antriebstechnik 1-2/2017

LINEARTECHNIK
01 Aufbau des Prüfstands 02 Abhängigkeit der Reibkraft von der Komponententemperatur
Der Prüfstand besteht im Wesentlichen aus einem länglichen Maschinenbett,
einem darauf mittig befestigten Träger sowie einer
Verfahreinheit, welche den Vorschub realisiert. Diese wird durch
einen Linearmotor angetrieben und auf zwei dauergeschmierten
Profilschienenführungen geführt. Die einachsig verfahrbare Anlage
ist für die Untersuchung von Profilschienenführungen von bis zu
3 m Länge ausgelegt.
Im Zuge der durchzuführenden Versuche werden sowohl an der
Unterseite, als auch an der Oberseite des Trägers je eine Profilschiene
montiert. Zur Realisierung einer externen Belastung werden der
obere und der untere Schuh über zwei seitlich angebrachten Platten
miteinander verbunden. Zur Messung der externen Last ist auf einer
Platte ein Dehnungsmessstreifen appliziert, mit dem die vorherrschende
Kraft an den Schuhen eingestellt werden kann. Die Reibkraft
der Profilschienenführung wird über einen piezo-elektrischen
Kraftsensor gemessen, welcher den oberen Führungsschuh mit der
Antriebseinheit verbindet. Somit wird die der Verfahrbewegung entgegen
gerichtete Widerstandskraft gemessen, welche durch die Reibung
innerhalb der Komponente bestimmt wird. Dabei wird lediglich
die Gesamtreibkraft der Komponente ermittelt. Eine Unterteilung
in ihre Anteile hinsichtlich der beiden Laufflächen ist mithilfe
dieses Versuchsaufbaus allerdings nicht möglich.
03 Vergleich der Baugrößen
Verlauf aufweist, der sich aus dem Zusammenspiel verschiedener
Reibphänomene zusammensetzt.
Bei der Aufnahme der Reibkraft wird auf einen piezo-elektrischen
Kraftsensor zurückgegriffen, dessen absoluter Fehler folgendermaßen
angegeben wird [2]:
Messprinzip und Messtechnik
Profilschienenführungen werden in den meisten Fällen in einem
instationären Zustand betrieben, weshalb der entstehende Wärmeeintrag
als Funktion der Vorschubgeschwindigkeit bekannt sein
muss. Dieser Wärmeeintrag ergibt sich aus der Reibleistung der
Profilschienenführung, welche das Produkt aus Reibkraft F R
und
Vorschubgeschwindigkeit v f
entspricht, Gleichung 1.
Die Reibkraft einer Profilschienenführung ergibt sich aus einer
Überlagerung von Rollreibung, Gleitreibung, Schmierstoffreibung
und Dichtungsreibung und ist daher geschwindigkeitsabhängig. Da
kein ganzheitlicher theoretischer Berechnungsansatz existiert,
muss auf praktische Versuche zurückgegriffen werden. Die Darstellung
der gemessenen Reibkraft über der Geschwindigkeit ergibt
eine sogenannte Stribeck-Kurve, welche einen charakteristischen
Der maximale Fehler des DMS, über den die Last eingestellt wird,
ergibt sich zu [3]:
Aufgrund der Lastabhängigkeit der Reibkraft kommt es bei der
Gesamtunsicherheit zu einer Fehlerfortpflanzung. Unter der Annahme,
dass die Reibkraft dem Coulomb’schen Gesetz folgt und
somit proportional der Last ist, ergibt sich die Gesamtunsicherheit
zu 1,35 %.
Neben den Kraftmessungen werden zudem Dauerversuche
durchgeführt, die der Validierung des Prognosemodells dienen. Im
Zuge dessen wird der zeitliche Verlauf des Temperaturfelds an charakteristischen
Punkten gemessen. Aufgrund der Symmetrie der
Profilschiene und des Trägers stellt sich in Querrichtung ein zur
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