Software: SimX - Nadelantrieb - Struktur-Optimierung - Bewertung

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Bewertung der Struktur-Modifikation

Die am Magnetantrieb vorgenommene Änderung der Schutzbeschaltung führte zu einer qualitativ veränderten Lösung. Daraus resultieren sowohl die gewünschten positiven Auswirkungen, als auch unerwünschte Nebeneffekte:

Positiv

1. Die Überschreitung von vorgegebenen Maximalströmen und -spannungen wird zuverlässig verhindert.
2. Die Zeit für einen Prägezyklus hat sich im Vergleich zur vorherigen Lösung verbessert.

Negativ

1. Für die Nennwert-optimierte Lösung kann es anteilig zu einem Versagen des Antriebs infolge "Nichtprägens" des Papiers kommen. Diese Schwachstelle existierte in der ursprünglichen Antriebsstruktur nicht, da mit "beliebig viel Strom" immer ein Prägen erzwungen werden konnte.
2. Für den Fall des Nichtprägens müsste jetzt eine Sicherheitsabschaltung des Magneten erfolgen, um eine zu starke Erwärmung durch permanenten Stromfluss zu verhindern.

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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