Mikroumformen

Kontrollierte Präzision einer Mikroumformmaschine

Seite: 2/2

Firmen zum Thema

In Bild 3 sind exemplarisch zwei resultierende Kraft-Weg-Diagramme für die Achsenhübe s2 (oben) und s5 (unten) abgebildet. Sobald die Kraft den Wert null annimmt, ist die Beschleunigung beziehungsweise Verzögerung der Achse abgeschlossen und die jeweilige Zielgeschwindigkeit erreicht. Es ist ersichtlich, dass, je höher die Zielgeschwindigkeit gewählt wurde, desto mehr Weg für die Beschleunigung oder Verzögerung verfahren wird. Im Falle von 1700 mm/s wird die Zielgeschwindigkeit nicht erreicht, da die Beschleunigungsphase direkt in die Verzögerungsphase übergeht. An dieser Stelle fällt auf, dass der entgegengesetzte Hub s5 einen deutlich kürzeren Weg für den Wechsel von Beschleunigung auf Verzögerung benötigt (senkrechte Markierungen in Bild 3). Im Anschluss an die Beschleunigungsumkehr treten Überschwinger und im weiteren Verlauf Schwankungen der Beschleunigung auf.

Lageregelung der Maschinenachse agiert positions- und richtungsabhängig

Aus den dargestellten Kraft-Weg-Diagrammen in Bild 2 wird ersichtlich, dass die Lageregelung der Maschinenachse positions- und richtungsabhängig agiert, da keine Punktsymmetrie um den mittleren Weg von 15 mm erkennbar ist. Während bei einer Abwärtsbewegung s2 geringere Beschleunigungsraten (Ruck) auftreten, sind diese in einer Aufwärtsbewegung s5 deutlich höher. Das Abbremsen der Bewegung führt jedoch zu einer unstetigen Verzögerung, bedingt durch ein Schwingen des Regelkreises, bei dem sogar die interne Beschleunigungsbegrenzung überschritten wird. Aufgrund der Anzahl der durchgeführten Wiederholungen von zehn Messungen pro Hub ist eine messfehlerbedingte Abweichung an dieser Kurve auszuschließen.

Bildergalerie

Da der Ursprung dieser Abweichungen im Rahmen dieser Untersuchung nicht abschließend geklärt werden kann, wird zukünftig auf die Verwendung dieser Hubparameter für wissenschaftliche Untersuchungen verzichtet, bis eine Klärung herbeigeführt worden ist. Die Achssolllagen werden bei unterschiedlichen Zielgeschwindigkeiten im Rahmen der Messunsicherheit des integrierten Wegmesssystems (< 5 μm) genau erreicht. Daraus lässt sich ableiten, dass die übergeordnete Lageregelung, unbeeinflusst von wechselnden Beschleunigungen und Geschwindigkeiten bedingt durch die inneren Regelkreise, die Sollposition sicher anfahren kann. Bei einer Hubhöhe von 30 mm und einer Zielgeschwindigkeit von 1000 mm/s kann der Verfahrweg von 10 bis 22,5 mm für einen Umformprozess bei konstanter Geschwindigkeit genutzt werden.

Einfaches Messverfahren zeigt dynamisches Verhalten der Mikroumformmaschine

Abschließend kann festgehalten werden, dass mittels eines einfachen Messverfahrens basierend auf der Massenträgheit das dynamische Verhalten einer Mikroumformmaschine beurteilt werden kann. Es wurde festgestellt, dass die Beschleunigungsregelung der Mikroumformmaschine mit steigender Zielgeschwindigkeit zunehmende Abweichungen von einem konstanten Beschleunigungsverhalten zeigt. Diese Erkenntnisse können zukünftig dafür eingesetzt werden, die Umformprozesse effizienter und robuster zu gestalten, wie sie zum Beispiel im Forschungsprojekt Stempelgeschwindigkeit 2 derzeit untersucht werden.

Die Autoren danken der DFG für die Förderung des Projekts „Stempelgeschwindigkeit 2“ (Vo530/42-2) und „Prozessstabilität 2“ des Sonderforschungsbereichs 747 Mikrokaltumformen sowie Malte Häßler und Jan Plieth, Schülern der Oberstufe des Gymnasiums Horn, die diese Untersuchungen im Rahmen ihrer Facharbeit durchgeführt haben.

* Hendrik Tetzel war wissenschaftlicher Mitarbeiter am BIAS – Bremer Institut für angewandte Strahltechnik in 28359 Bremen, Annika Bohlen ist dort studentische Hilfskraft

(ID:44254843)