ZRA-Gleichlauf

Steigerung der Genauigkeit von Zahnstange-Ritzel-Antrieben durch modellbasierte Kompensation des Gleichlauffehlers

Projektförderung

Hintergrund

Stetig steigende Anforderungen an die Genauigkeit moderner Maschinen setzen hochpräzise Antriebssysteme voraus. Vor allem für große Verfahrwege werden bevorzugt Zahnstange-Ritzel-Antriebe verwendet, da ihre Steifigkeit unabhängig von der Verfahrlänge ist und die Anschaffungskosten verhältnismäßig gering sind. Ein zentrales bestehendes Problem ist der nicht ideale Gleichlauf zwischen Zahnstange und Ritzel, der von toleranzbedingten Kinematikfehlern sowie steifigkeitsbedingten Strukturverformungen verursacht wird.

Problemstellung

Der Gleichlauf von Zahnstange-Ritzel-Antrieben wird negativ beeinflusst durch fertigungs- und montagebedingte Kinematikfehler an Zahnstange, Ritzel und im Motorgetriebe sowie durch die nichtlineare Struktur- und Kontaktnachgiebigkeit der Zähne im Eingriff. Es resultieren hochdynamische Positionsfehler, die von der Lageregelung nicht vollständig ausgeregelt werden können. Eine zuverlässige Vorhersage der Abweichungen zur Laufzeit ist bislang nicht möglich. Zum einen ist die Zusammensetzung der Kinematikfehler für jedes System unterschiedlich und richtungsabhängig. Zum anderen besteht trotz zahlreicher numerischer Untersuchungen zu den Nachgiebigkeiten in Getrieben keine Möglichkeit, die resultierende Steifigkeit in Echtzeit bereitzustellen. Vor diesem Hintergrund finden Ansätze zur Kompensation der Gleichlauffehler bislang keine praktische Anwendung.

Zielsetzung/Ergebnisse

Im Rahmen des Projekts soll untersucht werden, inwiefern sich die Bahngenauigkeit von Zahnstange-Ritzel-Antrieben durch eine modellbasierte Kompensation der Gleichlauffehler verbessern lässt. Hierzu sollen zunächst die richtungsabhängigen Geometriefehler gemessen werden, um sie anschließend in der Regelung zu berücksichtigen. Die Einflüsse der Nachgiebigkeiten sollen anhand von geeigneten Simulationsmodellen zur Berechnung der positions- und lastabhängigen Strukturverformungen in Vorschubrichtung vorhergesagt und messtechnisch validiert werden. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf der Lösung des Zielkonflikts zwischen Modellgenauigkeit und Rechenaufwand vor dem Hintergrund der notwendigen Echtzeitfähigkeit. Durchgeführte Vorarbeiten legen den Schluss nahe, dass durch zusätzliche Kompensation der Kinematikfehler im Kompensator eine wesentliche Verbesserung der Bahngenauigkeit zu erwarten ist. Zum Projektabschluss soll der kombinierte Kompensator am ZRA-Prüfstand auf einer industriellen Steuerung umgesetzt und seine Funktionalität und Robustheit validiert sein.

Ihr Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt  Lukas Steinle
M.Sc.

Lukas Steinle

Wissenschaftlicher Mitarbeiter "Antriebssysteme und -regelung"

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