antriebstechnik 1-2/2021

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
DIE AUTOREN
06 Stabilisierung eines instabilen Prozesszustands. Messsignal der Auslenkung des
Rotormittelpunkts XM (oben), Oberflächen- (Mitte) und Primärprofil Pt (unten)
Prof. Dr.-Ing. Berend Denkena,
Geschäftsführende Leitung
IFW Hannover
Dr. Ing. Benjamin Bergmann,
Bereichsleiter des Bereichs Maschinen
und Steuerungen des Instituts
für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen
(IFW) Hannover
Mitte des Rotors ein Messring positioniert. Die drei Wirbelstromsensoren werden jeweils
durch eine Bohrung in einem Statorzahn montiert. Eine Herausforderung bei der
Konstruktion ist die Dimensionierung der Kombination von Statorwicklung und Aktorwicklung
im Statoraktivteil. Eine gegenseitige Spannungsinduktion zwischen den
Wicklungssystemen muss durch eine magnetische Entkopplung weitgehend vermieden
werden. Eine in der Antriebswicklung induzierte Spannung würde sonst zu unerwünschten
Wechselwirkungen mit der Leistungselektronik führen. Wird eine Spannung
in der Aktorwicklung induziert, verändert dies den Strom in den Aktorwicklungen
und führt zu einer unerwünschten Beeinflussung der Dämpfungskräfte. Die Dimensionierung
von magnetisch entkoppelten Wicklungen erfolgt mithilfe
zweidimensionaler Finite-Elemente-Berechnungen (FEM) mit dem Ziel, eine zum
Funktionsmuster a) vergleichbare Aktorkraft zu erreichen. Die Simulationen zeigen,
dass mit einer bestimmten Polpaarzahl und Wicklungsvariante bei einer Aufteilung
des Bauraums in 40 % für die Aktorwicklung und 60 % für die Antriebswicklung eine
hinreichende Entkopplung und eine ausreichende Dämpfungskraft erreicht werden
kann. Günstig ist die Wahl einer Polpaarzahl von p A
= 6 für die Aktorwicklung und von
p M
= 3 für die Antriebswicklung. Verglichen mit dem Funktionsmuster a) kann so das
Motormoment um über 70 % (von 16,34 Nm auf 28 Nm) und die Motorleistung um
über 50 % (von 18,7 kW auf 28 kW) erhöht werden. Das Motormoment liegt so nur
noch um 25 % und die Motorleistung nur noch um 35 % unter den Werten einer konventionellen
Motorspindel gleicher Größe. Nach [BIC15] liegt jedoch die dynamische
Prozessgrenze aufgrund von Rattern von Funktionsmuster a) weit unterhalb der elektrischen
Leistungsfähigkeit des Motors. Eine Steigerung des Zeitspanvolumens mit
Funktionsmuster b) ist somit im Vergleich zu einem baugleichen Motor theoretisch
M. Sc. Frederic Böhse,
Wiss. Mitarbeiter Maschinenkomponenten,
IFW Hannover
M. Sc. Jan Königsberg,
Wiss. Mitarbeiter, Institut für
Antriebssysteme und Leistungselektronik
(IAL) Hannover
DANKSAGUNG
Das Forschungsprojekt „Aktive Ruckentkopplung für Werkzeugmaschinen“
(Projektnummer: 269666724) und das Forschungsprojekt „Methode zur
motorintegrierten Dämpfung von Spindelschwingungen bei Werkzeugmaschinen“
(Projektnummer: 112455566) werden mit Mitteln der Deutschen
Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Das IFW bedankt sich für die
finanzielle Unterstützung in diesen Projekten.
Prof. Dr.-Ing. Bernd Ponick,
Vorstand IAL Hannover
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