch gelagerte WZM-Hauptspindel<br />
Aktives Systemverhalten<br />
von<br />
Spindel-Magnetlager-Regelung<br />
Auswahl der zu berücksichtigenden<br />
Eigenwerte und Modellkoordinaten<br />
Datenfilter: FEM – Simulation (MES)
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
Betriebsverhalten des Gesamtsystems<br />
aus Spindelsystem/WZ-Bewegungssystem/WSt-Prozess<br />
Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Mechatronische Systemsimulation<br />
fe14,15 2745 Hz
<strong>Vorstellung</strong> <strong>Wahlpflichtprofil</strong>: <strong>MECHATRONIK</strong> <strong>IM</strong> <strong>MASCHINENBAU</strong><br />
elastostatisch<br />
bedingt<br />
Steuerungsintegrierte,<br />
strukturmodellbasierte<br />
Korrektur von<br />
Bewegungsfehlern ...<br />
thermisch<br />
bedingt<br />
Neue Fertigungstechnologien mit Integration von Handhabung und Bearbeitung<br />
unter Nutzung der Bildverarbeitung für die automatisierte Fertigung von Möbelteilen aus Formholz auf dem Hexapod FELIX<br />
Internet:<br />
www.iwm.info<br />
Bewegungsgeführte Maschinensysteme: Parallelkinematisches Bewegungssystem Hexapod
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