Software: SimX - Nadelantrieb - Wirkprinzip - Bewertung

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Bewertungsgrößen für die Optimierung

Wenn das Modell des Nadel-Antriebs glaubwürdig funktioniert, könnte man nun durch systematisches Verändern der relevanten Modell-Parametern versuchen, eine möglichst günstige Lösung zu finden:

• Wunsch (Zielstellung):
  • Realisierung eines möglichst schnellen Prägezyklusses.
• Veränderbare Parameter sind z.B.:
  • Geometrie.d_Anker
  • Feder.k
  • Vorspannung.x
  • Magnet.R (Einschaltzeit)
  • Nadel.x0 (Ruhelage)
• Einhaltung von Forderungen:
  • Die Nadelspitze muss das Papier komplett prägen, d.h. die Position -0.55 mm muss erreicht werden.
  • Der Prägezyklus darf maximal 3.4 ms betragen.
  • In der Ruhelage darf die Nadelspitze das Papier noch nicht eindrücken.
  • Die Vorspannung muss die Nadel in der Ruhelage sicher halten.

Mit Ausdauer und etwas Glück findet man in unserem Fall wahrscheinlich sogar die "bestmögliche" Lösung:

• Allerdings muss man dabei beachten, dass man die einzelnen Parameter nicht unabhängig voneinander verstellen sollte.
• Oft findet man nur eine Verbesserung, wenn man mehrere Parameter im richtigen Verhältnis zueinander ändert.
• Man muss immer darauf achten, dass man alle Forderungen erfüllt.

Für das Finden bestmöglicher Parameter für vorgegebene Systemstrukturen gibt es seit Jahrzehnten ausgereifte Optimierungstools. Leider hat sich dies noch nicht bis an den letzten Ingenieurarbeitsplatz herumgesprochen!

Solche Optimierungstools stellen zielgerichtet an den veränderbaren Parametern. Damit das Optimierungstool "weiß", wie gut das daraus resultierende Verhalten des Antriebs ist, muss man ihm entsprechenden Bewertungsgrößen bereitstellen:

Zeit eines Prägezyklus (tZyklus)

Datei:Software SimX - Nadelantrieb - Wirkprinzip - ssignalverlauf mit tzyklus.gif

• In Analogie zur Riss-Erfassung verwenden wir ein ereignisgesteuertes Abtast-Glied, um den Zeitpunkt der Rückkehr der Nadel in die Ruhelage Nadel.x0 zu messen.
• Diese Methode hat hier zwei Schwachstellen:
  • Wenn der Prägezyklus während der Simulationszeit nicht vollendet wird, ist tZyklus.y=0. Dies entspricht einer "idealen" Lösung aus der Sicht des Optimierungstools. Man muss deshalb ausreichend Reserven für die Simulationszeit vorsehen, so dass ein Prägezyklus immer beendet werden kann!
  • Insbesondere infolge der Feder-Vorspannung kommt es am Anfang kurz nach t=tStart zu unerwünschten tZyklus-Ereignissen, da die Nadel sich "numerisch" um winzige Beträge in den Anschlag hineinbewegt. Damit wird der Wert von tZyklus.y näherungsweise auf tStart gesetzt, unabhängig von einem Anfangswert tZyklus.y0.
• Das Erfassen der Zykluszeit als eine Grundlage für die automatisierte Bewertung des Modellverhaltens muss unter allen Bedingungen sicher funktionieren!

Max. Nadelvorschub (Praegung)

• Ein Bewegungszyklus der Nadel ist nur sinnvoll, wenn dabei auch die Prägung des Papiers stattfindet.
• Dafür soll der Maximalwert des auf 0 bis 1 normierten Vorschub-Wertes erfasst werden.
• Den aktuellen Vorschub der Nadelspitze berechnet man als f(x) mit xMatriz = -0.00055[m] zu:
  
• Anschließend registriert man den dabei aufgetretenen Maximalwert mit einem Signalanalyse-Element und interpretiert diesen als Maß für die im Bewegungszyklus stattgefundene Praegung.
• Da der Maximalwert der Praegung infolge der numerischen Realisierung des plastischen Anschlags den Wert=1 geringfügig überschreiten kann, soll anschließend eine Begrenzung auf den Wertebereich von 0 bis 1 stattfinden. Nur gepraegt.Y=1 entspricht dann einer vollständigen Prägung des Papiers.

Achtung: Hier geht es bald weiter!

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