Erweiterte Lebensdauertheorie für Kugelgewindegetriebe unter Ruckeinflüssen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Brecher
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 126425414

Für die elektromechanischen Vorschubantriebe in Werkzeugmaschinen sindKugelgewindetriebe zur Umwandlung der rotatorischen Drehbewegung des elektrischenAntriebs in eine lineare Vorschubbewegung eine wesentliche Komponente.Werkzeugmaschinen haben sich in den letzten Jahren in ihrem Aufbau und ihrer Technikenorm weiterentwickelt. Die Leistungsanforderungen an Kugelgewindetrieben sinddemzufolge stark angestiegen. Gefordert werden neben hohen Positioniergeschwindigkeitenund -beschleunigungen (Dynamik) auch sehr hohe Positioniergenauigkeiten bei sehr kurzenBearbeitungszeiten in Kombination mit einer hohen Lebensdauer. Hoher Verschleiß amKugelgewindetrieb und dessen Ausfall verursacht Wartungskosten und bestimmt somit dieWartungsintervalle der Werkzeugmaschine. Eine präzise Aussage bezüglich der zuerwartenden Lebensdauer des Kugelgewindetriebs kann mit derzeit verfügbaren Ansätzennach DIN 69051 bzw. ISO 3408 aufgrund vieler nicht berücksichtigter Einflussgrößen nichtgetroffen werden. Die dabei berücksichtigten Haupteinflussgrößen beschränken sich auf dieAxialkraft und Geschwindigkeit des Kugelgewindetriebs. In modernen Werkzeugmaschinensind die Antriebsmotoren häufig zu dynamischeren Bewegungen fähig, als die mechanischenKomponenten der Antriebsstränge unter Aufrechterhaltung der geforderten Genauigkeitaufnehmen können. Zur Reduzierung der Bearbeitungshauptzeiten bei gleichzeitigerErhöhung der Produktivität können höhere Werte für Ruck, Beschleunigung undReglerverstärkung (Kv-Faktor) eingestellt werden. Der Ruck als zeitliche Änderung derBeschleunigung belastet den Kugelgewindetrieb in der Werkzeugmaschine impulsartig undregt das System zu Schwingungen an. Somit ergeben sich Differenzen in den tatsächlichwirkenden Kräften am Kugelgewindetrieb zum theoretisch berechnetenBeschleunigungskräften. Die Auswirkung des Rucks auf das Verschleißverhalten vonKugelgewindetrieben ist jedoch weitestgehend unerforscht und bleiben in den bisherigenBetrachtungen unberücksichtigt. Um ein detailliertes Grundlagenwissen über dasVerschleißverhalten des Kugelgewindetriebs während der Beschleunigungsphase zu erlangen,soll im Rahmen diese Forschungsvorhabens eine erweiterte Lebensdauertheorie fürKugelgewindetriebe entwickelt werden, die insbesondere Ruckeinflüsse berücksichtigt. Zielist es daher, eine erweiterte Lebensdauertheorie unter Berücksichtigung von Ruckeinflüssenzu entwickeln, um genauere Prognosen der Lebensdauer des Kugelgewindetriebs auf Basisvon experimentellen und theoretischen Untersuchungen ableiten zu können. Um das aus denexperimentellen Lebensdauerversuchen gewonnene Grundlagenwissen in eine verbesserteLebensdauervorhersage zu überführen, muss zusätzlich ein theoretisches Modell entwickeltwerden. Dieses soll die bis jetzt nicht berücksichtigten Ruckeinflüsse, die zum Ausfall einesKugelgewindetriebs beitragen, berücksichtigen, um daraus die modifizierte Lebensdauer zuberechnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen