Elektronisches Getriebe für Schaublin Drehmaschine

Ausgangslage

Beim Gewindedrehen mit meiner Drehmaschine (Modell Schaublin 120 VM, Baujahr 1962) entsteht jeweils ein erheblicher Zeitaufwand für das Umrüsten des Getriebekastens. Es müssen mehrere Zahnräder und die entsprechenden Achsverbindungen ausgetauscht werden. Dies dauert oft länger als die eigentlichen Dreharbeiten. Um diesen Aufwand zu minimieren, habe ich mich entschieden, das mechanische Getriebe durch eine elektronisch gesteuerte Übersetzung zu ersetzen.

Zielsetzung

Die Zielsetzung beinhaltet die Entwicklung einer elektronischen Übersetzung, die eine frei einstellbare Gewindesteigung ermöglicht.

Die Drehzahl der Hauptspindel soll mit einem Encoder abgenommen, elektronisch verarbeitet und anschliessend ein Elektromotor mit der erforderlichen Drehzahl betrieben werden. Die Lösung sollte eine einfache Bedieneinheit beinhalten. Auch sollte die Lösung für den Einsatz in meiner privaten Werkstatt wirtschaftlich vertretbar sein und keinerlei Einschränkungen der restlichen Funktionen der Drehmaschine verursachen.

Der Projektverlauf wurde gemäss den Anforderungen der TEKO dokumentiert.

Vorgehen

Die Diplomarbeit umfasst unter anderem folgende Punkte:

• Analyse der Ausgangslage
• Erarbeitung der Anforderungen an das System
• Es wurden drei Varianten erarbeitet und evaluiert.
• Die vielversprechendste Variante wurde anschliessend in Hard- und Software umgesetzt.
• Installation der Komponenten an der Drehmaschine
• Testläufe
• Auswertung der Ergebnisse

Ergebnisse

Die umgesetzte Variante besteht aus folgenden Hauptkomponenten:

• Schrittmotor als Antrieb der Zugspindel zur Erzeugung des Vorschube
• Eine Maxon zub MiniMACS6-Motorensteuerung übernimmt die Auswertung des Encodersignals, die Verarbeitung sowie den Antrieb des Schrittmotors.
• Ein Programm in ApossC mit integrieter PID-Motorenregelung für die Motorensteuerung
• Tablet PC mit Windows-Betriebsystem als Bedieneinheit, angebunden an die Steuerung via Ethernet. Auf dem Tablet läuft ein in der ApossIDE erstelltes Bedienprogramm.
• Ein Schaltkasten welcher an der Drehmaschine montiert wurde und sowohl die Steuerung sowie die entsprechenden Speisungen für Steuerung und Motor enthält.

Das Programm sowie die einzelnen Komponenten zeigten sich im Testaufbau als funktional. Somit konnte das System auf der Drehmaschine montiert werden. Die Ankopplung an die Zugspindel funktionierte und der Motor konnte die Zugspindel mit den nötigen Drehmomenten und Drehgeschwindigkeiten antreiben. In weiteren Testläufen musste jedoch festgestellt werden, dass der Vorschub nicht gleichmässig vorgenommen wird. Leider blieb nicht mehr genügend Zeit dieses Problem zu lösen. Es kommen folgende Ursachen in Frage:

• Mechanische Schwingungen vor dem Encoder
• Fehlerhafte Signalerzeugung am Encoder
• Fehlerbehaftete Verarbeitung des Encodersignal im erstellten Programm

Die Arbeit musste abgeschlossen werden bevor eine zufriedenstellende Performance erreicht wurde. Allerdings zeigte sich das System bezüglich sämtlicher anderen Anforderungen als funktional und eine Behebung des Problems scheint erreichbar.

Bilder der Umsetzung

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Reflexion

Die Erarbeitung der Diplomarbeit war eine sehr intensive Zeit. Die spät aufgetretenen Probleme stellten eine Herausforderung dar, die in der verbliebenen Zeit nicht lösbar war. Mit dem System an sich bin ich trotzdem zufrieden, da es die Voraussetzungen mitbringt, um mittelfristig den angestrebten Mehrwert zu erzielen. Die Lektion für mich und ein wichtiger Tipp für alle, die ihre Diplomarbeit noch vor sich haben, lautet: Eine möglichst frühe (wenn auch nur testweise) Inbetriebnahme kann unvermutete Probleme aufzeigen. Wenn dann zusätzlich genügend Zeitreserven vorhanden sind, hat man gute Chancen diese auch beheben.