Vorlesung 5 Flashcards
Nebenantriebe: Aufgaben, Anforderungen
Aufgaben:
- Realisieren der Anstell-, Zustell- und Nachstellbewegungen
- Ausführen von Bewegungen zum Messen und für den Werkzeug- oder Werkstücktransport
bei spanenden Werkzeugmaschinen:
- Erzeugen die Vorschubbewegungen
- Aufrechterhalten der Spanabnahme
Anforderungen:
- meist niedrige Geschwindigkeiten
- sehr schnelle Eilbewegungen für Arbeitstische oder –schlitten zur Überbrückung von Leerwegen in kürzester Zeit
Ausführungsvarianten
mögliche Vorschubbewegungen:
- als geradlinige Vorschubbewegung (z. B. bei Drehmaschinen)
- als kreisende Vorschubbewegung (z. B. bei Verzahnmaschinen)
- mit kontinuierlicher Bewegung (z. B. bei Fräsmaschinen)
- mit intermittierender Bewegung (z. B. bei Hobelmaschinen)
- als unabhängige Vorschubbewegung (Vorschubgeschwindigkeit in mm/min, eigener Vorschubantrieb, z. B. Fräsmaschinen)
- als von der Schnitt- oder Hauptbewegung des Werkstückes/Werkzeuges abhängige Vorschubbewegung (Vorschubgeschwindigkeit in mm/U)
gestufte mechanische Vorschubgetriebe: Arten, Aufbau, Vorteile
Manuelle schaltbare Getriebe
gestufte mechanische Vorschubgetriebe:
manuell schaltbare Getriebe:
- sämtliche Schieberadgetriebe-Bauarten
- Wechselradgetriebe
- Ziehkeilgetriebe
- Mäandergetriebe
gestufte mechanische Vorschubgetriebe: Arten, Aufbau, Vorteile
Automatische schaltbare Getriebe
automatisch schaltbare gestufte mechanische Vorschubgetriebe:
- Kupplungsgetriebe
- Kupplungsgetriebe mit Windungsstufe
- automatisiertes Ziehkeilgetriebe
- automatisiertes Mäandergetriebe
gestufte mechanische Vorschubgetriebe: Arten, Aufbau, Vorteile
Getriebe mit konstanter höher Übersetzung
Getriebe mit konstanter hoher Übersetzung:
1. Wellgetriebe (Harmonic Drive): Bestandteile:
- Wave Generator – eine elliptische Stahlscheibe mit zentrischer Nabe und aufgezogenem, elliptisch verformbarem Spezialkugellager
- Flexspline – eine zylindrische, verformbare Stahlbuchse mit Außenverzahnung und 2 Zähnen weniger als Circular Spline
- Circular Spline – ein steifer, zylindrischer Ring mit Innenverzahnung
- Planetengetriebe: Vorteile:
- Verwirklichung von konstante großen Übersetzungen spielarm auf kleinem Raum
- hohe Beschleunigungen und Verzögerungen durch das niedrige Trägheitsmoment möglich
- koaxiale Bauweise bei kleinem Bauraum
Harmonic Drive Getriebeeinbausatz HDUC
Funktionsweise:
- Verformung des Flexsplines durch den elliptischen Wave Generator (angetriebenes Teil) über das Kugellager
- Drehung des Flexspline als Abtriebselement bei fixiertem Circular Spline entgegen der Drehrichtung des Antriebs
Schraubtriebe: Arten, Aufbau, Vor- / Nachteile, Einsatzbereiche
Gleitschraubtrieb
Gleitschraubtrieb:
- meist für konventionelle Werkzeugmaschinen bzw. untergeordnete Beistellbewegungen
- meist in Ausführung als Trapezgewinde (Spitzenwinkel β = 30°)
- übliche Durchmesserbereich: 18 bis 60 mm
- bevorzugte Spindelsteigungen: Ph = 3, 6, 8, 10, 12 und 16 mm.
