Grundlagen für den Einsatz exzentrischer Gelenke in parallelkinematischen Werkzeugmaschinen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Ihlenfeldt, seit 1/2016
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 53530748

Parallelkinematische Werkzeugmaschinen besitzen Vorteile gegenüber seriellen Kinematiken be- züglich Steifigkeit und Bewegungsdynamik. Ihre Anwendungsbreite ist jedoch eingeschränkt. Ur- sachen dafür sind u.a. die noch nicht wirtschaftliche Beherrschung der Bewegungsgenauigkeit sowie der begrenzte Arbeitsraum. In beiden Fällen stellen die Gelenke entscheidende Schwach- stellen dar. Die allgemein stehende Forderung nach sich schneidenden Gelenkdrehachsen zielt auf ein vereinfachtes kinematisches Modell, hat aber auch wesentliche Defizite zur Folge. Kon- struktive Gestaltungsmöglichkeiten im Gelenk werden begrenzt. Hohe Gelenksteifigkeit und große Schwenkwinkel sind gegensätzlich, und erfordern Kompromisse bei Gestaltung und Fertigung der Gelenke. Optimierte Lösungen sind meist sehr teuer.Ziel des Vorhabens ist daher die Verbesserung der Anwendungseignung von Parallelkinematiken durch Umgehung gelenkspezifischer Defizite mit alternativen Gelenkbauformen. Der verfolgte Lö- sungsansatz besteht in der Auflösung der Forderung nach schneidenden Gelenkdrehachsen. Das führt zu exzentrischen Gelenken. Damit sind hohe Gelenksteifigkeiten und große Schwenkwinkel nicht mehr gegensätzliche Forderungen. Die Idee exzentrischer Gelenkdrehachsen ist prinzipiell nicht neu. Für den Einsatz in parallelkinematischen Werkzeugmaschinen fehlen bisher jedoch the- oretische, konstruktive und anwendungsspezifische Grundlagen, die im Rahmen des Vorhabens erarbeitet und durch Untersuchungen am Einzelgelenk und am Gesamtsystem praktisch nachge- wiesen und überprüft werden.Das Arbeitsprogramm gliedert sich in zwei Abschnitte. Im ersten Projektabschnitt bildeten die Ein- zelgelenke als Komponenten von Parallelkinematiken den Untersuchungsgegenstand. Hierbei wurden sehr vielversprechende Ergebnisse erzielt. Im zweiten Abschnitt liegt der Fokus nun auf dem Gesamtsystem der Parallelkinematik mit exzentrischen Gelenken. Dafür sollen anwendungs- relevante Grundlagen erarbeitet und untersucht werden. Das betrifft einerseits steuerungstechni- sche Voraussetzungen, um das erweiterte Bewegungsvermögen sicher und mit der geforderten Bewegungsgüte nutzbar zu machen und andererseits die Gewinnung von Aussagen über die mit exzentrischen Gelenken realisierbaren Eigenschaftsverbesserungen am Gesamtsystem der Paral- lelkinematik. Hierfür sind umfangreiche experimentelle Untersuchungen geplant, die beispielhaft am Hexapod FELIX des IWM Dresden erfolgen. Dieser Versuchsträger sichert eine durchgängige Untersuchung für verschiedene Gelenkkonfigurationen an ein und derselben Maschinenstruktur unter gleichen Randbedingungen, und damit eine bestmögliche Vergleichbarkeit der Ergebnisse.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Knut Großmann, bis 1/2016 (†)