Dynamikerhöhung und Energieeffizienz durch redundante Antriebe

Zielbranchen

Werkzeugmaschinenbau, Werkzeug- und Formenbau

Problemstellung

Vor allem bei großen Werkzeugmaschinen wird die erreichbare Vorschubdynamik wesentlich durch die hohen Masseträgheiten und niedrigen mechanischen Eigenfrequenzen der bewegten Baugruppen begrenzt. Während Trägheiten die zu installierende Antriebsleistung sowie auch den Energieverbrauch maßgeblich bestimmen, begrenzen die niedrigsten mechanischen Eigenfrequenzen Führungsbandbreite, Ruck und Verstärkungsfaktoren der Antriebssysteme. Sowohl Energieeffizienz als auch Produktivität können gesteigert werden, wenn die hochdynamisch zu bewegenden Massen reduziert und die relevanten Eigenfrequenzen erhöht werden.

Lösung

Ein Ansatz zur Dynamikerhöhung ist die Kombination der den Arbeitsraum überspannenden Grundachsen einer Werkzeugmaschine mit lokal wirkenden, jedoch sehr trägheitsarmen und hochdynamischen Kurzhubachsen. Bekannt ist dieser Ansatz insbesondere von Pinolen oder aktiven Werkzeugen. Soll jedoch die Bahndynamik im gesamten Arbeitsraum erhöht werden, wie sie bei der interpolierenden 3- und 5-Achs-Bearbeitung beispielsweise im Werkzeug- und Formenbau relevant ist, sind einige Besonderheiten zu beachten. So sind neben einer zielführenden konstruktiven Lösung vor allem die Ermittlung der notwendigen Länge und des optimalen Integrationsortes der redundanten Achsen, die Aufteilung der Sollbahn auf die Einzelbahnen sowie die Steuerungsimplementierung Gegenstand unserer Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Hierfür steht eine Vielzahl an Simulations- und Entwicklungswerkzeugen zur Verfügung. Beispielhaft sei hier die gekoppelte mechatronische Simulation genannt, um das Anregungs- und Schwingungsverhalten, den Leistungsbedarf und die Energieeffizienz des Gesamtsystems frühzeitig bewerten zu können.