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Hochdynamische aktive Frässpindellagerung

Kontext

Bei vielen industriell eingesetzten Rotoren können Schwingungsprobleme auftauchen, die alle im Kraftfluß liegenden Komponenten unnötig belasten und z.B. bei Werkzeugmaschinen zum Werkzeugbruch und schlechter Werkstückoberfläche führen. Die aktive Lagerung dieser Rotoren ist eine effektive Möglichkeit, diese Schwingungen zu dämpfen.

Aktive Frässpindellagerung
Bild 1: Aktive Frässpindellagerung
Sonderforschungsbereich 368
Bild 2: Sonderforschungsbereich 368

Ziele

Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 368 wird am IFAS eine aktive hydraulische Lagerung für eine Fräsmaschinenspindel entwickelt. Die wichtigsten Anforderungen sind hohe Dynamik, hohe Steifigkeit, geringer Platzbedarf, Leckagefreiheit und eine Hubbewegung im Bereich von einem zehntel Millimeter. Als Aktor wird ein neuartiger Dreikammerzylinder eingesetzt, welcher den Kolben in zwei Koordinatenrichtungen bewegen kann. Zusätzlich wurde ein hydraulisch vorgesteuertes Ventil mit Piezobiegewandlern in der Vorsteuerstufe aufgebaut.

Ergebnisse

Bisher erreichen die Piezoservoventile eine Dynamik von ca. 500 - 600 Hz Grenzfrequenz bei einem Nennvolumenstrom von etwa 40 l/min. Durch die Integration eines neuentwickelten Wegsensors konnte ein vergleichsweise sehr geringer Bauraum realisiert werden. Die Kapselung der Piezos schützt diese zuverlässig vor dem umgebenden Medium. Nachdem die Einheit in den Spindelkasten eines Bearbeitungszentrums integriert worden ist, erfolgt die Inbetriebnahme und Optimierung der Lagerung. Daran anschließend muss eine optimale Einstellung der Reglerparameter im Hinblick auf ein gutes Störverhalten gefunden werden.

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