Kugelrollspindelantrieb mit nachgiebigem Axiallager

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Günter Pritschow (†)
• Subject Area: Metal-Cutting and Abrasive Manufacturing Engineering
• Term: from 2006 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 18183282

Moderne Werkzeugmaschinen werden aus Kostengründen auch heute noch zu mehr als 80 % mit Kugelrollspindelantrieben für lineare Vorschubachsen ausgerüstet, obwohl sie den Lineardirektantrieben in der Bandbreite und damit in der Dynamik i.a. um den Faktor 5 und höher unterlegen sind. Die Grenze der Dynamik von Kugelrollspindelantrieben wird heute durch die 1. Eigenfrequenz der Mechanik sowie durch deren Resonanzüberhöhung bestimmt. Für Werkzeugmaschinenachsen üblicher Größenordnungen überschreitet der Kv-Faktor als Maß für die Dynamik des Lageregelkreises dabei selten den Wert von 501/s, obwohl der unterlagerte Geschwindigkeitsregelkreis - wie bei Direktantrieben üblich ~ den Wert von 250 1/s und höher erlauben würde. Um diese Größenordnung mit Kugelrollspindelantrieben zu erreichen, müssten die Resonanzfrequenz und Dämpfung entsprechend gesteigert werden, was mit den bisher bekannten Anordnungen nicht möglich ist. Durch Vorversuche im ISW konnte simulativ und in ersten einfachen Experimenten gezeigt werden, dass sich sowohl die Resonanzfrequenz als auch die Resonanzdämpfung entscheidend verändern lassen, wenn das Axiallager der Anordnung nachgiebig gestaltet wird und die Axiallagersteifigkeit dabei stark bedämpft wird. Das Forschungsprojekt soll dazu dienen, diesen Effekt eindeutig aufzuklären, die Randbedingungen für die praktische Anwendung zu klären sowie Wege zur Realisierung praxisnaher konstruktiver Auslegungen aufzuzeigen. Als Chance zeichnet sich damit eine Dynamik für Kugelrollspindelantriebe ab, die der von Lineardirektantrieben nahe kommt. Da ein nachgiebiges Axiallager zudem auch für eine Ruckkompensation ausgelegt werden kann, was bei großer Bandbreite sehr nützlich ist, soll auch diese Möglichkeit eingehend untersucht werden. Zur experimentellen Klärung der Grundlagen für die hier vorgestellten Effekte wird zunächst eine Förderung von 15 Monaten beantragt.

• DFG Programme: Research Grants