Zahnstange-Ritzel-Verspannung

Adaptive Verspannung zur Effizienzsteigerung elektrisch verspannter Zahnstange-Ritzel-Antriebe

Projektförderung

Hintergrund

Zahnstange-Ritzel-Antriebe werden überwiegend in großen Maschinen mit langen Vorschubwegen eingesetzt, da ihre Steifigkeit unabhängig von der Länge des Vorschubwegs und der aktuellen Position ist. Dies ist bei den ansonsten etablierten Kugelgewindetrieben nicht der Fall, weshalb diese bei Maschinen mit langen Vorschubwegen nicht eingesetzt werden können. Die Genauigkeit des Antriebssystems hängt maßgeblich vom Umkehrspiel des Antriebsstrangs ab. Dieses tritt bei Zahnstange-Ritzel-Antrieben im Getriebe und am Zahnstange-Ritzel-Übergang auf. Durch konstante Verspannung zweier parallel angeordneter Antriebe, wie es aktuell Stand der Technik ist, kann das Umkehrspiel reduziert und somit die Genauigkeit des Antriebssystems gesteigert werden.

Problemstellung

Aufgrund des zweiten Antriebs samt Leistungsteil und des zusätzlich für die Verspannung aufzubringenden Antriebsmoments werden die Reibung, der Temperatureintrag und der Energiebedarf des Antriebssystems erhöht. Die Literatur liefert keine Angaben über die Höhe des tatsächlich benötigten Verspannungsbetrags. Dieser wird oft zu hoch gewählt und führt somit zu einem ineffizienten Betrieb der Anlage. Auch wenn es in der Industrie bereits Ansätze zur Anpassung des Verspannungsbetrags gibt, wird der Betrag in den meisten Fällen während der Inbetriebnahme einer Anlage basierend auf Erfahrungswerten ermittelt und anschließend fest eingestellt. Dieser Sachverhalt ist dem Fehlen eines sinnvoll und robust anwendbaren Vorgehens zur Einstellung des Verspannungsbetrags - auch während des Betriebs - geschuldet.

Zielsetzung/Ergebnisse

Im Rahmen des Projekts soll eine Methodik zur bedarfsgerechten Einstellung des Verspannungsbetrags elektrisch verspannter Zahnstange-Ritzel-Antriebe entwickelt werden. Durch die Methodik der adaptiven Verspannung soll eine Reduzierung der genannten negativen Effekte der konstanten Verspannung erzielt werden. Gleichzeitig soll die maximale Genauigkeit, die bereits durch konstante Verspannung gegeben ist, erhalten bleiben. Um die Anwendbarkeit der Methodik zu gewährleisten, sollen industrielle Anforderungen in die Entwicklung der Methodik einfließen und die Funktionsfähigkeit an einem bereits verfügbaren Zahnstange-Ritzel-Versuchsstand nachgewiesen werden.

Ihr Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt Engelberth
M.Sc.

Tim Engelberth

Gruppenleiter "Mechatronische Systeme und Prozesse"