Aufrufe
vor 4 Monaten

antriebstechnik 1-2/2019

antriebstechnik 1-2/2019

KOMPONENTEN UND SOFTWARE

KOMPONENTEN UND SOFTWARE Für mehr Dynamik Sicherheitsstoßdämpfer schützen Flächenmotor Vier Sicherheitsstoßdämpfer von ACE schützen die Endlagen eines direkt angetriebenen Flächenmotors, der am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) im produktionstechnischen Zentrum der Leibniz Universität Hannover entwickelt wurde. Das neue Konzept des Hochschulteams ist interessant für hochdynamische Maschinen und kann unter anderem die Produktivität von Werkzeugmaschinen steigern. Aufprallkopf Kolbenstange Das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) seit 2010 geförderte Projekt dient der grundlegenden Erforschung eines zweiachsigen direkt angetriebenen Mehrkoordinatensystems unter besonderer Einsatzfähigkeit in Werkzeugmaschinen. Darüber hinaus hat das IFW-Team neben der intensiven Arbeit an dem Motor Augenmerk auf den Schutz der Endlagen ihres Systems gelegt. Wie die Ingenieurwissenschaftler Jan Friederichs und Jonathan Fuchs der Universität Hannover berichten, galt es vor allem in der Entwicklungsphase, den Prototypen bestmöglich zu schützen, um z. B. Zeit wegen unnötiger Ausfälle zu vermeiden und keine Verzögerungen des Projektes zu riskieren. Friederichs und Fuchs haben gemeinsam mit weiteren wissenschaftlichen Mitarbeitern und ihrem Professor in der Vergangenheit gute Erfahrungen mit den Maschinenelementen von ACE Stoßdämpfer gemacht. Die Ingenieure sowie weitere Forscher benutzen mehrfach die von ACE im Internet im Menü Berechnungen angebotenen Tools, www.ace-ace.de/de/berechnungen.html, mit deren Hilfe sie u. a. die Praktikabilität neuer Ideen hinsichtlich der Dimensionierung von verbauten Sicherheitsdämpfern überprüfen. Dazu müssen z. B. die bewegte Masse, die Aufprallgeschwindigkeit der Massen bzw. die Stoßdämpfer und zusätzlich wirkende Antriebskräfte, Antriebsleistungen oder Antriebsmomente berücksichtigt werden. Bei der Ermittlung der geeigneten Lösung wurde davon ausgegangen, Festanschlag Dichtungspaket Führungslager Membranspeicher Kolben Kolbenring Außenkörper Druckhülse mit Drosselbohrungen massiver Körper ohne Sicherungsring 01 Sicherheitsstoßdämpfer der Produktfamilie SCS33 bis 64 34 antriebstechnik 1-2/2019

