Master-Switch

Neuartige Positionsregelung für elektrisch verspannte Zahnstange-Ritzel-Antriebssysteme zur Steigerung der Genauigkeit

Projektförderung

Hintergrund

Die Fertigungsgüte und Dynamik moderner Produktionsanlagen wird vor allem durch das eingesetzte Antriebssystem bestimmt. Die in diesem Vorhaben betrachteten Zahnstange-Ritzel-Antriebe zeichnen sich für den Einsatz in Werkzeugmaschinen insbesondere dadurch aus, dass ihre Steifigkeit unabhängig von der Verfahrlänge ist und somit lange Linearbewegungen realisiert werden können. Die zentralen Probleme elektromechanischer Antriebssysteme, welche die erzielbare Genauigkeit und Dynamik limitieren, sind Gleichlauffehler und das Umkehrspiel aufgrund von fertigungsbedingten Kinematikfehlern im Antriebsstrang. Systemtheoretisch betrachtet stellt das Umkehrspiel eine Nichtlinearität dar und beeinflusst somit die Regelgüte des Antriebssystems. Um den Forderungen moderner Produktionsanlagen gerecht zu werden, ist eine Reduzierung bzw. Kompensation des Umkehrspiels notwendig.

Versuchsstand mit Zahnstange-Ritzel-Antrieb am ISW
Versuchsstand mit Zahnstange-Ritzel-Antrieb am ISW

Problemstellung

Das zu kompensierende Umkehrspiel tritt bei Zahnstange-Ritzel-Antrieben im Getriebe und zwischen Zahnstange und Ritzel auf. Eine effektive Methode zur Minimierung des Umkehrspiels stellt die elektrische Verspannung zweier redundanter Antriebe dar. Neben den dynamischen Eigenschaften des Antriebssystems werden insbesondere an dessen Genauigkeit hohe Anforderungen gestellt. Ein Lösungsansatz zur Genauigkeitssteigerung von Zahnstange-Ritzel-Antriebe ist der Einsatz direkter Messsysteme. Diese stellen jedoch bei großen Verfahrwegen häufig einen zentralen Kostenpunkt der Vorschubachse dar und sollen aus diesem Grund nicht verwendet werden. Für die Lageregelung soll bei dem beantragten Forschungsvorhaben das Messsystem der Antriebe verwendet werden.

Zielsetzung/Ergebnisse

Zentrales Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Konzeptes – Master-Switch genannt –, welches die Genauigkeit von elektrisch verspannten Zahnstange-Ritzel-Antrieben mit indirekter Lageregelung soweit verbessert, dass diese den Genauigkeitsbereich direkt geregelter Systeme erreichen. Bei diesem Ansatz sollen erstmals die Messsysteme beider Antriebe für die Lageregelung verwendet werden. Aufgrund der elektrischen Verspannung tritt das Umkehrspiel nie in beiden Antrieben gleichzeitig auf. Das Konzept basiert auf der Idee, durch Umschalten auf das Gebersignal des kraftübertragenden Motors das Umkehrspiel zu kompensieren und somit die Genauigkeit zu steigern. Der Master-Switch soll in den Lageregelkreis integriert werden und die Istwertaufbereitung erweitern, ohne dass zusätzliche Hardware-Komponenten erforderlich sind.

Integration des Master-Switch in den Lageregelkreis
Integration des Master-Switch in den Lageregelkreis

Ihr Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt Valentin Leipe

Valentin Leipe

M.Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter "Antriebssysteme und -regelung"

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