Multifunktionale Schnittstellen für kleine modulare Werkzeugmaschinen

Translated title
Multifunctional interfaces for small modular machine tools
Publication date
2014
Document type
PhD thesis (dissertation)
Author
Grimske, Silka
Advisor
Referee
Klocke, Fritz
Granting institution
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
Exam date
2014-07-24
Organisational unit
DDC Class
620 Ingenieurwissenschaften
Keyword
Maschinenschnittstelle
Modulare Werkzeugmaschine
Square Foot Manufacturing
Wandlungsfähigkeit
Mikrofertigung
Abstract
Production has to be changeable to satisfy the constantly varying requirements and general conditions. For means of production this changeability is achieved by modularising the structure. Small machine tools offer a high potential to modularise through miniaturisation. To (re)configure these modules quickly, precisely and with low expenditure to suitable machine tools, interfaces are essential which provide, besides mechanical positioning, the possibility to transfer electrical energy and information. For the development of the multifunctional interfaces a general method is generated and applied in this thesis. The method allows the realisation of interface systems and modules with different development stages at the same time and to modify the interfaces over the life cycle of the machine system. Here, new potentials (enablers) are taken into account which are derived from the small machine size to achieve an exceptional improvement of the interface characteristics. The realisation of an interface system for a specific small modular machine tool verifies the developed method. The interface system consists of a frame interface which couples modules to a frame, and a module interface which couples modules with each other. These multifunctional interfaces accomplish the described requirements because of the consequent application of the derived enablers “miniaturisation“ and “function integration“. Finally, the modularity allowed by the developed interfaces is utilized through a conceptual method which assists the applicant to (re)configure adapted small machine tools.The findings of this thesis contribute to the implementation of the postulated modularity in (small) machine tools –and thus also to the postulated changeability in production.
Die Produktion muss wandlungsfähig gestaltet sein, um den sich stetig verändernden Anforderungen und Rahmenbedingungen zu genügen. Im Bereich der Produktionsmittel wird diese Wandlungsfähigkeit durch einen modularen Aufbau erreicht. Kleine Werkzeugmaschinen für die Mikrofertigung bieten großes Potential zur Modularisierung durch die Miniaturisierung. Um diese Module schnell, aufwandsarm und präzise zu entsprechenden kleinen Werkzeugmaschinen zu konfigurieren, sind Schnittstellen notwendig, die neben der mechanischen Positionierung auch die Möglichkeit zur Übertragung von elektrischer Energie und Information bieten. Für die Entwicklung von multifunktionalen Schnittstellen wird in dieser Arbeit eine allgemeingültige Methodik entwickelt und angewendet, die es ermöglicht, die Schnittstellen( systeme) zeitgleich zu den Modulentwicklungen, die sich in unterschiedlichen Stadien befinden können, zu realisieren und diese über den Lebenszyklus des Maschinensystems zu modifizieren. Dabei werden neue Potenziale (Befähiger), die aus der kleinen Maschinengröße abgeleitet werden, in der Entwicklungssystematik berücksichtigt, um eine außerordentliche Verbesserung der Schnittstelleneigenschaften zu erzielen. Die Realisierung eines Schnittstellensystems für eine spezifische kleine modulare Maschine verifiziert die erarbeitete Methodik. Das Schnittstellensystem besteht aus einer Gestellschnittstelle, zur Kopplung von Modulen an ein Gestell, und einer Modulschnittstelle, zur Kopplung von Modulen miteinander. Diese multifunktionalen Schnittstellen erfüllen die beschriebenen Anforderungen durch die konsequente Anwendung der abgeleiteten Befähiger „Miniaturisierung“ und „Funktionsintegration“. Die durch die entwickelten Schnittstellen ermöglichte Modularität wird abschließend durch eine konzeptionelle Methodik zur Unterstützung des Anwenders bei der (Re-)Konfiguration angepasster kleinen Maschinen nutzbar gemacht. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind ein Beitrag zur Umsetzung der geforderten Modularität in (kleinen) Werkzeugmaschinen –und damit auch zur geforderten Wandlungsfähigkeit in der Produktion.
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