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Aktive Parallelkinematik zur Realisierung einer Verfahreinheit für kleine Werkzeugmaschinen

Das Ziel des ITM Projektes ist eine innovative Parallelkinematik vom Biglidetyp. Die Neuheiten dieser Parallelkinematik sind spielfreie Trockengleitlager und aktive Streben.

Aus einfachen geometrischen Überlegungen folgt die große Bedeutung des Lagerspiels auf die Präzision des Endeffektors. Deswegen wurde die Spielreduktion in den Drehgelenken als erstes Ziel definiert, um eine spielfreie Bewegungsübertragung von den Antrieben auf den Endeffektor zu ermöglichen. Zur praktischen Umsetzung der Drehgelenke wurden Trockengleitlager gewählt, weil sie einen einfachen Aufbau besitzen und sich ihr Lagerspiel leicht durch die Wahl der Passung zwischen Lager und Bolzen einstellen lässt. Allerdings kommt es bei verringertem Lagerspiel zum verstärkten Auftreten störender reibungsinduzierter Effekte wie Losreissen und Ruckgleiten. Um diese unerwünschten Effekte zu unterdrücken wird der Effekt der Reibwertglättung ausgenutzt. Dazu wird der Lagerbolzen in axialer Richtung zu hochfrequenten Schwingungen mit kleiner Wegamplitude angeregt. Folglich besteht die Relativbewegung zwischen Lagerbolzen und Hülse aus zwei Komponenten: der Drehbewegung der Lagerhülse um den Lagerbolzen (Umfangsrichtung) und der hochfrequenten Bewegung des Lagerbolzens in axialer Richtung. Weil die Reibkraft stets der Relativgeschwindigkeit entgegengerichtet ist, wirkt nur eine Komponente von ihr der Drehbewegung entgegen.

Die effektive Reibkennlinie der Drehbewegung berechnet sich als Mittelwert über eine Schwingungsdauer der hochfrequenten Anregung. Dabei zeigt sich, dass der statische Reibwert der effektiven Reibkennlinie mit steigender Geschwindigkeitsamplitude der hochfrequenten Anregung gegen Null strebt und alle fallenden Abschnitte der Reibkennlinie verschwinden. Damit lässt sich eine nahezu reibungsfreie Drehbewegung erreichen.

Nachdem das Lagerspiel eliminiert wurde, gibt es weitere potentielle Fehlerquellen zwischen Antrieben und Endeffektor, die sich nachteilig auf die Präzision auswirken. Zum einen sind die Linearantriebe für große Stellwege ausgelegt und mit einem kleinen Positionsfehler behaftet und zum anderen können Prozesskräfte elastische Deformationen im Mechanismus hervorrufen. Um diese Effekte zu kompensieren sind aktive längenveränderliche Streben angedacht. In Kombination mit der wirkstellennahen Positionsmessung sollen die aktiven Streben zur Feinpositionierung eigesetzt werden.

Nachdem der prinzipielle Funktionsnachweis im Experiment erbracht wurde, zielen weitere Untersuchung auf die Optimierung des Mechanismus. Dabei stehen Leichtbau- und Modularitätskonzepte im Vordergrund.

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