antriebstechnik 1-2/2017

LINEARTECHNIK
Die Validierung
Der Vergleich in Bild 08 zwischen den Messwerten und dem Prognosemodell
zeigt, dass die Realität durch das Modell mit hoher
Genauigkeit abgebildet werden kann. Für die Profilschiene ergeben
sich in der Aufheizphase maximale absolute Abweichungen von
ungefähr 0,6 °C. Als relative Abweichung ergibt sich bezogen auf
das gemessene Temperaturdelta ein Unterschied von maximal
7,5 %. Die maximale absolute Abweichung an der Platte, welche
den gesamten Prüfstand abbildet, ergibt sich zu 1 °C, was einer
relativen Abweichung von 12,5 % entspricht. Für den Aufbau auf
dem Führungsschuh ergeben sich absolute Abweichungen von
maximal 0,95 °C bei einer relativen Abweichung von ca. 10 %. Da es
beispielsweise an den Seiten der Platte zu verhältnismäßig kleinen
Temperaturänderungen kommt, führen hier schon kleine Abweichungen
des Prognosemodells zu den oben genannten relativen
Abweichungen. Die stationäre Endtemperatur wird an allen Messpunkten
mit sehr hoher Genauigkeit prognostiziert. In der Abkühlphase
erreichen die absoluten Abweichungen über 2 °C. Im Mittel
liegt somit eine relative Abweichung zwischen Messung und Prognosemodell
unter 10 % vor.
Die in der Abkühlphase relativ hohen Abweichungen liegen in der
Wahl der geometrischen Abbildung des Prüfstands begründet. Zur
Vereinfachung des Modells wird der gesamte Prüfstandsaufbau
durch eine Platte repräsentiert, wodurch sich die ergebende Wärmeabgabe
nicht nach Literaturangaben bestimmen lässt. Der Vergleich
zeigt, dass diese entsprechend angepasst werden muss. Die Ergebnisse
zeigen, dass das Modell hinreichend genau ist, um das thermische
Verhalten von Profilschienenführungen vorherzusagen.
Zusammenfassung und Ausblick
Als Ergebnis lassen sich die einzelnen Einflüsse auf das thermische
Verhalten von Profilschienenführungen nun sowohl qualitativ als
auch quantitativ gegeneinander abschätzen. Dauerversuche zeigen,
dass Komponententemperaturen zwischen 20 °C und 35 °C
keine messbaren Auswirkungen auf die Reibkraft haben. Untersuchungen
verschiedener Wälzkörper ergeben, dass Profilschienenführungen
mit Kugeln empfindlich auf Laständerungen reagieren
und dass Zylinderrollen eine stärkere Abhängigkeit von der Verfahrgeschwindigkeit
aufweisen. Weiterhin zeigt die Analyse der
Vorspannklassen, dass für definierte Bereiche der Verfahrgeschwindigkeit
eine verringerte Reibkraft erzielt werden kann. Bei lastfreiem
Betrieb dominiert der Einfluss des Abstreifers, welcher jedoch
ebenfalls einen Stribeck-ähnlichen Verlauf aufweist und somit
nicht als konstanter Faktor berücksichtigt werden kann. Weiterhin
zeigt sich, dass eine Fettschmierung grundsätzlich zu deutlich höheren
Reibkräften führt. Teilweise ergibt sich bei einer Fettschmierung
die doppelte Reibkraft im Vergleich zu einer Ölschmierung.
Im Vergleich zweier unterschiedlicher Baugrößen zeigt sich, dass
die Reibkraft der Baugröße 45 ca. 55 % über der Reibkraft der
Baugröße 35 liegt.
Durch die Kenntnis der sich einstellenden Reibkräfte kann der
Wärmeeintrag einer sich im Betrieb befindlichen Profilschienenführung
somit bestimmt werden. Dieser Wärmeeintrag lässt sich als
Wärmelast für ein Prognosemodell übernehmen. Das sich einstellende
Temperaturprofil kann hierdurch mit hoher Genauigkeit prognostiziert
werden. z
07 Simulationsmodell für die Komponente
08 Vergleich zwischen Versuch und Simulation
Literaturverzeichnis:
[1] Großmann, K.: Thermo-energetic Design of Machine Tools. Heidelberg, New
York, London: Springer, 2015
[2] Kistler Group: Quarzkristall-Kraftmesselemente. Winterthur, Firmenschrift,
ohne Jahresangabe
[3] Pfeifer, T.; Profos, P.: Handbuch der industriellen Meßtechnik. 6. Aufl.,
München: Oldenbourg, 1994
[4] Norm DIN EN 60584 Teil 1. Thermoelemente. Thermospannungen und
Grenzabweichungen, 2015
[5] Norm DIN EN 60751. Industrielle Platin-Widerstandsthermometer und
Platin-Temperatursensoren, 2009
[6] Exxon Mobil Corporation: Fett – Bestandteile und Eigenschaften. Firmenschrift,
2012
[7] Schaeffler Wälzlager oHG: Labyrinthdichtungen für Wälzlager. Homburg
(Saar). Firmenschrift, 1995
[8] VDI e.V.: VDI-Wärmeatlas. Springer, 2013
[9] Gleich, S.: Simulation des thermischen Verhaltens spanender Werkzeugmaschinen
in der Entwurfsphase. Diss. TU Chemnitz, 2008
Danksagung
Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)
für die finanzielle Unterstützung des Sonderforschungsbereichs
Transregio 96, Teilprojekt B03: „Komponenten- und Baugruppenuntersuchung“.
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