Mechanismus für Mechanismen

Software - Kurven- und servogesteuerte Maschinen -erreichen besonders hohe Leistung und Verarbeitungsqualität, wenn die Bewegungsabläufe nach dynamischen Kriterien -optimiert werden.

21. Juli 2006

Komplexe Bewegungsabläufe erfordern eine optimale Abstimmung. Bewegungsüberschneidungen sollen ausgenutzt, Beschleunigungen und Kräfte minimiert werden. Die Simulation und dynamische Bewertung im Vorfeld geben Sicherheit, ob und mit welcher Taktleistung ein Maschinenprototyp laufen wird. Der Anwender kann so die passenden Motoren, Getriebe und Kurvenbaugrößen in kurzer Zeit auswählen.

Die Software »Optimus Motus« ist von Nolte NC-Kurventechnik aus Bielefeld speziell für die Simulation und Optimierung von Mechanismen entwickelt worden. Die aufgabennahen und praxisorientierten Funktionen zur Analyse und Auswertung ermöglichen es, 20 und mehr Kurven zu konfigurieren.

Der Bediener muss keine besondere Ausbildung in Mechanismendynamik haben, um zu harmonisch laufenden Antrieben zu kommen. Er baut mit wenigen Funktionen ein Simulationsmodell auf. wobei ihn ein grafischer Editor für den Bewegungsplan mit verschiedene Automatismen und Gegenprüfungen unterstützt.

Die Gestaltung eines weichen, harmonischen Bewegungsdiagramms ist das A und O für die Leistungsfähigkeit einer Maschine. Optimus Motus implementiert die allgemein verbreitete VDI-Richtlinie 2143 und bietet darüber hinaus automatische Randwertanpassungen, eine stetige dritte und vierte Ableitung, verallgemeinerte Sinuskombinationen, numerisch optimierte Polynome, Splines mit Glättung und numerisch optimierte HS-Profile zur aktiven Schwingungsreduktion. Der Editor bietet immer automatisch ein ruckfreies und numerisch optimiertes Diagramm über die Bewegung an, sobald sich die Eckdaten des Bewegungsplanes verändern. Dabei kann der Bediener die von Optimus Motus vorgeschlagenen Bewegungsgesetze übernehmen. Er erhält so ein Bewegungsdiagramm, das den gängigen Auslegungsmethoden für Kurven entspricht. Will er die Bewegung optimieren, legt er Bewegungsgesetztypen, Parameter und Gestaltungsrichtlinien über Dialogfenster fest.

Sehr viele Parameter

In Optimus Motus sind Mechanismen beliebig komplexe Kombinationen aus Koppelgetrieben, Zahnrädern, Zahnstangen, Unrundrädern, Riemen, Ketten, Kurven, Schrittgetrieben und Servoantrieben. Der Anwender kann die Bewegungsabläufe dabei kinematisch mit Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung und kinetostatisch unter Einfluss von Massen, Federn, Gravitation und Reibung mit Kräften und Momenten bewerten.

Eine kinematische Simulation zeigt, ob Kollisionen auftreten beziehungsweise wie weit kollisionsgefährdete Teile aneinander vorbeilaufen. Auf Basis dieser Simulationen lässt der Bediener die Bewegungen im Bewegungsplan zeitlich so weit überschneiden, dass Kollisionen knapp vermieden werden. Die Simulation stellt insbesondere den Fluss des Produkts durch die Maschine dar. Die Bewertung von Kurvenscheiben, Zylinderkurven und Globoidkurven sowie Schrittschaltgetriebe erfolgt durch die Parameter Übertragungswinkel, Krümmungsradius oder Hertzsche Pressung. Mithilfe eines elektronischen Katalogs berechnet die Software daraus Lebensdauer und Pressung für geeignete Standardkurvenrollen.

Dynamische Auslegung

Zur dynamischen Auslegung von Servoantrieben wendet Optimus Motus dynamische Aspekte wie Maximal- und Effektivmoment, Drehzahl, Regelbarkeit oder Gerätekompatibilität an. Sie sind die Grundlage der Bewertung von Motor-Getriebe-Kombinationen. Das Programm bietet einen umfangreichen Motoren- und Getriebekatalog mit automatischem Auswahlmodus, aus dem der Anwender die optimale Lösungen für die jeweilige Bewegungsaufgabe auswählt.

Erzeugt werden auch Quelltexte für Bewegungsprogramme in den Sprachen C oder Strukturierter Text. Sie bilden den Bewegungsplan aus Optimus Motus ab. SPS-Programmierer binden die Bewegungsprogramme dann in die Software zur Maschinensteuerung ein, um die Servoverläufe direkt dort berechnen zu lassen. Für ebene und räumliche Kurven erzeugt die Software NC-Programme für das Fräsen und Schleifen. Eine Zirkularinterpolation bewirkt bei Kurvenscheiben besonders glatte Oberflächen, bei Schrittschaltkurven übernehmen dies spezielle Optimierungen an den NC-Programmen.

Das Parametrikmodul unterstützt den Anwender bei der Suche nach Koppelgetrieben. Zunächst baut er ein Simulationsmodell für die von ihm favorisierte Mechanismenstruktur auf und definiert Parameter, die im Sinne guter Lösungen verändert werden dürfen. Dann legt er eine Zielfunktion fest, die als Qualitätskriterium für einen gegebenen Mechanismus dient.

Dem Ziel annähern

In die Zielfunktion können alle Verläufe für Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung sowie Kraft und Moment eingehen. Die Gestaltung ist frei. Die Software ermittelt daraufhin Parameterkombinationen mit guten bis optimalen Werten. Das Parametrikmodul baut im nächsten schritt ein allgemeines Simulationsmodell auf. Um ein konkretes Modell zu erhalten, gibt der Anwender die reale Länge, Breite und Höhe über eine Dialogbox ein. Im Bewegungsplan lässt sich jedes Format dynamisch optimal verarbeiten.

Um die Leistungsfähigkeit der Maschine zu beurteilen, geht das Software-Programm das gesamte Spektrum in einem definierbaren Raster durch und führt für jedes Produktformat automatisch eine Simulation und eine dynamische Bewertung durch.

Rainer Nolte, Nolte

Erschienen in Ausgabe: DIGEST/2006