mav 12.2021

02 Werkzeuge
Bild 3: Prüfaufbau zur
Untersuchung der Kraftdynamik.
Bild: IFW
trie-PCs (IPC), an den die verarbeiteten Mess- und Zustandsdaten
der Antriebe übermittelt werden. Die übermittelten
Antriebssignale dienen als Grundlage zur Bestimmung
der real wirkenden Spannkraft. Dazu wird
ein Rechenmodell des Kraftspannfutters genutzt, das
das strukturdynamische Verhalten des Spannfutters digital
abbildet. Mithilfe der gemessenen Antriebsmomente
und der im Modell hinterlegten Antriebsmoment-
Spannkraft-Kennlinie lässt sich die vorliegende Spannkraft
berechnen. Darüber hinaus weist der Industrie-PC
offene Maschinenschnittstellen wie das MQTT-Protokoll
oder OPC-UA auf, die eine Kommunikation mit
übergeordneten Fertigungssystemen ermöglichen. Das
Kraftspannfutter ist damit ebenfalls für Industrie-
4.0-Anwendungen geeignet.
Innerhalb des Kraftspannfutters treten sowohl im
Spannmechanismus selbst als auch im Bereich der Motoren
nichtlineare Reibungseffekte auf. Vorberechnungen
von HWR haben gezeigt, dass insbesondere die
Haftreibung im Bereich der Motorkinematik die wirkende
Spannkraft beeinflusst. Zur präzisen Einstellung
der Spannkraft ist daher die Kenntnis der real vorliegenden
Reibbedingungen essenziell. Hierzu wurde der in
Bild 3 gezeigte Prüfaufbau herangezogen.
Der Prüfstand besteht aus dem verwendeten Wellgetriebemotor,
wobei die Rotationsbewegung des Wellgetriebemotors
über eine Gewindespindel in eine lineare
Stellbewegung umgelenkt wird. Eine lineare Bewegung
wird benötigt, um die Ausgleichskinematik des bestehenden
Kraftspannfutters zu betätigen. Die Gewindespindel
ist dabei selbsthemmend ausgelegt. Die Selbsthemmung
erlaubt, dass die Spannkraft ohne permanent
anliegendes Motormoment aufrechterhalten wird. Ein
unkontrolliertes Lösen des Werkstücks bei einer Stromunterbrechung
wird folglich verhindert. Die vom Motor
aufgebrachte Stellkraft Fstell in Z-Richtung erfasst ferner
eine Kraftmessdose. Zur Überwachung der Motortemperatur
sind Thermoelemente vom Typ K auf dem
Motorgehäuse appliziert.
Experimentelle Untersuchungen
Im VT-S031 wird zur Minimierung der Haftreibung eine
Spannfutterpaste vom Typ OKS 265 eingesetzt. Zur
Überprüfung der Einsetzbarkeit dieses Schmierstoffs
wurde mithilfe des Prüfstands die erzielbare Stellkraft
untersucht. Als Referenzwert dient dabei ein Standard-
Schmierfett vom Typ HLP 32, das im Vergleich zur
Spannfutterpaste eine höhere Viskosität aufweist. Im
Rahmen der Versuche erfolgte über den Industrie-PC
und den Mikrokontroller des Motors die Einstellung
verschiedener Drehmomente. Als verarbeitbarer Rückgabewert
steht ein normiertes Motormoment MNorm
zur Verfügung, welches das aktuelle Motormoment bezogen
auf das nominelle Maximalmoment beschreibt.
Für die experimentellen Versuche wurden Momente
zwischen M Norm
= 0 – 50 % aufgebracht. In diesem Be-
52 Dezember 2021