Belastung von Profilschienenführungen bei Geometriefehlern des Maschinenbetts
Laufzeit: | 04/2004 – 05/2004 |
Finanzierung: | Industrie |
Bearbeiter: | Dipl.-Ing. Lars Neidhardt |
Zielstellung
Profilschienenführungen (PSF) zur Realisierung linearer Bewegungen sind spielfreie Präzisionselemente. In industriellen Anwendungen werden sie oft in Schlittensystemen eingesetzt, wobei infolge von Geometriefehlern der Umgebungsbauteile Zwangskräfte in der PSF entstehen, die sich negativ auf deren Lebensdauer auswirken.
Die Ermittlung der dabei in den PSF wirkenden Einzelwälzkörperkräfte als Eingangsgröße für Detaillebensdaueranalysen mit Hilfe der FEM war Gegenstand des hier vorgestellten Projekts.
Lösungsweg
Der gewählte Lösungsansatz basiert im Wesentlichen auf der Beschreibung der elastischen Eigenschaften jedes Einzelwälzkörpers im FEM-System durch Ersatzfederelemente. Dabei wurde den Federelementen eine Kennlinie hinterlegt, die nur Druckkräfte zulässt und das nichtlineare Verhalten der Kontaktverformung abbildet. PSF-Wagen, PSF-Schiene und Schlitten wurden ebenfalls im FEM-System modelliert. Der Geometriefehler am Maschinenbett wurde über Verformungsrandbedingungen an den eingespannten Schienenbefestigungsflächen vorgegeben.
Ergebnisse
Die anschließenden FEM-Rechenläufe wurden für verschiede Werte des Geometriefehlers und mehrere Schlittendicken durchgeführt. (s. Beispiel in der Abbildung).
Innerhalb der einzelnen Laufbahnen waren beachtliche Unterschiede bei der Belastung der Wälzkörper zu verzeichnen.
Weiterhin ergab sich, dass in Anlagen, die eine hohe Lebensdauer gewährleisten müssen, die Steifigkeiten von Schlitten und Bett gering sein sollten. Bei Anlagen, die hohe Steifigkeiten aufweisen müssen, ist es für die Gewährleistung einer vergleichbaren Lebensdauer erforderlich, die Geometriefehler der Umgebungsbauteile gering zu halten.
Der wesentliche Vorteil der Betrachtung dieses Problemfeldes mit Hilfe der FEM liegt in der Ermittlung konkreter Belastungen, die für die Lebensdauerberechnung notwendig sind. Bei den untersuchten Varianten ergeben sich keine Belastungen, die bei allgemeinen Anwendungen die Lebensdauer bis in kritische Bereiche absenken.
Kontakt
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
NameHerr Dr.-Ing. Jens Müller
Antriebs- und Steuerungstechnik
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Professur für Werkzeugmaschinenentwicklung und adaptive Steuerungen
Professur für Werkzeugmaschinenentwicklung und adaptive Steuerungen
Besuchsadresse:
Kutzbach-Bau, Raum 107 Helmholtzstraße 7a
01069 Dresden