- Spindelwerkstoffe: C 35, C 60 oder 35 Cr Al 6 (bei nitriergehärteten Spindeln)
- Spindelmutter-Werkstoffe: GGL 25 (bei Handbetätigung), G – Cu Al 9 Fe Mn F 45, G – Cu Sn 10 Zn 7, G – Cu 57 Zn Al Fe Mn F 45
Vorteile:
- kostengünstig
- bei entsprechender Konstruktion Spielausgleich möglich
Nachteile:
- schlechter Wirkungsgrad
- Ruckgleiten bei kleinen Geschwindigkeiten und großer Reibung (Stick-slip-Effekt)
Schraubtriebe: Arten, Aufbau, Vor- / Nachteile, Einsatzbereiche
Wälzschraubtrieb WST / Kugelgewindetrieb KGT
Wälzschraubtrieb WST / Kugelgewindetrieb KGT):
Grundlagen und Definitionen in DIN 69051 Haupteinsatzgebiete:
- wesentliche Baugruppe der linearen NC-Vorschub- oder Zustellachse bei rotatorischem Antrieb (Servomotor)
- als Antriebsachse für Pendelbewegungen, beispielsweise der Arbeitstische an NC-Schleifmaschinen
- für die Realisierung des Werkstück- und Werkzeug-„handlings“ und in der Robotertechnik
meist Doppelfunktion: Antriebsübertragungselement und rotatorisches Messelement zur Lageistwerterfassung eines Arbeitsschlittens
Vorteile:
- hohe Übertragungsgenauigkeit
- hohe Positioniergenauigkeit
- geringer Verschleiß
- stick-slip-freie Bewegung (kein Ruckgleiten) auch bei geringen Geschwindigkeiten
- hohe Steifigkeit, Spielfreiheit und geringste Umkehrspanne bei geeigneten Vorspannungsmaßnahmen
Nachteile:
- geringe Dämpfung
- keine Selbsthemmung (wichtig bei senkrechtem Einbau !!!)
Linearantriebe
Unterteilung nach Aufbau:
- Gleichstromlinearmotor
- Wanderfeldlinearmotor:
- Synchronmotor
- Asynchronmotor
- bürstenkommutierter Linearmotor
- Reluktanzmotoren
Unterteilung der Wanderfeldlinearmotoren nach ufbau:
- Einzelkammmotor
- Doppelkammmotor
⇔jeweils als Lang- bzw. Kurzstatorsystem möglich
Vorteile:
- hohe Beschleunigungen und Geschwindigkeiten durch den Wegfall mechanischer Übertragungselemente
- hohe Positioniergenauigkeit
- extrem hohe statische Steifigkeit
- sehr gutes dynamisches Verhalten
⇔in Werkzeugmaschinen bevorzugt Synchron- und Asynchronmotoren in Doppelkamm- und Einzelkammausführungen und mit Kurzstator
Aufbau und Klassifizierung von Wanderfeldlinearmotoren
Varianten der Anordnung von Linearmotoren in einem Nebenantrieb
hydraulische (hydrostatische) Vorschubantriebe
Unterteilung:
- Hydraulikpumpen: Konstantförderpumpen Verstell- oder Regelpumpen
- Arbeitszylinder
Vorteile:
- hohe Energiedichte
- einfache Erzeugung geradliniger Bewegungen
- stufenlose Einstellung und Regelung der Geschwindigkeit des Hydromotors
- einfache Umkehr der Bewegungsrichtung
- einfacher Überlastungsschutz durch einstellbare Druckbegrenzungsventile
- gute Automatisierbarkeit
Nachteile:
- Abhängigkeit der Viskosität und Kompressibilität des Hydrauliköls von Druck und Temperatur
- Erwärmung des Hydrauliköls, damit negative thermische Einflüsse auf die Arbeitsgenauigkeit der WZM
- hohe Anforderungen an die Filterung des Hydrauliköls
- notwendige Abführung des Lecköls in den Ölbehälter
hydraulische (hydrostatische) Vorschubantriebe
Einsatzbereiche
WZM-Vorschubantriebe
⇔abnehmende Bedeutung durch NC- und CNC-Steuerungen
- Betätigung von Spanneinrichtungen
- bei Antrieben von Lade- und Entladesystemen
- bei der Speicherung für Werkstücke und Werkzeuge
⇔in Konkurrenz zu pneumatischen Systemen
hydraulische (hydrostatische) Vorschubantriebe
Konstantförderpumpen:
Verstellung des Förderstroms mittels Verstelldrossel und Druckbegrenzungsventil
- einfacher Aufbau, kostengünstig
- hohe Leistungsverluste
- hohe Ölerwärmung
Beispiel: Zahnradpumpe
hydraulische (hydrostatische) Vorschubantriebe
Verstell- oder Regelpumpen
Verstell- oder Regelpumpen
- veränderliche Flügel durch Fliehkräfte
Verstellung der Größe des Förderstromes durch Veränderung der Exzentrizität e des Rotors zum Gehäusering
- einfacher Aufbau, kostengünstig
- hohe Leistungsverluste
- hohe Ölerwärmung
Beispiel: Flügelzellenpumpe
Arbeitszylinder
- geringer Bauraum
- Aufbau und Einsatzmöglichkeiten:
Hilfsantriebe
alle anderen notwendigen Antriebe Aufgaben:
z.B. für
- den Kühlmittelkreislauf
- die Schmierung
- das Hydrauliksystem
- den Wechsel und die Spannung der Werkzeuge und Werkstücke
Anschaltung bzw. Steuerung von Antrieben: Anforderungen, Möglichkeiten.
