Entwicklung eines vereinfachten Verfahrens zur Lebensdauerprognose von Profilschienenführungen unter allgemeiner Momentenbelastung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Ihlenfeldt
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Fügetechnik und Trenntechnik ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 380444129

Profilschienenführungen (PSF) übertragen bis auf die Kraft in Verfahrrichtung Kräfte und Momente in allen Richtungen zwischen relativ bewegten Baugruppen. Die Werte der wirkenden Belastungen sind für die Berechnung der Lebensdauer von PSF wichtige Eingangsgrößen. Von den übertragbaren Belastungen führen Nick- und Giermomente innerhalb einer Laufbahn zu unterschiedlich großen Einzelwälzkontaktkräften. Mit der „Wälzkontaktbezogenen Lebensdauerrechnung“ (WKBL) wird diese Tatsache in der Lebensdauerberechnung berücksichtigt, was bis zu 4-fach höhere rechnerische Lebensdauerwerte liefert als die konventionelle Berechnungsmethode. Zur Bestimmung der Einzelwälzkontaktkräfte wurde eine Berechnungsmethodik entwickelt, die FE-Berechnungen beim Anwender obsolet werden lassen. In den bisherigen, noch nicht vollständig abgeschlossenen, Lebensdauerversuchen unter Nickmomentenbelastung der Prüflinge ist eine experimentelle Validierung der WKBL absehbar. Auffällig ist jedoch die große Streuung der erreichten Laufwege um die rechnerisch ermittelte Lebensdauer.PSF werden in der Regel in einem Verbund aus einem Schlitten mit 4 Wagen und 2 Schienen eingesetzt. Aufgrund der Steifigkeiten der Anbindungen im Zusammenspiel mit Fertigungs- und Montagetoleranzen sowie thermischen Dehnungen können Zwangskräfte auf die Profilschienenführungen wirken, die die Lebensdauer u. U. erheblich verringern. Außerdem können Lastkollektive, wie sie bei der Auslegung der Führungen angenommen werden, häufig nicht vorhergesagt werden, da sie sich je nach Bearbeitungsaufgabe oft ändern können.Im beantragten Fortsetzungsantrag sollen daher die genannten (realen) Betriebsbedingungen und der individuelle Schadensfortschritt jeder PSF bei der Lebensdauervorhersage berücksichtigt werden. Mittels berührungsloser Abstandssensorik soll kontinuierlich und hochaufgelöst der Abstand zwischen Führungswagen und Schiene gemessen werden. Mit den bisher im Projekt erarbeiteten Berechnungsmethoden sind damit die Einzelwälzkontaktkräfte und folglich die wälzkontaktbezogene Restlebensdauer bei der realen Anwendung berechenbar. Zusätzlich soll das dynamische Verhalten der PSF analysiert und ein condition monitoring-System realisiert werden, was mit zuvor erarbeiteten maschinellen Lernverfahren und/oder Verschleißmodellen drohende Ausfälle so früh wie möglich vorhergesagt. Zur Umsetzung der Vorhersagemethoden, sind im Projekt steuerungsintegrierte Mess- und Auswertungsverfahren zu erarbeiten und Lebensdauerversuche mit variierender Last durchzuführen. Das Laufwegpotenzial von PSF soll so deutlich besser ausgeschöpft werden können, wodurch sich für den Anwender eine signifikante Reduktion des Risikos beim Einsatz von PSF bei gleichzeitiger Präzisierung der Wartungsintervalle ergibt. Die Methodik kann als strukturintegrierte Kraftmessung interpretiert werden, was weitere Anwendungsmöglichkeiten ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen