Table Of Content6 6
OJ
[}J IT] [TI
=
Forschung und Praxis
Band 183
Berichte aus dem
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik
und Automatisierung (IPA), Stuttgart,
Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft
und Organisation (lAO), Stuttgart,
Institut fOr Industrielle Fertigung und
Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart und
Institut fOr Arbeitswissenschaft und
Technologiemanagement, Universitat Stuttgart
Herausgeber: H. J. Warnecke und H.- J. Bullinger
G. Krull
Automatisierung
der Justage von
Drehankerrelais
Mit 59 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo
Hong Kong Barcelona
Budapest 1993
Dipl.-Ing. G. KrOll
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnlk und Automatisierung (IPAI, Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Dr.-Ing. E. h. H. J. Warnecke
o. Professor an der UnlversltAt Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Produktlonstechnik und Automatisierung (IPAI, Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. H.-J. Bullinger
o. Professor an der UniversltAt Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart
093
ISBN-13: 978-3-540-57303-6 e-ISBN-13: 978-3-642-47869-7
001: 10.1007/978-3-642-47869-7
Dieses Werk ist urheberrechtlich geschOtzt. Die dadurch begrOndeten Rechte, insbesondere
die der Obersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abblldungen und
Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder derVervlelfAltlgung auf andllren Wegen
und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugswelser
Verwertung, vorbehalten. Eine VervielfAltlgung dleses Werkes oder von Tellen dleslls Werkes
ist auch im Einzelfall nur in den Granzen der gesetzllchen Bestimmungen des Urheber
rechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland Yom 9. September 1965 In der jewells
gOltigen Fassung zulAssig. Sle ist grunds4tzlich vergOtungspflichtlg. Zuwiderhandlungen
unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes.
© Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1993.
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. In dlesem
Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche
Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebunll als frel zu betrachten
wAren und daher von jederrnann benutzt werden dOrften.
Sollte in diesem Werk dlrekt oder Indirekt auf Gesetze, Vorschrtften oder Rlchtllnlen (z. B.
DIN, VOl, VOE) Bezug genom men oder aus Ihnen zltiert worden seln, so kann derVeriag kelne
Gew4hr fOr die Richtigkeit, VoIIst4ndigkeit oder AktualitAt Obemehmen. Es empflehlt slch, ge
gebenenfalls fOr die eigenen Arbelten die volistAndlgen Vorschrtften oder Rlchtllnlen In der
jeweils gOltigen Fassung hinzuzuziehen.
Gesamtherstellung: Copydruck GmbH, Heimsheim
62/3020-6543210
Geleitwort der Herausgeber
tiber den Erfolg und das Bestehen von Unternehmen in einer
marktwirtschaftlichen Ordnung entscheidet letztendlich der
Absatzmarkt. Das bedeutet moglichst frlihzeitig absatzmarkt
orientierte Anforderungen sowie deren Veranderungen zu erkennen
und darauf zu reagieren.
Neue Technologien und Werkstoffe ermoglichen neue Produkte und
eroffnen neue Markte. Die neuen Produktions-und Informations
technologien verwandeln signifikant und nachhaltig unsere
industrielle Arbeitswelt. Politische und gesellschaftliche
Veranderungen signalisieren und begleiten dabei einen
Wertewandel, der auch in unseren Industriebetrieben deutlichen
Niederschlag findet.
Die Aufgaben des Produktionsmanagements sind vielfaltiger und
anspruchsvoller geworden. Die Integration des europaischen
Marktes, die Globalisierung vieler Industrien. die zunehmende
Innovationsgeschwindigkeit. die Entwicklung zur Freizeitge
sellschaft und die libergreifenden okologischen und sozialen
Probleme, zu deren Losung die Wirtschaft ihren Beitrag leisten
muB. erfordern von den Flihrungskraften erweiterte Perspektiven
und Antworten, die tiber den Fokus traditionellen Produktions
managements deutlich hinausgehen.
Neue Formen der Arbeitsorganisation im indirekten und direkten
Bereich sind heute schon feste Bestandteile innovativer Unter
nehmen. Die Entkoppelung der Arbeitszeit von der Betriebszeit,
integrierte Planungsansatze sowie der Aufbau dezentraler
Strukturen sind nur einige der Konzepte, die die aktuellen
Entwicklungsrichtungen kennzeichnen. Erfreulich ist der Trend,
immer mehr den Menschen in den Mittelpunkt der Arbeitsgestaltung
zu stell en - die traditionell eher technokratisch akzentuierten
Ansatze weichen einer starkeren Human- und Organisations
orientierung. Qualifizierungsprogramme. Training und andere
Formen der Mitarbeiterentwicklung gewinnen als Differenzierungs
merkmal und als Zukunftsinvestition in Human Recources an
strategischer Bedeutung.
Von wissenschaftlicher Seite muB dieses Bemtihen durch die
Entwicklung von Methoden und Vorgehensweisen zur systematischen
Analyse und Verbesserung des Systems Produktionsbetrieb
einschlieBllich der erforderlichen Dienstleistungsfunktionen
unterstlitzt werden. Die Ingenieure sind hier gefordert. in enger
Zusammenarbeit mit anderen Disziplinen, z.B. der Informatik,
der Wirtschaftswissenschaften und der Arbeitswissenschaft,
Losungen zu erarbeiten, die den veranderten RanQbedingungen
Rechnung tragen.
Die von den Herausgebern geleiteten Institute, das
- Institut fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb
der Universitat Stuttgart (IFF),
- Institut fur Arbeitswissenschaft und Technologie
management (IAT),
- Fraunhofer-Institut fur Produktionstechnik und
Automatisierung (IPA),
- Fraunhofer-Institut fur Arbeitswirtschaft und
Organisation (lAO),
arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung
intensiv an den oben aufgezeigten Entwicklungen mit. Die
Ausstattung der Labors und die Qualifikation der Mitarbeiter
haben bereits in der Vergangenheit zu Forschungsergebnissen
gefuhrt, die fur die Praxis von groBem Wert waren. Zur Umsetzung
gewonnener Erkenntnisse wird die Schriftenreihe "IPA-IAO -
Forschung und Praxis" herausgegeben. Der vorliegende Band setzt
diese Reihe fort. Eine Ubersicht uber bisher erschienene Titel
wird am SchluB dieses Buches gegeben.
Dem Verfasser sei fur dle geleistete Arbeit gedankt, dem
Springer-Verlag fur die Aufnahme dieser Schriftenreihe in seine
Angebotspalette und der Druckerei fur saubere und zugige
Ausfuhrung. Mage das Buch von der Fachwelt gut aufgenommen
werden.
H.J.Warnecke H.-J. Bullinger
Vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitar
beiter am Fraunhofer-Institut fur Produktionstechnik und Automatisierung (IPA),
Stuttgart.
Mein besonderer Dank gilt dem Leiter des Instituts, Herrn Professor Dr. h.c. mult.
Dr.-Ing. H.J. Warnecke, fUr seine groBzugige UnterstUtzung und F6rderung, die ent
scheidend zur erfolgreichen Durchfuhrung dieser Arbeit beigetragen hat.
Herrn Professor Dipl.-Ing. A. Jung danke ich fUr die Obernahme des Mitberichtes, die
eingehende Durchsicht und die wertvollen Hinweise, die sich aus der anschlieBenden
Diskussion ergaben.
Herrn Professor Dr.-Ing. A.-D. Schraft, Herrn Dr.-Ing. M. Schweizer und der Vielzahl
weiterer Kollegen danke ich an dieser Stelle fUr die anregenden Gesprache und die
kritischen Diskussionen. Hierbei ist besonders die wertvolle Unterstutzung durch
Herrn Dr.-Ing. U. Schweigert zu erwahnen.
Ganz besonders danke ich aber meiner Frau Silvia und meiner Tochter Juliana, ohne
deren Verstandnis fur haufige Entbehrungen und deren Motivierung diese Arbeit nicht
gelungen ware.
