DFG-Projekt

 

Erweiterte Lebensdauertheorie für Kugelgewindetriebe unter Berücksichtigung von Ruckeinflüssen

Für die elektromechanischen Vorschubantriebe in Werkzeugmaschinen sind Kugelgewindetriebe zur Umwandlung der rotatorischen Drehbewegung des elektrischen Antriebs in eine lineare Vorschubbewegung eine wesentliche Komponente. Werkzeugmaschinen haben sich in den letzten Jahren in ihrem Aufbau und ihrer Technik enorm weiterentwickelt. Die Leistungsanforderungen an Kugelgewindetrieben sind demzufolge stark angestiegen. Gefordert werden neben hohen Positioniergeschwindigkeiten und -beschleunigungen (Dynamik) auch sehr hohe Positioniergenauigkeiten bei sehr kurzen Bearbeitungszeiten in Kombination mit einer hohen Lebensdauer. Hoher Verschleiß am Kugelgewindetrieb und dessen Ausfall verursacht Wartungskosten und bestimmt somit die Wartungsintervalle der Werkzeugmaschine. Eine präzise Aussage bezüglich der zu erwartenden Lebensdauer des Kugelgewindetriebs kann mit derzeit verfügbaren Ansätzen nach DIN 69051 bzw. ISO 3408 aufgrund vieler nicht berücksichtigter Einflussgrößen nicht getroffen werden. Die dabei berücksichtigten Haupteinflussgrößen beschränken sich auf die Axialkraft und Geschwindigkeit des Kugelgewindetriebs. In modernen Werkzeugmaschinen sind die Antriebsmotoren häufig zu dynamischeren Bewegungen fähig, als die mechanischen Komponenten der Antriebsstränge unter Aufrechterhaltung der geforderten Genauigkeit aufnehmen können. Zur Reduzierung der Bearbeitungshauptzeiten bei gleichzeitiger Erhöhung der Produktivität können höhere Werte für Ruck, Beschleunigung und Reglerverstärkung (Kv-Faktor) eingestellt werden. Der Ruck als zeitliche Änderung der Beschleunigung belastet den Kugelgewindetrieb in der Werkzeugmaschine impulsartig und regt das System zu Schwingungen an.



Somit ergeben sich Differenzen in den tatsächlich wirkenden Kräften am Kugelgewindetrieb zu den theoretisch berechneten Beschleunigungskräften. Die Auswirkung des Rucks auf das Verschleißverhalten von Kugelgewindetrieben ist jedoch weitestgehend unerforscht und bleiben in den bisherigen Betrachtungen unberücksichtigt. Um ein detailliertes Grundlagenwissen über das Verschleißverhalten des Kugelgewindetriebs während der Beschleunigungsphase zu erlangen, soll im Rahmen diese Forschungsvorhabens eine erweiterte Lebensdauertheorie für Kugelgewindetriebe entwickelt werden, die insbesondere Ruckeinflüsse berücksichtigt. Ziel ist es daher, eine erweiterte Lebensdauertheorie unter Berücksichtigung von Ruckeinflüssen zu entwickeln, um genauere Prognosen der Lebensdauer des Kugelgewindetriebs auf Basis von experimentellen und theoretischen Untersuchungen ableiten zu können. Um das aus den experimentellen Lebensdauerversuchen gewonnene Grundlagenwissen in eine verbesserte Lebensdauervorhersage zu überführen, muss zusätzlich ein theoretisches Modell entwickelt werden. Dieses soll die bis jetzt nicht berücksichtigten Ruckeinflüsse, die zum Ausfall eines Kugelgewindetriebs beitragen, berücksichtigen, um daraus die modifizierte Lebensdauer zu berechnen.



 

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