Dynamisches Trio im Wettstreit

verfasst von

B. Denkena, Hans-Christian Möhring, F. Kallage

Abstract

Unterschiedliche Antriebskonzepte erfordern ein besonders hohes technologisches Wissen. Bei den Kugelgewindetrieben wird die erzielbare Dynamik durch die erste mechanische Eigenfrequenz beschränkt. Die Dynamik kann durch vorgespannte oder hydrostatisch gelagerte Kugelgewindespindeln erhöht werden. Im Gegensatz dazu ist der Linearmotor von den erreichbaren Zeitkonstanten des Motors, der Abtastrate des Messsystem und des Reglers, sowie der Masse der bewegten Achskomponenten abhängig. Sollen Kugelgewindespindeln als hoch dynamische Verfahrachsen eingesetzt werden, ist eine Umlaufkühlung für das Antriebssystem erforderlich. Dadurch kann die thermoelastische Längenausdehnung verhindert, und die Vorspannung konstant gehalten werden. Ein Genauigkeitsverlust wird dadurch verhindert. Mit Dualantrieben, bei denen zwei gekühlte Spindelsysteme eine Achse verfahren, lassen sich beispielsweise in Bearbeitungszentren Spitzenbeschleunigungen von 1,5 g bei großen Massen erzielen. Ein Hauptproblem konventioneller Kugelgewindetriebe ist der Verschleiß. Er verändert das Reib- und Steifigkeitsverhalten und reduziert somit die Positioniergenauigkeit. Eine höhere Dynamik läßt sich mit der Direktantriebstechnik erreichen, es sind jedoch angepaßte Maschinenkonzepte erforderlich. Die Anziehungskraft des Linearmotors ist ein vier- bis fünffaches der Nennkraft und eine signifikante Belastung für das verwendete Führungssystem. Die erhöhten Kosten für den Linearantrieb selbst und ein möglicher Mehraufwand bei der Konstruktion und Montage, sind den Vorteilen in Bezug auf die Kontur- und Dauergenauigkeit sowie der Wartungsarmut des Linearmotors gegenüberzustellen. Eine hohe Steifigkeit und Dämpfung machen hydrostatische Kugelgewindetriebe in Kombination mit leistungsfähigen Antrieben zu ernstzunehmenden Konkurrenten für Linearantriebe. Hydrostatische Antriebe erreichen große Kräfte und Geschwindigkeiten bis 120 m/min. In Werkzeugmaschinen sind vielfach hybride Antriebskonzepte ausgeführt, bei denen unterschiedliche Antriebsarten kombiniert werden. Es wird versucht das jeweils wirtschaftlichste Antriebssystem auszuwählen.

Organisationseinheit(en)

Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen
Institut für Mechatronische Systeme

Typ

Konferenzaufsatz in Fachzeitschrift

Journal

WB Werkstatt und Betrieb

Publikationsdatum

2003

Publikationsstatus

Veröffentlicht

Peer-reviewed

Ja