Beitrag zur systematischen Aktor- und Aktorprinzipauswahl im Entwicklungsprozess

Erbe, Torsten GND

Die vorliegende Arbeit stellt zwei Ansätze zum Vergleich von Aktorprinzipen auf Basis bekannter Aktoren vor. Dem Entwickler bietet ein solcher Vergleich die Möglichkeit, schon früh im Entwicklungsprozess im Hinblick auf die gegebenen Anforderungen geeignete Aktorprinzipe zu wählen. Die Schritte der Aktorauswahl werden hierzu in den Entwicklungsprozess eingeordnet. Dem Entwickler soll die Möglichkeit gegeben werden, geeignete Aktorprinzipe anhand von Möglichkeitsbereichen zu identifizieren bzw. – in einem zweiten Schritt, wenn keines möglich erscheint – naheliegende Aktorprinzipe zu betrachten und die Zielkonflikte zwischen den Anforderungen in frühen Phasen des Entwicklungsprozesses zu erkennen. Die hierfür vorgestellten Ansätze und Modelle sind am Beispiel der Aktoren ausgeführt, die Übertragbarkeit auf andere Anwendungsgebiete und Bauelemente wird diskutiert.

The generation of motions is a crucial task of technical products. In particular, the trend toward automation is leading to a variety of customized application- motion systems and actuators.A key aspect in the development of many technical products therefore is the selection of appropriate actuators based on the respective requirements. Depending on the application, these can consist of a large variety of hardly comparable criteria. In the case that no suitable actuator can be found the question of a new development of an actuator and therefore the choice of a suitable actuator principle arises. This becomes even more exigent if the design task is dealing with the cutting edge of present technology like precision engineering. Notably, with respect to the more prevalent use of gearless-drive systems the actuator principle selection is of particular importance.Current tools for the selection of actuators and actuator principles are essentially limited to the individual knowledge of the designer and product- and design catalogues. Of those the product catalogues are limited to several actuator principles and usually very difficult to compare mutually.In turn, the evaluation of actuator principles during the design of new products often requires consolidated knowledge of various actuator principles that is not given to the system designer. A comparison of different actuator principles is therefore not possible. Many iterations and the consideration of various potential alternative solutions are the result.This thesis presents two different approaches for comparison of actuator principles on the basis of known actuators. Such a comparison provides thedesigner the opportunity to choose an appropriate actuator principle during the early phases of the development process with regard to the requirements given. Depending on this assessment, the designer is able to decide on the basic structure of the drive system as a whole.The steps of the actuator principle selection are therefore assigned to the phases of the design process. The system designer is given the opportunity to identify appropriate actuator principles on the basis of suitability-areas and - in a second step if none seems suitable - to recognize the conflicts between the requirements during early phases of the design process.The presented approaches and models for this purpose are pointed out using the example of actuators. The transferability to other applications and components is discussed.

Das Erzeugen von Bewegungen ist eine wesentliche Aufgabe technischer Produkte. Insbesondere der Trend zur Automatisierung führt dabei zu einer Vielzahl anwendungsspezifisch entwickelter Bewegungssysteme und Aktoren. Wesentlicher Aspekt bei der Entwicklung vieler technischer Produkte ist daher die Auswahl geeigneter Aktoren anhand der jeweiligen Anforderungen. Je nach Anwendung können diese aus einer Vielzahl verschiedener und schwer vergleichbarer Kriterien bestehen. Für den Fall, dass kein geeigneter Aktor gefunden werden kann, stellt sich insbesondere in Grenzbereichen der Technik wie z. B. der Präzisionstechnik die Frage nach einer Neuentwicklung und der Wahl eines geeigneten Aktorprinzips. Insbesondere für die zunehmend verwendeten Direktantriebe ist die Aktorpinzipauswahl von hervorgehobener Bedeutung. Aktuelle Hilfsmittel für die Auswahl von Aktoren und Aktorprinzipen beschränken sich im Wesentlichen auf das individuelle Wissen des jeweiligen Entwicklers und Produkt- bzw. Konstruktionskataloge. Insbesondere Produktkataloge sind auf ausgewählte Aktorprinzipe beschränkt und untereinander meist nur schwer vergleichbar. Für die Bewertung von Aktorprinzipen bei Neuentwicklungen ist wiederum oft vertieftes Fachwissen zu verschiedenen Aktorprinzipen erforderlich, welches dem Systementwickler nicht gegeben ist. Ein Vergleich verschiedener Aktorprinzipe ist dem Entwickler somit nicht möglich und viele Iterationsschritte und die Betrachtung unterschiedlichster, potenziell nicht zielführender Lösungsalternativen das Ergebnis. Die vorliegende Arbeit stellt zwei Ansätze zum Vergleich von Aktorprinzipen auf Basis bekannter Aktoren vor. Dem Entwickler bietet ein solcher Vergleich die Möglichkeit, schon früh im Entwicklungsprozess im Hinblick auf die gegebenen Anforderungen geeignete Aktorprinzipe zu wählen. Abhängig von dieser Abschätzung ist es dem Entwickler wiederum möglich, grundlegende Entscheidungen zum Aufbau des Bewegungssystems als Ganzes zu treffen. Die Schritte der Aktorauswahl werden hierzu in den Entwicklungsprozess eingeordnet. Dem Entwickler soll die Möglichkeit gegeben werden, geeignete Aktorprinzipe anhand von Möglichkeitsbereichen zu identifizieren bzw. – in einem zweiten Schritt, wenn keines möglich erscheint – naheliegende Aktorprinzipe zu betrachten und die Zielkonflikte zwischen den Anforderungen in frühen Phasen des Entwicklungsprozesses zu erkennen. Die hierfür vorgestellten Ansätze und Modelle sind am Beispiel der Aktoren ausgeführt, die Übertragbarkeit auf andere Anwendungsgebiete und Bauelemente wird diskutiert.

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Erbe, Torsten: Beitrag zur systematischen Aktor- und Aktorprinzipauswahl im Entwicklungsprozess. 2013.

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