Untersuchungen zu den Grenzwerten des Einsatzes adaptronischer Komponenten zur Impulsentkopplung von linearmotorgetriebenen Werkzeugmaschinenachsen unter veränderlichen strukturmechanischen Umgebungsbedingungen

Laufzeit:	06/2007 – 05/2009 (2. Fortsetzung)
Finanzierung:	DFG – SPP 1156 Adaptronik für Werkzeugmachinen
Bearbeiter:	Dr.-Ing. Günter Jungnickel Dr.-Ing. Jens Müller
Kooperation:	FhG IWU Chemnitz, Außenstelle Dresden

Zielstellung

Gegenstand des Forschungsvorhabens sind Grundlagenuntersuchungen zur wirksamen Verringerung der Gestellanregung einer Maschinenstruktur durch Lineardirektantriebe. Zielstellung ist es, die Einleitung hochfrequenter Kraftanteile der Motorkräfte in das Gestell zu verringern, um die Anregung der unteren Gestelleigenfrequenzen zu verhindern. Untersucht werden zwei Lösungsansätze: die Impulsentkopplung nach dem Funktionsprinzip der Lafette sowie die Impulskompensation, bei der eingeleitete Kräfte mittels eines zusätzlichen Antriebes kompensiert werden.

Bild 1: Grundprinzip der Impulskopplung mit mechatronischem Feder-Dämpfer-System

Lösungsweg

Es wurden typische Maschinenbauformen untersucht, die für den Einsatz eines Lineardirektantriebes geeignet sind, deren Genauigkeitsanforderungen und/oder anwendungsbedingte Anforderungen den erhöhten Aufwand einer Impulsentkopplung bzw. Impulskompensation rechtfertigen, und deren Gestellsteifigkeit sich über den Verfahrweg mindestens einer Maschinenachse maßgeblich ändert. Es konnte gezeigt werden, dass die Impulsentkopplung mit fest eingestellten Feder-/Dämpfer-Parametern den Erfordernissen strukturmechanisch veränderlicher Maschinenstrukturen nicht gerecht wird, sondern eine Anpassung der Feder- /Dämpfereigenschaften erfordert. Es wurde ein Versuchsstand konstruiert, gefertigt, montiert und in Betrieb genommen, an dem Impulsentkopplung und kompensation untersucht werden können. Weiterhin wurden Simulationsmodelle des Versuchsstandes erarbeitet.

Ergebnisse

Wie die Untersuchungen gezeigt haben, eignen sich sowohl Impulsentkopplung als auch Impulskompensation zur Verringerung der in das Gestell eingeleiteten höherfrequenten Kraftanteile. Zur Bewertung der Verringerung der Gestellanregung wurden geeignete Kriterien ausgewählt. Über Parametervariationen (experimentell und simulativ) wurden Kennfelder der Einflussparameter auf die Gestellanregung ermittelt (siehe Beispiel im Bild: optimale Feder- und Dämpferparameter für die Impulsentkopplung in Abhängigkeit von der Gestellsteifigkeit). Auf dieser Grundlage wurde am Fraunhofer IWU Chemnitz ein adaptronisches Federelement auf Basis von Drähten aus einer Formgedächtnislegierung entwickelt, welches am o. g. Versuchsstand eingebaut und experimentell untersucht wurde.