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Hochintegriertes hydraulisches, aktives Antriebsmodul für die Mikrobearbeitung mit günstigem Verhältnis von Bau- zu Arbeitsraum

Ziel des Schwerpunktprogramms ist die Reduktion der Komponentengröße, um werkstückangepasste Werkzeugmaschinen erstellen zu können. Kleinere Komponentengrößen führen zu niedrigeren Massen. Bei vergleichbarer geforderter Steifigkeit nähern sich die Bearbeitungs- und Eigenfrequenzen an und können das Bearbeitungsergebnis negativ beeinflussen. Daher werden hochdämpfende Führungen mit einer guten Steifigkeit benötigt. Hydrostatische Führungen weisen eine hohe Steifigkeit und ein sehr gutes Dämpfungsverhalten auf. Zusätzlich besitzt die Hydraulik eine sehr hohe Kraftdichte, was sie in Kombination mit einer hydrostatischen Führung für eine kompakte, hochdynamische und präzise Vorschubachse geeignet macht. Daher wurde am Institut für Produktionstechnik (wbk) ein hydraulisches Antriebsmodul entwickelt, welches das Öl multifunktional nutzt: Das Öl wird in einem Gleichgangzylinder für den Vorschub, in einer hydrostatischen Führung für die Führungsfunktion und zur Temperierung des Gesamtsystems genutzt.

Das Antriebsmodul besteht aus einem beweglichen Kolbengehäuse und einer feststehenden Kolbenstange. Diese Konfiguration ist gewählt, aufgrund der geringen bewegten Massen. In die feststehende Kolbenstange sind piezoelektrische Sitzventile integriert, um stehende Ölsäulen zu minimieren und somit eine hohe Genauigkeit und Dynamik zu ermöglichen. Sämtliche Dichtungen sind als Spaltdichtung ausgeführt, um reibungsbedingte Effekte, wie den Stick-Slipp-Effekt, auszuschließen. Die messtechnische Charakterisierung des Funktionsträgers zeigte, dass keine reibungsbedingten Effekte auftreten. Durch den spaltbedingten konstanten Leckölstrom ist es erforderlich, ständig Öl in die Kolbenkammern nachzuführen. Daher sind die Ventile in den Rücklauf integriert und die Kolbenkammern über konstante Drosseln an das Drucknetz angeschlossen.

Der mit Standardbauteilen und mit Standardventilen realisierte Funktionsträger weist eine Geschwindigkeit von 10 m/min, eine maximale Beschleunigung von 10 m/s, eine Positioniergenauigkeit von 8,5 m und einen Bauraum von 350 x 250 x 137 mm auf. Die Positioniergenauigkeit ist aufgrund der ungeeigneten Standardventile ungenügend, da diese im Regelbereich hohe Nichtlinearitäten aufweisen. Der umgesetzte Prototyp weist im Vergleich zum Funktionsträger 10% der bewegten Masse auf, wobei jedoch auch die Kolbenfläche nur ca. 50% der des Funktionsträgers entspricht. Dies ist möglich, da im Projektverlauf geringere Kräfte gefordert werden, als zu Anfang des Projekts abgeschätzt. Der Bauraum des Prototyps konnte gegenüber dem Funktionsträger um 80% verringert werden. Der Funktionsträger wurde im Rahmen des Projektes mit der Parallelkinematik des Instituts für Technische Mechanik und des radarbasierten Messsystems des Instituts für Hochfrequenztechnik und Elektronik in einen Versuchsstand integriert.

Link zum Insitut: www.wbk.kit.edu Externer Link: www.wbk.kit.edu (http://www.wbk.kit.edu)

WBK

Stand dieser Seite: 19.03.2013 - 10:25:17 | Impressum | Datenschutzerklärung | Druckdatum: 21.10.2017 - 14:14:30

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