For the realization of autonomous production machines, it is necessary to enable them to independently assess the condition of their components and, in a medium-term step, inform the maintenance department about it. This requires methods that allow the reliable estimation of the condition of machine components. For the realization of a predictive maintenance strategy, it is also necessary to analyze and understand the wear progression of machine tool components in order to develop prognosis models on that basis.
As a commonly used and highly stressed machine tool component, the ball screw drive (BSD) plays a central role for the reliable operation of autonomous production machines. Previous work on condition monitoring of BSDs has been based on the indirect interpretation of the wear characteristics. In addition, the development of surface defects on the BSD has not been documented and investigated in image data yet, which has prevented the reliable implementation of a prognosis model based on direct wear signals.
The approach presented in this work documents the entire wear development on the surface of the BSD up to the mechanical failure of the component for the first time in image data. On this basis, the classification of the damage is investigated using machine learning methods for the first time, thus creating the basis for a reliable condition monitoring system. Based on this, a wear forecasting system is investigated. The functionality of the forecasting system could be demonstrated for the first time on image data of the BSD. The investigations are extended by experiments on data efficient classification by investigating a novel approach for data efficient classification of image data. The so called SBF-Net approach is validated on images of ball screw drives as well as on image data of other technical and non-technical domains. The superiority of the approach compared to state of the art models could be demonstrated.
Aktualisiert: 2023-01-30
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Im Produktionsprozess von Werkzeugmaschinen wird die Bereitstellung von Informationen bei Kugelgewindetrieben in vielen Prozessschritten nicht effizient ausgeführt. Eine Digitalisierung der Informationsübertragung kann hier einen signifikanten Vorteil erwirken.
Das Ziel dieser Arbeit ist daher die Effizienzsteigerung der Produktion von Werkzeugmaschinen durch gezielte Nutzung der bei der Herstellung von Kugelgewindetrieben entstandenen Informationen mittels herstellerübergreifender Informationsübertragung.
Zur Ermittlung der zu übertragenden Informationen wird eine Vorgehensweise zur Analyse von Produktionsprozessen entwickelt. Die Vorgehensweise wird an den Produktionsprozessen von Werkzeugmaschinen und Kugelgewindetrieben angewendet. Es wird eine Berechnungsmethode für exemplarspezifische Korrektur- und Messwerte hergeleitet. Mit dieser Methode können in sieben Schritten die Korrekturwerte für das Steuerungssystem zur Kompensation der Wegabweichung berechnet werden. Zur herstellerübergreifenden Übertragung der Informationen wird eine Lösung zur elektronischen Informationsübertragung zwischen den Herstellern entwickelt. Dazu wird ein Informationsmodell für Kugelgewindetriebe hergeleitet und im Austauschformat AutomationML umgesetzt. Die Informationsübertragung findet durch die komponentenintegrierte Speicherung des Informationsmodells auf einem EEPROM-basierten Speicher im Kugelgewindetrieb statt. Zur Übertragung der Informationen an das Steuerungssystem wird eine OPC-UA-basierte Kommunikationsschnittstelle realisiert.
Für die Umsetzung und Erprobung des Gesamtkonzepts wird eine Versuchseinrichtung genutzt. Damit wird die herstellerübergreifende Informationsübertragung untersucht und die Validierung der Berechnungsmethode durchgeführt.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Das „Handbuch Lineartechnik“ enthält Grundlagenwissen sowie Tipps und Tricks zur Lineartechnik und deren Anwendung.
Die Publikation richtet sich an Konstrukteure, Entwickler, Facheinkäufer sowie an Studenten und Dozenten an Fachhochschulen und Universitäten.
Im ersten Teil des Handbuchs erhält der Anwender physikalisches Hintergrundwissen über die wichtigsten Themengebiete der Lineartechnik. Die nachfolgenden Kapitel
beschreiben den Aufbau und die technischen Eigenschaften von Kugelbüchsen-, Profilschienenführungen und Kugelgewindetrieben sowie von einbaufertigen Linearsystemen der Bosch Rexroth AG. Wesentlicher Bestandteil des Handbuchs
sind zudem die Führungs- und Antriebselemente.
Aktualisiert: 2022-07-06
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Diese Dissertation greift den Lebenszykluskosten- (LCC) und Total Cost of Ownership-Gedanken (TCO) auf und setzt ihn anhand eines Zustandsüberwachungssystems (Condition Monitoring) auf Schlüsselkomponenten des Maschinenbaus, Profilschienenführungen und Kugelgewindetriebe um.
Dieses Buch richtet sich an den interessierten Ingenieur und Wissenschaftler aus den Bereichen der Maschinenelemente, des allgemeinen Maschinenbaus, der Automatisierungstechnik, des Werkzeugmaschinenbaus und die Betreiber von Maschinen und Anlagen. Die Inhalte dieser Arbeit basieren auf langjähriger Forschungstätigkeit des Autors gemeinsam mit führenden deutschen Industrieunternehmen aus den Bereichen der Wälzlager-, Linear-, Kugelgewindetrieb- und Werkzeugmaschinen-Branche. Die dargestellten umfangreichen Untersuchungen wurden sowohl auf Prüfständen als auch auf modernen CNC-Werkzeugmaschinen des Werkzeugmaschinenlabors (WZL) der RWTH Aachen durchgeführt.
Dem Leser werden neben einem aktuellen Stand der Technik und Wissenschaft die mechanischen, sensorischen und mathematischen Grundlagen zur Zustandserfassung detailliert erläutert. Die Inhalte sind klar strukturiert und ermöglichen eine individuelle Übertragung auf andere Maschinenelementtypen und -größen.
Aus dem Inhalt:
- Typische Schäden an Profilschienenführungen und Kugelgewindetrieben (Mangelschmierung, Verschmutzung, Pittings, Ausbrüche, Crashs, Montagefehler, Span- und Holzstaubkontamination)
- Mechanische, sensorische und mathematische Grundlagen zur Zustandserfassung
- Steuerungsbasierte Zustandserfassung
- Formeln und Berechnungsgrundlagen zur Beurteilung des Komponenten-Zustands
- Betrachtung des Schädigungsgrads und dessen Einfluss auf die Analyseergebnisse
- Einfluss der Prozessparameter Verfahrgeschwindigkeit und Komponenten-Belastung auf die Analyseergebnisse
- Condition Monitoring
- Automatisierte Zustandsüberwachung
- Umsetzung eines Zustandserfassungssystems an einer CNC-Werkzeugmaschine
Aktualisiert: 2021-07-10
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