SWISS MECHATRONICS VISIT - Rückblick


An der FH Nordwestschweiz, Brugg-Windisch

Veranstaltung in Hochschulen

Gemeinschaft macht stark

Im März lud das Institut für Automation der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) zusammen mit dem Verein Swiss Mechatronics zum Swiss Mechatronics Visit 2019 ein. Die Veranstaltung zeigte auf, wie das multidisziplinäre Institut Schweizer Unternehmen bei der Digitalisierung unterstützen kann.

Prof. Dr. Roland Anderegg, Leiter des Institutes für Automation der FHNW präsentierte die vielfältigen Möglichkeiten der Zusammenarbeit von Hochschule und Industrie. Neben gemeinsam Studierendenprojekte und Masterarbeiten in den Bereichen Systemtechnik, Elektrotechnik, Energie- und Umwelttechnik beteiligt sich das Institut an drittmittelfinanzierten Forschungsprojekten mit dem Ziel der angewandten Forschung und Entwicklung. Ausserdem werden explizite Dienstleistungsaufträge aus der Industrie entgegengenommen. Neben der Erarbeitung von industriellem Kern-Know-how bieten solche Kooperationen Industriepartnern die Möglichkeit, Hochschulabsolventen zu rekrutieren.

 

Armaturenherstellung automatisieren

Als Beispiel für ein erfolgreiches Kooperationsprojekt im Schwerpunkt Digitalisierung präsentierte Prof. Anderegg die Entwicklung einer robotergestützten Schleiftechnik, die mit Franke Water Systems AG, KWC erfolgte. KWC produziert Armaturen für Bad und Küche. Ziel des Projektes war die Vollautomation des Produktionsprozesses von Armaturen mit Losgrösse eins. Der Schleifprozess, der im bisherigen Herstellungsverfahren in Handarbeit von erfahrenen Mitarbeitern erledigt wird, soll künftig von Industrierobotern ausgeführt werden. Um den Extremfall von Losgrösse eins zu realisieren, muss der Industrieroboter zwischen jedem Werkstück umprogrammiert werden. Da die Produktion während der Umrüstung ruht, ist die dafür benötigte Zeit relevant. Diese  konnte auf Basis der Forschungsarbeit der FHNW um 30 Prozent verringert werden.

 

Herstellung von Zahnschienen automatisieren

Die sogenannte Aligner-Zahnschiene bezeichnet eine Korrekturschiene aus Kunststoff für Zahnfehlstellungen. Die transparenten Schienen verändern die Zahnstellung in inkrementellen Schritten durch einen schwachen Druck auf die Zähne.

Um die steigende Nachfrage zu bewältigen möchte der Hersteller Innosuisse mit dem Institut für Automation eine automatische Produktionslinie realisieren.

Zur Herstellung der Schiene wird eine biokompatible Kunststofffolie über ein 3D-Modell des bestehenden Gebisses  gezogen, ausgeschnitten und separiert. Diese Prozessschritte sollen im Projekt automatisiert und nacheinander ausgeführt werden. Am Institut für Automation werden derzeit verschiedene Verfahren zum Schneiden und Separieren getestet sowie die nötigen Nachbearbeitungsschritte festgelegt.

 

Der Bedarf nach Zahnkorrektur mit der Aligner-Zahnschiene steigt. Deshalb soll deren Herstellung nun in einer Produktionslinie automatisiert werden. Quelle: FHNW

 

Besser Bohren dank Industrie 4.0

Bei dem Projekt mit dem Namen „Digitalisiertes One Shift Battery Tool“ handelt es sich um ein drittmittelfinanziertes Projekt. Ziel des auf drei Jahre befristeten KTI-Projektes ist die Entwicklung eines Werkzeuges, das Bohren und Schrauben mit Industrie 4.0 verbindet.

Stefan Ineichen, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Automation an der FHNW, erläuterte den Besuchern des Swiss Mechatronics Visit anschaulich, wie Industrie 4.0 bei der Verwendung von Bohrmaschinen und Schraubendrehern von Nutzen sein kann: „Beispielsweise können RFID-Tags zur Erkennung des eingespannten Bohrers dienen. Pro Schraube kann das entstandene Drehmoment sowie Informationen über das verwendete Werkzeug an eine Datenbank übertragen werden. Zur Prozesskontrolle können die Messdaten im Nachhinein abgerufen werden.“

 

Technische Umsetzung

Als Antrieb des Digitalisierten One Shift Battery Tools kommt ein BLDC-Motor mit Positionsrückführung und eigens entwickeltem Motortreiber zum Einsatz. Steuerung und Regelung bilden das Kernstück des Handwerkzeugs. Die Drehzahlregelung besteht aus einer Kaskadenregelung. Der äussere Regelkreis regelt die Drehzahl, der innere den Strom. Die Auslegung der Regelung basiert auf einer Simulation, die mit Matlab, Simulink und Simscape erstellt wurde.

Die optimalen Parameter erhält das Handwerkzeug mit Hilfe einer Bluetooth-Kommunikationsschnittstelle. Das Gerät sendet die Daten vom eingespannten Werkzeug via Gateway zum Server des Herstellers. Anhand einer Datenbank werden im Anschluss die optimalen Einstellungen zurück zum Handwerkzeug transferiert. So muss der Endanwender keine Einstellungen am Gerät vornehmen. Natürlich steht es dem Anwender offen, eigene Werte für Drehzahl und Drehmoment zu hinterlegen.

Auf dem Kommunikationsweg via Bluetooth kann darüber hinaus das Benutzerverhalten, also Arbeitsdauer, Einsätze und Vibrationsbelastungen, übertragen werden.

Nach einer Analyse von bestehenden Technologien und unterschiedlichen Kundenbedürfnissen wurde ein Konzept für das Gesamtsystem erstellt. Derzeit befindet sich das Projekt in der Umsetzungsphase.

 

 

Das digitalisierte One Hand Shift Battery Tool verbindet Bohren und Drehen mit den Vorteilen von Industrie 4.0. Quelle: Stefan Ineichen, FHNW

 

((Bildunterschrift 4)) Die Geräte senden Daten vom eingespannten Werkzeug via Gateway zum Server des Herstellers. Abbildung © Stefan Ineichen.

 

Veröffentlicht in der Maschinenbau Nr. 6 Juni 2019

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