Software: SimX - Nadelantrieb - Struktur-Optimierung - Bewertung

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Bewertung der Struktur-Modifikation

Die am Magnetantrieb vorgenommene Änderung der Schutzbeschaltung und Ansteuerung führte zu einer qualitativ veränderten Lösung:

1. Die Überschreitung der maximalen Spulenspannung wird durch die Z-Dioden zuverlässig verhindert.
2. Die Zeit für einen Prägezyklus hat sich im Vergleich zur vorherigen Lösung verbessert.
3. Die Gesamtversagenswahrscheinlichkeit von ca. 21% resultiert überwiegend aus der Teilversagenswahrscheinlichkeit der Spulen-Erwärmung. Dies widerspiegelt sich sehr gut in den Verteilungsdichten aus der virtuellen Stichprobe:

Die höhere Prägegeschwindigkeit verbunden mit einem robusten Prägen innerhalb der Toleranzbereiches resultiert vor allem aus der modifizierten Ansteuerung:

• Für den Nennbetrieb wurde der Antrieb (insbesondere die Spule) für einen maximalen Strom von 1.5 A optimiert.
• Das Netzteil für die Ansteuerung des Elektro-Magneten begrenzt den Strom jedoch erst bei einem höheren Wert. Hier wurden 3 A gewählt, weil diese von einem Netzteil problemlos bereitgestellt werden können.
• Dieser höhere Begrenzungsstrom bietet praktisch die Energie-Reserve, um auch unter ungünstigen Bedingungen noch ein schnelles Prägen zu ermöglichen.
• Es zeigt sich, dass infolge der erhöhten Energiezufuhr es teilweise zu einer Überschreitung der vorgesehenen maximalen Temperaturerhöhung um ca. 20 K.
• Diese "moderate Überhitzung" auch noch zu vermeiden, wird Anliegen der Ausschuss-Minimierung in der nächsten Entwurfsetappe sein.

===>>> Der folgende Abschnitt wird noch überarbeitet !!!

Die Sensitivitäts-Charts zeigen den Einfluss der einzelnen Streuungen auf die Bewertungsgrößen:

Es liegt nun in unserer Verantwortung zu entscheiden, ob wir mit der neuen Schwachstelle besser umgehen können, als mit der elektrischen Überlastung. Dazu muss man überlegen, ob man durch Optimierung von Entwurfsparametern eine Lösung erreichen kann, die innerhalb des Streubereiches stabil funktioniert:

• Es existieren Konfigurationen, bei denen die Energie des Ankers nicht ausreicht, dass Papier zu prägen.
• Infolge der Strombegrenzungsschaltung liegt das Nennwert-Optimum im Sättigungsbereich des Eisenkreises.
• Um in die magnetische Sättigung zu gelangen, wurde der Ankerdurchmesser verringert. Dies führte zu einer geringeren Ankermasse und damit zu einer geringeren kinetischen Energie der prägenden Masse.
• Wahrscheinlich muss für ein sicheres Prägen die Masse des Ankers vergrößert werden. Das hat jedoch ungünstige Auswirkungen auf die Bewegungsdynamik.
• Es besteht die Hoffnung, dass eine akzeptable Kompromisslösung existiert, die innerhalb des Streubereiches eine sichere Prägung erreicht und trotzdem hinreichend schnell arbeitet.

Da jede Strukturänderungen meist zu unerwarteten negativen Nebenwirkungen führt, sollte man im Zweifelsfall Veränderungen an einem funktionierenden System vermeiden:

• Wir verschieben unsere endgültige Entscheidung auf die nächste Entwurfsetappe, in der wir mit der neuen Struktur unter Einbeziehung der probabilistischen Simulation eine Parameter-Optimierung im Sinne einer Ausschussminimierung und Robustheitsmaximierung durchführen.
• Erst wenn damit die Hoffnung auf eine befriedigende Lösung nicht erfüllt werden kann, werden wir über eine weitere Struktur-Optimierung nachdenken!

Ergebnisse der Struktur-Optimierung:

• Wie groß ist Gesamtversagenswahrscheinlichkeit des Nennwert-optimierten Antriebs?
• Wie groß sind die Teilversagenswahrscheinlichkeiten (Zykluszeit, Prägen, Erwärmung)?
• Welche drei streuungsbehafteten Parameter besitzen den größten Einfluss auf das Verhalten des Antriebs?
• Kann man die Interaktionen zwischen den streuungsbehafteten Parametern vernachlässigen? (Mit Begründung der Entscheidung!)

Die Antworten auf diese Fragen sind als Bestandteil der Lösung einzusenden!

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