KOMPONENTEN UND SOFTWARE dass im Fall der Fälle eine bewegte Masse von 10 kg mit einer Geschwindigkeit von 4 m/s bei einer Antriebskraft von 500 N auf den jeweiligen Stoßdämpfer auffährt. Die Kombination von kinetischer und Antriebsenergie ergab eine Gesamtenergie bzw. einen Hub von 104,5 Nm. Aufgrund der erhobenen Daten und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass bei Weiterentwicklungen nicht ständig neue Dämpfer verbaut werden sollten, entschied man sich dazu, vier Sicherheitsstoßdämpfer des Typs SCS33-EUD zu verbauen. Abbau kinetischer Energie Die Sicherheitsstoßdämpfer der Baureihe SCS33 bis 64 zeichnen sich u. a. durch eine optimale Dämpfungstechnik, ein gehärtetes Führungslager und ein durchgehendes Gewinde aus. Diese Dämpferfamilie ist speziell für den Notstopp-Einsatz konzipiert und kann durch ihre kompakte Bauform in den Größen M33 x 1,5 bis M64 x 2 vielseitig eingesetzt werden, z. B. in Portal-, Förderanlagen oder Bestückungsautomaten. Material und Technik der selbsteinstellenden Maschinenelemente erlauben 1 000 Lastwechsel. Der Stoßdämpferkörper, Kolbenstange, Kopf und Zubehör bestehen dabei aus unterschiedlich bearbeitetem Stahl, die Druckfeder ist verzinkt oder kunststoffbeschichtet. Die maximale Lebensdauer wird erreicht, wenn die Umgebungstemperatur Werte von – 12 bis + 70 °C nicht überbzw. unterschreitet. Wird ein Austausch der Dämpfer nötig, ist dieser aufgrund einer Vielzahl an Zubehör und Anschlussteilen einfach zu vollziehen. Kombiniert mit der kompakten Bauform ist auch die nachträgliche Integration in bestehende Projekte problemlos möglich. Die beim Flächen motor eingesetzten Modelle sind bei einem maximalen Hub von 50 mm ohne Fest anschlag in der Lage, 620 Nm/Hub auf zunehmen. Der Hersteller verfügt neben diesen Varianten auch über weiter optimierte Dämpfer: Bei diesen Dämpfern erhöht sich die Kraftaufnahme um noch einmal mehr als 50 % auf 950 Nm/Hub. Dann verringert sich die Lebensdauer jedoch auf maximal fünf Hübe. Flächenmotor erzielt große Kraftdichte Das Besondere an dem auf dem Prinzip der permanentmagneterregten synchronen Linearmotoren basierenden Flächenmotor ist die hohe Vorschubkraft. Damit ist diese Lösung vor allem bisherigen planaren Antriebskonzepten überlegen. Diese setzen zumeist auf das Reluktanzprinzip zur Erzeugung der Vorschubkräfte in einer Ebene. Prinzipbedingt erzeugen solche Motoren nur relativ geringe Vorschubkräfte. Der im IFW entwickelte Motor besticht außerdem durch die neuartige Kreuzwickeltechnologie. Dabei werden die Wicklungen für die einzelnen Vorschubrichtungen senkrecht zueinander gestapelt. Da die beiden Wicklungssysteme sich nur geringfügig gegenseitig beeinflussen, ermöglicht dies die Nutzung standardisierter Achsregler. Durch den Einsatz von schachbrettartig angeordneten Permanentmagneten erreicht der Flächenmotor eine große Kraftdichte und kann daher für hoch dynamische Werkzeugmaschinen eingesetzt werden. Optimiert wurde der Motor außerdem im Hinblick auf die für Lineardirektantriebe typischen Störkräfte. Mithilfe einer Methode zur Berechnung der optimalen Geometrie des Motors lassen sich Rastkräfte und Vorschubkraftwelligkeiten reduzieren. Zusätzlich erreichte man so eine Erhöhung der Vorschubkraft. Da bei der Bearbeitung eines Werkstückes zusätzlich dynamische Kräfte auf den Antrieb einwirken, untersuchte das IFW u. a. das Verhalten beim Fräsen von Kreisbahnen und Taschen in Aluminium-Werkstücken und damit den Einfluss von Kräften auf das Positionierverhalten während eines Bearbeitungsprozesses. Dadurch ergab sich die Möglichkeit einer prozessnahen Analyse des Antriebsverhaltens in Wechselwirkung mit dem Fertigungsprozess. Die Übertragung der gewonnen Erkenntnisse auf weitere Baugrößen steht im Mittelpunkt der Aktivitäten von Fuchs und dem Team, das einen größeren, aus 16 Prototypmodulen aufgebauten Flächenmotor konzipiert und aufgrund der Unterstützung durch die DFG hat fertigen lassen. Durch die entwickelte Modularität des Motors lassen sich je nach industrieller Anforderung auch unterschiedliche Baugrößen des Flächenmotors realisieren. Der neue Flächenmotor soll Spitzenkräfte bis zu 4 800 N und Nennkräfte um 2 400 N je Achse erzeugen. Kombiniert mit dem Permanentmagnetfeld, können individuelle Verfahrwege unabhängig von der Baugröße des Flächenmotors erreicht werden. Fotos: ACE Stoßdämpfer GmbH; IFW, Leibniz Universität Hannover www.ace-ace.de Dipl.-Ing. Jonathan Fuchs ist Abteilungsleiter Komponenten und Überwachungssysteme am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen im produktionstechnischen Zentrum der Leibniz Universität Hannover und Robert Timmerberg, M.A., ist Fachjournalist (DFJV) und Mitinhaber der plus2 GmbH, Presse- und Werbeagentur, mit Niederlassungen in Düsseldorf und in Wermelskirchen bei Köln 02 Flächenmotor mit Kreuztischführung und Hybridkinematik für Fräsversuche 03 Flächenmotor mit Sekundärteilmagneten Werkstück X-Schlitten Z-Schlitten Z-Stoßdämpfer Kraftsensor Führungen X-Stoßdämpfer antriebstechnik 1-2/2019 35

Aktuelle Ausgabe

Aktuelle Ausgabe