Anforderungen
Anschaltung bzw. Steuerung von Antrieben:
Möglichkeiten
frequenzstarre Anschaltung an das Netz:
- mit Wendeschützschaltung
- mit Stern-Dreieck-Umschaltung
- mit Softstartern (Thyristoren)
Anschaltung über Frequenzumrichter:
- Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie eines Drehstrommotors mit Frequenzumrichter
- Anschaltungsarten an das elektrische Netz mit Frequenzumrichter
Anschaltung über Mehrachs-Antriebssysteme
⇔für Nebenantriebe zur Fertigung einer Kontur im Raum durch das Zusammenwirken mehrerer Achsen notwendig
Sensoren und Messsysteme in Antriebssystemen: Arten und Messprinzipien
Anforderungen an Sensoren
- erreichbare Auflösung/Genauigkeit
- Größe des Messbereiches
- Linearität im Messbereich
- statisches und dynamisches Verhalten
- Integrierbarkeit in/Kompatibilität zum Steuerungssystem
- Robustheit gegen Umgebungseinflüsse
- Preis/Wartungsaufwand
Sensoren und Messsysteme in Antriebssystemen: Arten und Messprinzipien
Strommmesungen: Anforderungen, Messprizipien und Auswahl des Messprinzips nach Einsatzspezifikationen
Anforderungen
- hohe Bandbreite
- geringer Leistungsbedarf
- Potentialfreiheit
Messprinzipien
- direktabbildender Hallsensor
- Hallsensor mit Feldkompensationsprinzip
- magnetoresistiver Sensor
- Stromshunts
Auswahl des Messprinzips nach Einsatzspezifikationen
- abdeckbarer Frequenzbereich
- Messbereich des Stromes
- Genauigkeit
- Linearität
- Ansprechverhalten
- Ausprägungsform des Antriebsmotors
- verwendete Leitungselektronik
Sensoren und Messsysteme in Antriebssystemen: Arten und Messprinzipien
Lage- und Drehzahlmessung und Auswahlkriterien
Auswahlkriterien für Lagemesssysteme:
- erzielbare Qualität der Lageregelung
- direkter und indirekter Lagemessung
- erzielbare Positioniergenauigkeit
- Messwerterfassung (analog, digital)
- Messprinzip (optisch, magnetisch, induktiv, ultraschallbasiert)
- Messverfahren (absolut, zyklisch absolut, inkrementell)
- Art der Nullpunktdefinition (wenn erforderlich)
Prinzipien der Wegmessung an Werkzeugmaschinen
Sensoren und Messsysteme in Antriebssystemen: Arten und Messprinzipien
Analoge Gebersysteme
ständiges Umsetzen der Weginformation in eine andere physikalische Größe unter Verwendung eines physikalischen Prinzips. ZB.:
- Potentiometer
- Drehmelder / Resolver bzw. Linear-Inductosyn
- magnetischer Lineargeber
Sensoren und Messsysteme in Antriebssystemen: Arten und Messprinzipien
Digitale Gebersysteme
meist optische Wegaufnehmer (nach photoelektrische Prinzip)
- nach Auflichtverfahren (reflektierende und nicht reflektierende Abschnitte)
- nach Durchlichtverfahren (durchlässige und undurchlässige Bereiche)
- nach inkrementellem / schrittweisem Verfahren (Unterteilung der zu messenden Strecke in äquidistante / gleich lange Schritte / Inkremente, Auflösung bis 0,1 m)
ZB.:
- Binär codierter Linearmaßstab
Sensoren und Messsysteme in Antriebssystemen: Arten und Messprinzipien
Prinzip der V-Abtastung
zur Vermeidung von Fehlabtastungen
Sensoren und Messsysteme in Antriebssystemen: Arten und Messprinzipien
Gray-codierte Kreisscheibe
pro Schrittübergang nur ein binärer Wert möglich
Sensoren und Messsysteme in Antriebssystemen: Arten und Messprinzipien
Kombination aus inkrementeller Spur und seriellem Code (Pseudo-Random-Code)
Vereinigung der absoluten Bestimmung der Position über den seriellen Code mit der Möglichkeit einer Feininterpolation über die inkrementelle Spur
Sensoren und Messsysteme in Antriebssystemen: Arten und Messprinzipien
Photoelektrische Abtastung nach dem interferentiellen Messprinzip mit Einfeld- Abtastung
für höhere Genauigkeiten bei Ultrapräzisionsmaschinen