Stuttgart, Juni 1993 Georg Krull
INHALTSVERZEICHNIS
0 AbkOrzungen und Formelzeichen 13
1 Einleltung 17
1.1 Problemstellung 17
1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise 18
2 Ausgangssituation 19
2.1 Begriffe und Definitionen 19
2.2 Stand der Technik 22
2.2.1 Relaisjustage 22
2.2.2 Biegejustage 23
2.2.3 Regelsysteme fUr multifunktional verflochtene Justage-
kreise 24
3 Analyse und Ableitung von Anforderungen 25
3.1 Analyse des Produktspektrums 25
3.2 Analyse der Justage von Balanced-Force-Relais 26
3.2.1 Analyse des manuellen Justageablaufes 29
3.2.2 Analyse der Sensorikfunktionen 31
3.2.2.1 Messen elektrischer Parameter 31
3.2.2.2 Messen der Kontaktkrafte 31
3.2.2.3 Messen der Kontaktabstande 33
3.2.3 Analyse der Aktorikfunktionen 34
3.2.3.1 Justage der Magnetfelder von Permanentmagneten 34
3.2.3.2 Justage von Bauteilpositionen durch plastische
Verformungen 35
3.3 Foigerungen aus den Analyseergebnissen 37
-10-
3.4 Anforderungen an automatisierte Justagesysteme fOr
Balanced-Force-Relais 38
3.4.1 Gesamtsystem 38
3.4.2 Steuerungssystem zur Justage 39
3.4.3 Messen der Kontaktkrafte 39
3.4.4 Messen der Kontaktabstande 40
3.4.5 System zur Justage von Bauteilpositionen durch plastische
Verformungen 41
4 Konzeption eines Gesamtsystems fur die automatische
Justage von Balanced-Force-Relais 42
4.1 Konzeption eines Steuerungssystems zur multifunktional
verflochtenen Justage 43
4.2 Messen von Kontaktabstanden 44
4.3 Messen von Kontaktkraften 46
4.4 Verandern von Bauteilpositionen durch Biegejustieren 47
4.4.1 Untersuchungen zur Genauigkeit der Konzepte zum
Biegejustieren 51
4.4.1.1 Analytische Beschreibung der Biegejustage am
Biegebalken 51
4.4.1.2 Untersuchung des Biegejustageprozesses mit Hilfe der FEM-
Methode 54
4.4.1.3 Bewertung der konzipierten Verfahren zum Biegejustieren 59
5 Entwicklungen zum Verfahren des flieBkurvengeregelten
Biegejustierens 61
5.1 Genauigkeitsbeeintrachtigende Faktoren fUr das flieB-
kurvengeregelte Biegejustieren und Moglichkeiten zu deren
Berucksichtigung 61
5.1.1 Kinematikbedingte Faktoren 62
5.1.1.1 Winkelanderungen 62
5.1.1.2 Reibung an den Kontaktstellen 63
5.1.2 Werkstoffmechanikbedingte Faktoren
-11 -
5.1.2.1 Bauschinger-Effekt 65
5.1.2.2 Dampfung durch innere Reibung 67
5.1.2.3 Vorverformungsbewirkte Anelastizitat 68
5.1.3 Aktorbedingte Faktoren 69
5.1.3.1 Statische Nachgiebigkeiten und Spiele des Aktors 69
5.1.3.2 Dynamische Eigenschaften des Aktors 70
5.1.3.3 MeBgenauigkeit der Sensoren 73
5.1.3.4 Geschwindigkeit des Regelprozesses 73
5.1.4 Gesamtheitliche Fehlerquellenberuck-sichtigung 73
5.1.5 Steigerung der Biegegenauigkeit durch dedizierte
Entlastungssteifigkeit 74
5.2 Positionsubergreifende Direktjustage 75
6 Entwicklung eines Justagesteuerungsverfahrens auf der
Basis von Fuzzy-Loglk 78
6.1 Struktur des Steuerungssystems 78
6.2 Einrichtung und Abarbeitung des Fuzzy-Systems 79
6.3 Entwicklung von Verfahren zur Adaption des Fuzzy-Reglers
auf schwankendes Bauteilverhalten 81
6.3.1 Skalenadaption 81
6.3.2 Plausibilitats-und Termadaption 83
6.3.3 Einsatzgebiete der entwickelten Adaptionsverfahren 84
7 Versuchsaufbau und Versuchsergebnisse 86
7.1 Mechanischer Aufbau 86
7.2 System zum Biegejustieren und zur Kontaktkraftmessung 88
7.2.1 System zum Messen der Kontaktabstande 90
7.3 Steuerung 91
7.4 Justageablauf 92
7.5 Versuche zum flieBkurvengeregelten Biegejustieren 94
7.5.1 Verringerung der winkelbedingten Fehler 94
-12-
7.5.2 Verringerung der reibungsbedingten Fehler 95
7.5.3 Verringerung der Fehler durch werkstoffmechanische
Oampfung 96
7.5.4 Verringerung der Fehler durch die durch Vorverformung
bewirkte Anelastizitat 98
7.5.5 Verringerung der Fehler durch statische Nachgiebigkeiten und
Spiele des Aktors 99
7.5.6 Bewertung der Ergebnisse mit dedizierter
Entlastungssteifigkeit 100
7.5.7 Bewertung der Ergebnisse der positionsObergreifenden
Oirektjustage 101
7.6 Versuche mit der Steuerung auf der Basis von Fuzzy-Logik 102
7.6.1 Vergleich mit den Ergebnissen einer Steuerung ohne
Fuzzy-Logik 102
7.6.2 Ergebnisse mit den entwickelten Adaptionsverfahren 103
8 Zusammenfassung und Ausbllck 106
9 Literaturverzeichnis 108
