antriebstechnik 3/2018

Amplitude [dB]
Phase [°]
Amplitude [dB]
Phase [°]
11
12
13
80
60
40
10
0
-20
-40
-60
0
-20
-40
-60
10 1
0
*
10 1
Frequenzverhalten des einzelnen ZRA
0
N, schwer
G N, leicht
-45
G 10 1 10 2
-90
G M, leicht
-135
G M, schwer
-180
Frequenzverhalten des elektrisch verspannten ZRA
*
G N, leicht
-45
G 10 1 10 2
-90
N, schwer
G M, leicht
-135
G M, schwer
-180
Design for Speed Design for Feed Force Design for Rigidity
Speed Feed Force Rigidity
V 2Max [m/min] F 2T [N] C lin [N/µm]
0 40 50 60 70 80 90 100
d [mm]
50000
40000
30000
20000
10000
Frequenz [Hz]
10 2
Frequenz [Hz]
Eigenschaftsänderung von ZRA durch Design for X
10 2
0 40 50 60 70 80 90 100
d [mm]
200
1500
1000
500
0 40 50 60 70 80 90 100
d [mm]
Gesamtsteifigkeit optimiert werden. Weiterhin können Ritzel und
Zahnstange im Rahmen von unterschiedlichen geometrischen
Klassen, Werkstoffen und Wärmebehandlungsverfahren individuell
hinsichtlich Laufruhe, Positioniergenauigkeit und übertragbarer
Vorschubkraft konfiguriert werden.
Der aktuelle Stand der Technik zeigt, dass die Verspannung in
den meisten Fällen konstant eingestellt wird, obwohl diese für den
Erhalt der hier gezeigten maximalen Positioniergenauigkeit nicht
immer benötigt wird. Durch eine gezielte Anpassung der Verspannung
während des Betriebs kann der Energiebedarf der Antriebsachse,
der vom Betrag der Verspannung abhängt, gesenkt werden,
ohne dass die Positioniergenauigkeit beeinflusst wird. Weiterhin
wird der Betrag der Verspannung anhand von praktischen Einstellregeln
ermittelt. Der aktuelle Stand der Technik liefert keine
theoretischen Grundlagen zur Einstellung eines für den Erhalt der
Genauigkeit minimal benötigten Verspannungsbetrags. Diese
Defizite des aktuellen Standes der Technik werden am ISW betrachtet.
Derzeit wird eine Methode zur Anpassung der Verspannung
während des Betriebes, adaptive Verspannung genannt,
entwickelt. Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Absenkung
des durchschnittlichen Verspannungsbetrages von bspw. 20 auf
10 % eine Reduzierung des Energiebedarfs pro Antriebachse um
bis zu 3 % bewirkt.
Wie im Artikel beschrieben, wird die Umkehrspanne trotz Verspannung
durchlaufen. Dies führt zu einer Reduzierung der Bahngenauigkeit
eines elektrisch verspannten ZRA ohne direktes Messsystem.
Die Bahngenauigkeit beschreibt den maximalen Fehler
zwischen Soll- und Ist-Position bei Bewegung entlang einer vorgegebenen
Bahn mit definierter Geschwindigkeit. Am ISW wird
derzeit, neben der adaptiven Verspannung, eine neuartige Regelungsstruktur
zur Steigerung der Bahngenauigkeit entwickelt. Die
Verspannung bewirkt, dass die Umkehrspanne nie zeitgleich von
beiden Motoren durchlaufen wird. Diese Eigenschaft wird der neuartigen
Regelungsstruktur zu Grunde gelegt, um den Einfluss der
Umkehrspanne auf die Bahngenauigkeit zu reduzieren.
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Bestimmung der Positioniergenauigkeit und der Wiederholpräzision der
Positionierung von numerisch gesteuerten Achsen
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