antriebstechnik 3/2018

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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. Literaturverzeichnis: [1] BRECHER, Christian: Vergleichende Analyse von Vorschubantrieben für Werkzeugmaschinen. Aachen, Shaker. 2002 [2] ALTINTAS, Y.; VERL, A.; BRECHER, C.; URIARTE, L.; PRITSCHOW, G.: Machine tool feed drives. In: CIRP Annals – Manufacturing Technology 60 (2011), Nr. 2, S. 779–796 [3] LÓPEZ DE LACALLE, L. N.; LAMIKIZ, A.: Machine tools for high performance machining. London : Springer, 2009 [4] GROSS, Hans ; HAMANN, Jens; WIEGÄRTNER, Georg: Technik elektrischer Vorschubantriebe in der Fertigungs- und Automatisierungstechnik : Mechanische Komponenten, Servomotoren, Messergebnisse. Erlangen : Publicis Corporate Pub., 2006 [5] FREY, S.; DADALAU, A.; VERL, A.: Expedient modeling of ball screw feed drives. In: Production Engineering 6 (2012), Nr. 2, S. 205–211 [6] URIARTE, L.; ZATARAIN, M.; AXINTE, D.; YAGÜE-FABRA, J.; IHLENFELDT, S.; EGUIA, J.; OLARRA, A.: Machine tools for large parts. In: CIRP Annals – Manufacturing Technology 62 (2013), Nr. 2, S. 731–750 [7] HOFFMANN, Frank: Optimierung der dynamischen Bahngenauigkeit von Werkzeugmaschinen mit der Mehrkörpersimulation. Aachen : Apprimus-Verl., 2008 [8] ARNDT, Holger: Vorschubachsen für große Werkzeugmaschinen : Entscheidungskriterien zur Auslegung und zur Auswahl des Bewegungsprinzips. Dresden, Technische Universität Dresden, Institut für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik. Abschlussbericht zum Forschungspraktikum. 1999 [9] WECK, Manfred (Hrsg.); BRECHER, Christian (Hrsg.): Werkzeugmaschinen 3: Mechatronische Systeme, Vorschubantriebe, Prozessdiagnose. 6. neu bearbeitete Auflage. Berlin Heidelberg : Springer-Verlag; Springer, 2006 [10] ENGELBERTH, Tim; APPRICH, Stefanie; FRIEDRICH, Jens; COUPEK, Daniel; LECHLER, Armin: Properties of electrically preloaded rack-and-pinion drives. In: Production Engineering 9 (2015), Nr. 2, S. 269–276 [11] DIN ISO DIN ISO 230-2. 2011. Prüfregeln für Werkzeugmaschinen – Teil 2: Bestimmung der Positioniergenauigkeit und der Wiederholpräzision der Positionierung von numerisch gesteuerten Achsen 58 antriebstechnik 3/2018
IM NÄCHSTEN HEFT: 4/2018 ERSCHEINUNGSTERMIN: 18. 04. 2018 • ANZEIGENSCHLUSS: 03. 04. 2018 01 02 03 BLDC Motor Smart Connectors Housing Control Electronics with Sensor Gearbox Software 04 01 Die Nachfrage nach Servoantrieben mit integrierten Sicherheitsfunktionen steigt, weil Anlagen und Maschinen immer enger mit Menschen zusammenarbeiten. Eine Plattform hilft nun Herstellern von Servoantrieben bei der Nachrüstung von erweiterten Sicherheitsfunktionen 02 Warum bieten komplette mechatronische Antriebslösungen viele Vorteile gegenüber einzelnen Komponenten? Urs Kafader, technischer Ausbildungsleiter bei Maxon Motor, beschreibt die Entwicklung eines applikationsspezifischen Motors am Beispiel eines Hüftgelenks für Roboter Der direkte Weg im Internet: www.antriebstechnik.de als E-Paper: www.engineering-news.net Redaktion: d.schaar@vfmz.de WORLD OF INDUSTRIES: www.en.engineering-news.net 03 Mehr Effizienz mit Hybridleitungen: Mit innovativen Schnittstellen- Lösungen im Bereich der Drehgeber werden Servomotoren noch effizienter, kompakter und zukunftssicherer 04 Die Qualität und ordnungsgemäße Wartung von Kohlebürsten wirken sich auf die Laufeigenschaften und Lebensdauer eines Motors aus. Menzel Elektromotoren erklärt, was sich beim Umgang mit Kohlebürsten in der Praxis bewährt hat und was häufig zu Problemen führt (Änderungen aus aktuellem Anlass vorbehalten) antriebstechnik 3/2018 59
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