Konzeption, Implementierung und Inbetriebnahme einer schrittmotorbasierten Antriebseinheit eines Getriebedemonstrators

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit ist eine erfolgreiche Integration eines Schrittmotors in einen bestehenden Getriebedemonstrator, einschließlich einer Programmierung für eine zuverlässige Ansteuerung. Damit verbunden sind die Entwicklung und Realisierung eines Schaltkreises, als auch die Einsatzbereitschaft des Demonstrators sicherzustellen. Dem voran wurde in zuvor durchgeführten Arbeiten bereits eine Antriebseinheit bestimmt. Eine Integration dessen, war jedoch nur schwer realisierbar, sodass in diesem Zuge ein Schrittmotor für die Umsetzung herangezogen wird. Dieser soll die bestehende Antriebseinheit ersetzen. Hierzu wird, um ein prinzipielles Verständnis der technischen Grundlage von Schrittmotoren zu erlangen, deren Funktionsweise und Steuerung erläutert. Anschließend wird sich mit den einschlägigen Gesetztestexten beschäftigt und eine Gefährdungsbeurteilung durchgeführt, damit ein offizieller sowie sicherer Betrieb des Demonstrators gewährleistet werden kann. Im Weiteren Verlauf erfolgt eine Analyse der allgemeinen Anforderungen, wobei die in der Gefährdungsbeurteilung ermittelten Risiken berücksichtigt und in die Anforderungsdefinition aufgenommen werden. Resultierend daraus, findet für die einzelnen Teilkomponenten des Demonstrators eine Vorstellung der jeweiligen Konzeptentwürfe statt und ein Sicherheitskonzept wird erarbeitet. Nach kurzen Funktionstests des Schrittmotors und dem Verifizieren der Antriebsleistung, werden die Lösungsansätze aus der Konzeption ausgearbeitet und der Schrittmotor in den Demonstrator integriert. Abschließend wird auf die Herausforderungen eingegangen, welche im Prozess der Zielerreichung entstanden sind und auf Möglichkeiten einer Weiterentwicklung eingegangen.

The aim of this work is to successfully integrate a stepper motor into an existing gearbox demonstrator, including programming for reliable control. This involves the development and realisation of a circuit as well as ensuring that the demonstrator is ready for use. Prior to this, a drive unit had already been determined in previous work. However, integrating this was difficult to realise, so a stepper motor was used for the implementation. This is to replace the existing drive unit. In order to gain a basic understanding of the technical basis of stepper motors, their mode of operation and control is explained. The relevant legal texts are then analysed and a risk assessment carried out to ensure the official and safe operation of the demonstrator. The general requirements are then analysed, whereby the risks identified in the risk assessment are taken into account and included in the definition of requirements. As a result, the respective concept designs are presented for the individual subcomponents of the demonstrator and a safety concept is developed. After brief functional tests of the stepper motor and verification of the drive performance, the solution approaches from the concept are worked out and the stepper motor is integrated into the demonstrator. Finally, the challenges that arose in the process of achieving the objective are discussed and the possibilities for further development are explored.