Modellierung und Validierung der Krafterzeugung mit Stick-Slip ...

3.2. Versuchsergebnisse 55
Für das Bereitstellen der Vorspannung werden verschiedene Federn eingesetzt.
Für den Bereich 0, 1 - 0, 3N wird die Feder ,A’ verwendet, für den Bereich 0, 25
- 1, 3N ,B1’. Vorspannungen über 1, 2N sind mit Feder ,B2’ zu erzielen. Die
Messkurve für einen gehärteten Läufer, welche sich über eine Vorspannung von
0, 1 - 2N erstreckt, ist daher aus drei einzelnen Messungen zusammengesetzt:
,gehärtet, A’, ,gehärtet, B1’ und ,gehärtet, B2’. Der Läufer besteht aus Stahl
1.4112, welcher durch entsprechende Wärmebehandlung nach der funkenerosiven
Fertigung auf 55HRc ausgehärtet wurde. Anschließend wurden die Laufflächen
des Läufers auf eine Oberflächenrauheit besser als 0, 3µm geschliffen. Für kleine
Vorspannungen steigt die maximale Kraft linear mit der Vorspannung. Bei einer
Vorspannung von 1, 2N bei 350mN ist ein Maximum zu erkennen. Bei weiterer
Erhöhung der Vorspannung fällt die Kraft wieder ab. Bei 2N Vorspannung ist die
Messung beendet, da noch höhere Vorspannungen zum Blockieren des Läufers
führen und keine Stick-Slip-Schritte mehr zustande kommen. Die Kraftkurven der
verschiedenen Federn stimmen an den Übergangspunkten nicht exakt überein,
da die tatsächliche Steifigkeit der Federn mit einer Toleranz behaftet ist.
Die Messreihe für einen nicht gehärteten Läufer (,unbehandelt, A und B’)
zeigt für geringe Vorspannungen annähernd denselben Verlauf. Das Maximum der
Kraft ist allerdings schon bei 0, 7N und 270mN erreicht. Das Ende der Messreihe
ist bei 1, 15N erreicht. Offensichtlich spielt die Härte eines Stick-Slip-Läufers
nicht nur eine Rolle bezüglich des Verschleißes, sondern auch hinsichtlich der
realisierbaren Vorspannungen.
Abschließend noch eine Bemerkung zum Verhalten bei hohen Vorspannungen:
Grundsätzlich führt der Stick-Slip-Betrieb zu starken Schwingungen im System.
Bei Erreichen der maximal möglichen Vorspannung, der Blockier-Vorspannung
F block , führt der Läufer keine Slip-Bewegung mehr aus, er oszilliert nur um
die aktuelle Position, da die Anregung durch die Piezoaktoren weiterhin stattfindet.
Dies ist ein Beweis für die Tatsache, dass die Blockier-Vorspannung ein Phänomen
der Reibung und nicht der Piezoaktoren ist. Die Blockier-Vorspannung
wird also in einer noch unbekannten Form von den Reibparametern abhängen.
Weitere Analysen zu diesem Thema folgen in Kapitel 4.4.3.
3.2.5. Ansteuersignal
Die vorigen Messungen verdeutlichen den Einfluss von Signal- beziehungsweise
Aktoramplitude und Vorspannung auf die generierbaren Kräfte von Stick-Slip-
Antrieben. Es stellt sich die Frage, inwieweit sich die anderen Parameter des
Ansteuersignals auf die Kräfte auswirken. Die Richtung der Stick-Slip-Schritte
ist ohne Bedeutung, vorausgesetzt die Gravitation wirkt im rechten Winkel zur
Verfahrrichtung. Das ist bei den hier vorgestellten Messungen der Fall. Für die