mav 12.2021

eich ist der Motor für Dauerbelastungen spezifiziert. Je
Drehmomentstufe wurden zehn Wiederholungen durchgeführt.
Außerdem wurde die erzeugte Kraft F in
z-Richtung mithilfe der Kraftmessdose erfasst. Die Ergebnisse
der Versuche sind in Bild 4 dargestellt.
Das Diagramm stellt die ermittelte Kraft F in Abhängigkeit
vom eingestellten Motormoment MNorm dar.
Bis zum Moment M Norm
≈ 10 % findet keine Krafteinleitung
statt, da zunächst innere Reibkräfte überwunden
werden müssen. Im Bereich des linearen Kraftanstiegs
konnten mit dem OKS 265 im Vergleich zum HLP
32 höhere Kräfte erzielten werden. Beim Motormoment
M Norm
= 50 % betragen für die Spannfutterpaste die
maximalen Druckkräfte von F Druck,max
= 10,3 kN sowie
maximalen Zugkräfte von F Zug,max
= 14,5 kN. Mit dem
OKS 265 ließ sich damit die Kraft F um ca. 8,5 % für
Druckkräfte und ca. 18,8 % für Zugkräfte steigern. Insgesamt
konnten höhere Zug- als Druckkräfte ermittelt
werden. Der Grund hierfür liegt in dem zusätzlichen
Auflagereibmoment, das zwischen Gewindespindel und
Kraftmessdose für Druckkräfte in positive z-Richtung
wirkt. Eine direkte Messung dieses Auflagereibmoments
ist mit dem Prüfstand nicht möglich. Indirekt kann der
Einfluss jedoch anhand des Kräfteverhältnis η zwischen
Druck- und Zugkraft überprüft werden. Gemäß der Berechnungsvorschrift
für Bewegungsgewinde [WIT19],
lässt sich mit den gegebenen Gewindeparametern ein
theoretisches Kräfteverhältnis von η = 1,42 errechnen.
Experimentell wurden für das Kraftverhältnis Werte im
Bereich von 1,38 – 1,45 ermittelt, sodass die Werte in
sehr guter Näherung übereinstimmen. Die geringeren
Druckkräfte wirken bei der Innenspannung von Werkstücken
mit dem Kraftspannfutter. Bei der Innenspannung
erhöht sich während der Bearbeitung fliehkraftbedingt
die wirkende Spannkraft, sodass tendenziell geringere
Betätigungskräfte benötigt werden. Zur Bereitstellung
der maximalen Betätigungskraft F Betät
= 60 kN sind
Stellkräfte F Stell
= 15 kN an jedem der vier Motoren erforderlich.
Im Bereich der kurzzeitigen Spitzenbelastung
(< 1 s) konnten experimentell je Motor bereits Stellkräfte
F Stell,max
= 18,3 kN ermittelt werden (nicht im Bild
dargestellt). Im Verbund der vier Motoren kann somit
eine maximale Stellkrafte F Stell,max
= 73,2 kN erreicht
werden. Die mit dem Motor erzielten Kräfte sind folglich
hinreichend groß, um die benötigte Betätigungskraft
F Betät
= 60 kN bereitzustellen und das Kraftspannfutter
bis zur angestrebten Spannkraft von 150 kN betätigen
zu können.
Abschließend lässt sich also festhalten, dass die verwendeten
Wellgetriebemotoren für die Umsetzung des
Kraftspannfutters geeignet sind, hohe Spannkräfte von
bis zu 150 kN bereitzustellen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens
wird dabei im Hinblick auf die
Spannkraftmessung eine Abweichung zur real wirkenden
Spannkraft von ∆Ff ≤= 100 N angestrebt. Erste experimentelle
Voruntersuchungen haben bereits gezeigt,
dass thermisch bedingte Messsignaländerungen im Bereich
von 24 % auftreten können. Dies entspricht einer
Messabweichung im Bereich von ∆Ff = 3,8 kN. Im weiteren
Verlauf des Forschungsvorhabens „CyberChuck“
werden daher Methoden erforscht, um den Spannkraftmessfehler
zu reduzieren. Dazu zählt auch die Evaluierung
des CyberChuck-Systems unter industrienahen Bedingungen.
Hierfür ist der Einsatz des CyberChuck-Systems
in einem Dreh-Fräszentrum geplant.
■
Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen
der Leibniz Universität Hannover
www.ifw.uni-hannover.de
Danksagung
Bild 4: Einfluss der
Reibebedingungen auf
die wirkende Stellkraft.
Bild: IFW
Die dargestellten Ergebnisse wurden im Rahmen des Verbundprojektes
„CyberChuck“ (Förderkennzeichen: 02P18K601) erarbeitet. Das Verbundprojekt
wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und
Forschung (BMBF) im Programm „KMU-innovativ: Produktionsforschung“
gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut.
Dank gilt dem Projektpartner HWR Spanntechnik GmbH. Die Verantwortung
für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.
Literatur
[WEC13] Weck M.; Brecher C.: Maschinenarten und Anwendungsbereiche.
Springer Vieweg, Berlin, 2013
[WIT19] Wittel H, Jannasch D, Voßiek J, Spura C: Roloff/Matek Maschinenelemente.
Springer Fachmedien Wiesbaden, Wiesbaden, 2019
Dezember 2021 53