Prof. J. Walter - Informationstechnik, Mikrocomputertechnik, Digitale Medien Konzeptentwicklung
Hochschule Karlsruhe Logo Informationstechnik
3D-KL Linearführung
Wintersemester 2020/21
Noman Redemann: reno1012@hs-karlsruhe.de
Aaron Schmitz: scaa1011@hs-karlsruhe.de

Konzeptentwicklung


Nach erstmaliger Funktionsprüfung des 3D-Druckers zeigte sich das ein Verfahren der x-Achse und z-Achse nur in einem begrenzten Bereich fehlerfrei möglich war. Lediglich die y-Achse ließ sich über den kompletten Fahrbereich frei bewegen.

Die ersten Überlegungen bezogen sich auf das Ausrichten des mechanischen Aufbaus und der z-Rundführungen. Nach ersten Messungen zeigte sich, dass zwei der Rundführungen nicht korrekt ausgerichtet waren.
Rundführung nicht in Lage
Abb.: z-Achse Rundführung nicht in Lage

Das Ausrichten der Rundführungen gestaltete sich etwas schwer, da diese sehr massiv sind, weshalb ein größerer Kraftaufwand nötig war. Nach mehrmaligen Versuchen gelang es, die Führungen so auszurichten, dass der volle Verfahrbereich erreicht werden konnte.
Runführung in Lage
Abb:. z-Achse Rundführung in Lage
 
Auch beim Rahmen der Verfahreinheit zeigte sich nach Messungen, dass eine gewisse Ungenauigkeit besteht. Der Rahmen konnte sich jedoch durch das Lösen weniger Halteschrauben leicht ausrichten lassen.


Der zweite Punkt unseres Konzepts beinhaltete das Prüfen der elektronischen Ansteuerung der Motoren. Hierbei ist aufgefallen, dass bei längerem Betrieb die beiden Motoren, die die z-Spindeln antreiben, sehr heiß werden. Daraufhin wurden die Einstellungen des Motortreibers nochmals geprüft. Dabei hat sich ergeben, dass der Motorstrom deutlich zu hoch gewählt wurde.
Die korrekte Einstellung konnte mithilfe der Datenblätter von Motor und Treiber ermittelt und angepasst werden. Anschließende Dauertests zeigten, dass die Temperatur nicht mehr nennenswert anstieg.


Der letzte Punkt auf der Konzeptliste war die Überprüfung des Kraftflusses von Motor bis zu der Spindel bzw. zu dem Stirnrad. Bereits in den ersten Tests hat sich gezeigt, dass der Motor aufgrund konstruktioneller und auch fertigungsbedingter Fehler seine Kraft nicht komplett übertragen kann. Auch nachdem die Anlage ausgerichtet und die elektronische Ansteuerung angepasst wurde, konnte immer noch keine dauerhaft fehlerfreie Fahrt gewährleistet werden. Sowohl die x- als auch die z-Achse haben immer wieder Probleme gehabt, die wir auf einen nicht funktionierenden Kraftfluss zwischen Motor und Stirnrad zurückführen konnten.
 
x-Achse
 
An der x-Achse wird ein Motor verwendet, der eine durchgängige Antriebswelle besitzt, um so an beiden Seiten synchron anzutreiben. Hier wurde bereits der erste Fehler erkannt. Der Motor wird nur einseitig gelagert, sodass Momente nicht beidseitig abgefangen werden können. Außerdem werden mithilfe von Klauenkupplungen Aluminiumwellen angetrieben, die beidseitig eine Unwucht aufweisen. Dies führte bei dauerhaftem Betrieb immer wieder dazu, dass die Last am Motor zu groß wurde.  
Motor x-Achse
Abb.: Motor x-Achse
 
z-Achse
 
Die z-Achse besitzt zwei Motoren, die jeweils zwei Kugelumlaufspindeln über einen Riemen antreiben. Die Schwächung im Kraftfluss wurde hauptsächlich auf einer Motorseite festgestellt. Hierbei wurde die Zahnwelle, welche am Motor angeflanscht ist, fehlerhaft gefertigt. Die Passung für die Motorwelle wurde zu groß gewählt, wodurch beim Spannen eine starke Unwucht entstand. Außerdem waren die Umlenkrollen so schlecht gefertigt, dass auch diese eine Unwucht aufwiesen. Des weiteren besitzt die Rolle gegenüber dem Riemen einen schlechten Reibungskoeffizient wodurch die Reibkräfte unnötig hoch sind. Zusätzlich ist aufgefallen das das Konzept zum Spannen der Riemen mangelhaft ist und zudem Fertigungsfehler aufweist.
Motor z-Achse mit Antriebsstrand
Abb.: Motor z-Achse



  Mit Unterstützung von Prof. J. Walter Wintersemester 2020